sintesis dan karakterisasi poli(butilen itakonat) …/sintesis...divinil benzena (dvb) sebagai agen...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

i

SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT)

DENGAN PENAMBAHAN DIVINIL BENZENA (DVB) SEBAGAI AGEN

PENYAMBUNG SILANG

Disusun Oleh:

NINIS MAKHNUNAH

M0308017

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapat gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

JANUARI, 2013


commit to user

ii

ii


commit to user

iii

iii

PERNYATAAN

SINTESIS DAN

KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN

DIVINIL BENZENA (DVB) SEBAGAI AGEN PENYAMBUNG SILANG

adalah benar-benar karya saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan

sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang ditulis

atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah

ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Januari 2013

Ninis Makhnunah

M0308017


commit to user

iv

iv

ABSTRAK

Ninis Makhnunah. 2013. SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN DIVINIL BENZENA (DVB) SEBAGAI AGEN PENYAMBUNG SILANG. Skripsi. Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret.

Telah dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi poli(butilen itakonat) serta penambahan divinil benzena sebagai agen penyambung silang. Tujuan dari penelitian ini mengetahui waktu mulai terbentuknya poli(butilen itakonat) dan pengaruh penambahan divinil benzena terhadap stabilitas panas. Proses pembentukan poli(butilen itakonat) dilakukan pada suhu 170-180 0C dengan variasi waktu polimerisasi 1 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 dan 3 jam melalui polikondensasi menggunakan Titanium(IV) Butoksida sebagai katalis. Proses pembentukan poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB dilakukan pada suhu 100 0C dengan variasi penambahan DVB 10; 15; 20 dan 25 % b/b, melalui reaksi adisi menggunakan benzoil peroksida sebagai inisiator radikal bebas. Poli(butilen itakonat) yang terbentuk kemudian dikarakterisasi FTIR, TG-DTA, bilangan asam, viskositas intrinsik. Poli(butilen itakonat) dengan DVB dikarakterisasi FTIR dan TG-DTA.

Spektra FTIR mengindikasikan terbentuknya poli(butilen itakonat), yang ditandai dengan munculnya serapan C=O ester pada daerah 1730 cm-1 yang mengalami pergeseran bilangan gelombang kearah kanan dan C-O pada daerah 1188 dan 1151 cm-1 yang mengalami pergeseran bilangan gelombang kearah kiri jika dibandingkan dengan asam itakonat. Analisa bilangan asam menunjukkan bahwa semakin lama waktu polimerisasinya maka bilangan asam semakin berkurang. Analisa viskositas intrinsik menunjukkan semakin lama waktu polimerisasinya maka viskositas intrinsik semakin tinggi. Variasi penambahan DVB berpengaruh terhadap stabilitas panas poli(butilen itakonat), hal ini terlihat pada waktu awal dan akhir degradasi serta T5 %, T10 % dan T50 % sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan poli(butilen itakonat).

Kata kunci: poli(butilen itakonat), divinil benzena, stabilitas panas.


commit to user

v

v

ABSTRACT

Ninis Makhnunah. 2013. SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF POLI(BUTYLENE ITACONIC) WITH THE ADDITION OF DIVINYL BENZENE (DVB) AS CROSSLINKING AGENTS. Thesis. Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas Maret University.

The research about synthesis and characterization of poly (butylene itaconic) with the addition of divinyl benzene as crosslinking agents has been done. The aim of this research was to determine time formation of poly (butylene itaconic) and effect of the addition of divinyl benzene to thermal stability. The poly (butylene itaconic) was synthezzed by polycondensation of itaconic acid and 1.4-butanediol with the present of titanium(IV)butoxide as catalyst. This synthesis was done using variation of 1, 1.5, 2, 2.5 and 3 hours at temperature about 170-180 0C. The poly (butylene itaconic) synthesis with DVB was done by of varying contents (10, 15, 20 and 25 % w/w) polyester though addition reaction with benzoyl peroxide as free radical inisiator. The poly (butylene itaconic) was characterized using FTIR, TG-DTA, acid number and intrinsic viscosity. The poly (butylene itaconic) with DVB was characterized using FTIR and TG-DTA.

FTIR spectra indicated the formation of poly (butylene itaconic) occured. Absorbtions of carbonyl groups of poly (butylene itaconic) were observed at 1730 cm-1, this absorbtions peak showed right shift and absorbtion peak at 1188 and 1151 cm-1 due to the stetching C=O of itaconic acid. Acid number showed that long time polymerization decrease acid number as well as intrinsic viscosity of the measurement. The variation of DVB contents increase thermal stability of poly (butylene itaconic) showed by degradation time and T5%/0C, T10%/0C, T50%/0C of compared with poly (butylene itaconic).

Keyword: poly (butylene itaconic), divinyl benzene, thermal stability.


commit to user

vi

vi

MOTO

telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah sungguh-sungguh (urusan)

-8)

Start you success from wherever you are


commit to user

vii

vii

PERSEMBAHAN

Teriring ucapan syukur alhamdulillah, karya kecil ini aku persembahkan

untuk :

Allah Tuhanku Yang Maha Kasih yang telah memberiku kekuatan

dan nikma

Ibu dan bapak yang selalu sabar menanti keberhasilanku. . .

Kakak-

Sahabat-sahabat terbaikku, atas segala tawa, tangis,

canda, bantuan, dukungan, nasihat, semangat dan

kebers

terima kasih atas

kebersamaan selama ini ..


commit to user

viii

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun menyelesaikan karya

ini. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya karya ini tidak lepas dari bantuan

dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si, selaku Ketua Jurusan Kimia

Fakultas MIPA UNS

2. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si, selaku

Pembimbing Skripsi

3. Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Pembimbing

Akademik

4. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo,Ph.D selaku Penguji I yang

telah memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

5. Bapak Ahmad Ainurofiq, M.Si, Apt selaku Penguji II yang telah

memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

6. Kedua orang tua dan keluarga atas doa dan dukungannya

7. Berbagai pihak yang tidak bisa disebut satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan bimbingan, kritik dan saran

sebagai bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun

penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu

pengetahuan yang telah ada.

Surakarta, Januari 2013

Ninis Makhnunah


commit to user

ix

ix

DAFTAR ISI

Halaman

i

ii

iii

iv

HALAMAN ABSTRACT v

vi

vii

viii

ix

xii

xiii

xv

BAB I. PENDAHULUAN

A. 1

B. Perumusan Masalah

1. 3

2. 5

3. 5

C. 6

D. 6

BAB II. LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Poliester.. 7

2. Asam itakonat... 9

3. 1,4-b 11

4. Titanium(IV)butoksida 12

5. Divinil benzena 13

6. Benzoil peroksida 14


commit to user

x

x

7. Sambung silang(crosslinking) 15

8. Stabilitas panas . 16

B. 17

C. 20

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. 21

B. 21

C. Alat dan Bahan

1. 21

2. 22

D. Prosedur Penelitian

1. Sintesis Poli(Butilen Itakonat) .. 22

2. Sintesis Poli(butilen itakonat) dengan Penambahan DVB ...

3. Penentuan B .

4. Penentuan V

5. Identifikasi poliester dengan Fourier Transform Infra Red

(FTIR)

6. Analisis termal menggunakan Thermogravimetric-

Differential Thermal Analysis

23

23

24

24

25

E.

F.

25

25

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Sintesis Poli(Butilen Itakonat)

B. Sintesis Poli(butilen itakonat) 3 jam dengan Penambahan DVB...

27

31

C. Karakterisasi Poli(Butilen Itakonat)

1.

2.

3.

33

40

41

4. Analisis Termal Menggunakan TG-

a. Uji TG-

b. Uji TG-

42

43

44


commit to user

xi

xi

c. Uji TG-

d. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB

10 %....................................................................................

e. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB

15%.....................................................................................

f. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB

20 %....................................................................................

g. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB

25 %....................................................................................

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

A.

B.

45

47

48

49

50

53

53

54

57


commit to user

xii

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Formula Sintesis Poli( Butilen Itakonat) 23

Tabel 2. Sifat termal poli(butilen itakonat) ....... 47

Tabel 3. Sifat termal poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB..................... 52


commit to user

xiii

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Reaksi Polikondensasi 9

Gambar 2.

Gambar 3.

Asam Itakonat ...

10

10

Gambar 4. Jalur pembentukan 1,4 Butanadiol Menggunakan Bakteri

E.Coli.

12

Gambar 5. Titanium(IV)Butoksida 13

Gambar 6. (a)Divinil benzena 14

Gambar 7.

Gambar 8.

Gambar 9.

Gambar 10.

Dekomposisi Benzoil Peroksida

Reaksi sambung silang poli(butilen itakonat) 3 jam dengan

.

Reaksi pembentukan poli(butilen itakonat)

Poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB (a) 10 %; (b) 15% ;

(c) 20 % dan (d) 25 %...................................................................

15

19

28

30


commit to user

xiv

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Bagan Alir Sintesis Poliester Asam Itakonat dengan 1,4-

Butanadiol ..................

57

Lampiran 2. Bagan Alir Sintesis Poliester Asam Itakonat/1,4 Butanadiol

dengan Penambahan DVB

58

Lampiran 7.

Lampiran 8.

59

64


commit to user

i

i


commit to user

i

i

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Industri kimia sangat berkembang di Indonesia. Sebagian besar industri

tersebut menghasilkan produk seperti plastik, cat, pelapis, bahan perekat, karet

dan lain sebagainya (Sopyan, 2001). Kebanyakan produk tersebut dibentuk dari

monomer yang berbasis minyak bumi dan bahan kimia hasil dekomposisi batu

bara pada suhu tinggi atau yang sering disebut cracking (Ram, 1997). Polimer

sintetik yang memakai monomer berbasis minyak bumi dan batu bara produksinya

semakin meningkat yang akan berpengaruh terhadap kelangkaan serta kerusakan

lingkungan. Industri kimia mencoba melakukan berbagai upaya untuk

menggantikan monomer yang berbasis petroleum dengan yang alami

(Muralidhararao et al., 2007). Monomer yang berbasis alam antara lain: asam

itakonat, asam suksinat, butanadiol, propanadiol, etilena glikol dan lain

sebagainya (Chajecka, 2011; Ford, 1973) .

Asam itakonat merupakan salah satu senyawa yang menjanjikan dalam

kelompok asam organik (Willke and Vorlop, 2001). Willke and Vorlop (2001)

menyatakan bahwa asam itakonat (IA) merupakan suatu senyawa hidrofil yang

berasal dari fermentasi karbohidrat oleh jamur. Jamur genus Aspergillus sering

digunakan untuk memproduksi asam organik seperti asam itakonat (Sudarkodi et

al., 2012; Willke and Vorlop, 2001). Asam itakonat merupakan asam

dikarboksilat dari asam organik tak jenuh yang satu gugus karboksilnya

terkonjugasi ke gugus metilen. IA digunakan di seluruh dunia dalam industri

sintesis resin seperti poliester, plastik, pelapis, penyusun senyawa bioaktif dalam

bidang pertanian, farmasi, obat-obatan dan produk industri lainnya (Sudarkodi et

al., 2012).

Salah satu produk yang saat ini banyak dikembangkan yaitu poliester.

Poliester merupakan polimer sintetik yang dalam rantai utamanya terdapat gugus

ester (-COOR) (Hasan, 2005). Terdapat banyak jenis poliester salah satunya yaitu

poliester alifatik, yaitu poliester yang disintesis dari asam dikarboksilat alifatik

1


commit to user

2

2

atau turunannya dengan diol alifatik melalui reaksi polikondensasi

(Elango, 2010). Poliester alifatik sulit dibentuk melalui polikondensasi langsung

dan umumnya memerlukan waktu yang sangat lama. Suhu memegang peranan

penting dalam sintesis. Suhu tinggi (>220 oC) menyebabkan reaksi berlangsung

lebih cepat yang membuat semua proses lebih pendek dengan berat molekul tinggi

akan tetapi mudah terjadi degradasi dan stabilitas hidrolitiknya rendah

(Mohammadnia et al., 2012; Chajecka, 2011). Sintesis poliester dilakukan pada

suhu rendah 120-140 °C, akan menyebabkan reaksi sangat lambat sehingga

perubahan jumlah asam akan diabaikan (Chajecka, 2011).

Poliester alifatik adalah salah satu poliester yang menarik karena sifatnya

mudah diuraikan dan termoplastis. Poliester ini sangat sedikit yang mencapai nilai

komersial, keterbatasan utamanya adalah pada penyediaan monomer, sifat-sifat

kimia dan fisika dari produk akhir (Mecham, 1997). Poliester ini dapat

dikembangkan menjadi poliester termoset yang memiliki bentuk padat dan kuat

dengan kestabilan panas yang baik (Skrifvars, 2000). Poliester dapat membentuk

jaringan 3 dimensi dengan penambahan agen penyambung silang seperti stirena,

divinil benzena, vinil toluen, dikloro stirena, metil metakrilat, alil karbonat dan

lain sebagainya (Park, 1967).

Proses sambung silang umumnya memerlukan suatu zat yang dapat

menginisiasi terjadinya reaksi yang disebut inisiator. Bhattacharya et al. (2009)

membedakan inisiator berdasarkan sistem kerjanya dalam menginisiasi reaksi

polimerisasi, yaitu bekerja secara redoks, bekerja dengan pembentukan radikal

bebas dan bekerja secara enzimatis.

Monomer stirena sering digunakan untuk membentuk poliester menjadi

material kaku melalui polimerisasi secara radikal bebas. Stirena memiliki satu

gugus vinil yang reaktif sehingga dapat disambung silangkan dengan gugus vinil

dari poliester asam itakonat (Ford, 1973). Divinil benzena merupakan senyawa

benzena yang mengikat dua gugus vinil pada posisi meta atau para yang bersifat

non polar (Okidimis, 2012). Senyawa aromatik mempunyai daya tahan terhadap

suhu yang tinggi. Polimer dengan kestabilan panas yang bagus diperlukan oleh


commit to user

3

3

industri-industri, terutama industri penerbangan yang memakai bahan-bahan

kinerja tinggi yang akan tahan terhadap suhu tinggi. Polimer yang mengandung

senyawa siklik, putusnya satu ikatan dalam cincin tidak akan menghasilkan

penurunan berat molekul dan kemungkinan (peluang) putusnya dua ikatan dalam

satu cincin adalah rendah. Polimer tangga atau semi tangga diharapkan memiliki

stabilitas panas yang lebih tinggi daripada polimer rantai terbuka (Sopyan, 2001)

Dengan melihat latar belakang tersebut diatas, maka peneliti mencoba

memberikan variasi waktu pada pembentukan poli(butilen itakonat) untuk

mengetahui waktu mulai terbentuknya poli(butilen itakonat) dan variasi

penambahan DVB untuk mengetahui stabilitas panas.

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Kesempurnaan pembentukan poliester ditunjukkan dengan hampir semua

molekul glikol dan diasam bereaksi satu dengan yang lainnya, dengan demikian

tidak ada lagi molekul bebas (Chajecka, 2011). Perbandingan jumlah kuantitas

dari diol dan diasam pada sintesis poliester mempengaruhi berat molekul pada

produk akhir. Keseimbangan reaksi akan terjadi jika jumlah monomer satu dengan

yang lainnya sesuai dengan stokiometri (Ford, 1973). Kepastian untuk estimasi

pencapaian berat molekul yang tinggi pada sintesis poliester, yaitu ketika

perbandingan mol sama antara diol dan diasam. Keseimbangan reaksi tersebut

akan menyebabkan reaksi sempurna dan berat molekul meningkat (Chajecka,

2011).

Sifat fisika dan kimia pada produk akhir poliester juga bergantung pada

suhu pemanasan dan waktu polimerisasinya (Chajecka, 2011). Pembentukan

poliester melalui reaksi polikondensasi memerlukan waktu yang sangat lama.

Waktu sintesis yang sering digunakan, diantaranya 24 jam, 48 jam, 6 jam, 4 jam

dan 3 jam (Chajecka, 2011; Mohammadnia et al., 2012; Kim et al., 2001; Tang,

2006). Kesulitan yang terjadi untuk mempersiapkan poliester alifatik dengan

metode polikondensasi langsung karena dimungkinkan terjadinya degradasi pada

suhu tinggi dan stabilitas hidrolitiknya rendah (Mohammadnia et al., 2012). Suhu-


commit to user

4

4

suhu sintesis poliester yang sering digunakan diantaranya 190-230, 150-220, 170-

180, 180, 160, 150, 120-140 0C (Chajecka, 2011; Mohammadnia et al., 2012; Kim

et al., 2001; Tang, 2006). Menurut uji coba yang telah dilakukan, waktu

polimerisasi yang melebihi 3 jam dan suhu yang melebihi 180 0C, menghasilkan

produk akhir poliester yang tidak bisa dikeluarkan dari sistem destilasi yang

dimungkinkan karena poliester sudah tersambung silang akibat efek panas.

Sambung silang akibat efek panas menghasilkan produk yang padat namun

memiliki kekuatan yang rendah.

Poliester alifatik memiliki berat molekul tinggi tetapi sifat fisik dan

mekaniknya kurang baik dengan penambahan agen penyambung silang maka

jaringan yang terbentuk menjadi lebih besar dan poliester menjadi lebih padat dan

kuat (Ford, 1973). Agen penyambung silang yang digunakan dalam penelitian ini

adalah divinil benzena (DVB). Gugus vinil dari DVB dapat disambungsilangkan

dengan poliester. DVB memiliki dua gugus vinil bersifat reaktif non polar serta

DVB diharapkan dapat menjadikan suatu poliester yang padat, kuat dan stabil

panas. DVB sebagai agen penyambung silang jarang digunakan bersama dengan

poliester alifatik. Agen penyambung silang membutuhkan inisiator untuk

menginisiasi reaksi.

Benzoil peroksida(BPO) merupakan senyawa peroksida yang berfungsi

sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan pembentukan ikatan silang

berbagai material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai

pembentuk radikal bebas. Pembentukan radikal bebas tersebut dibantu oleh panas.

Suhu dekomposisi BPO sangat bervariasi diantaranya 60, 70, 80, 85, 90 dan 100 0C, hal itu tergantung pada pelarut dari BPO (Bundrup, 1999). Penambahan

sejumlah tertentu zat pembentuk radikal akan memberikan ikatan bagi material

polimer zat pembentuk radikal yang dapat digunakan sebagai pembentuk ikatan

adalah dari jenis peroksida (Billmeyer, 1962).

Perubahan sifat dari poliester dapat diketahui dari karakterisasi poliester

yang terbentuk dibandingkan dengan poliester awal menggunakan FTIR, TG-


commit to user

5

5

DTA. Produk poliester sintesis awal ditentukan pula bilangan asam dan viskositas

intrinsiknya. Pada produk poliester sintesis awal merupakan produk yang belum

terikat silang sehingga bilangan asam dapat ditentukan dengan metode titrimetri

sedangkan viskositas intrinsik dengan viskometer Ostwald, Ubbelohde, Cannon-

Fenske dan ICI cone Plate (Chajecka, 2011).

2. Batasan Masalah

1. Perbandingan mol monomer asam itakonat dan 1,4 butanadiol yang digunakan

adalah 1:1.

2. Variasi waktu polimerisasi selama 1 jam; 1,5 jam; 2 jam; 2,5 jam dan 3 jam.

3. Suhu sintesis yang digunakan antara 170-180 oC.

4. Variasi penambahan DVB adalah 10, 15, 20 dan 25 % b/b produk akhir

sintesis poli(butilen itakonat).

5. Pembuatan poliester ikat silang dengan alat refluks menggunakan DVB sebagai

agen penyambung silang dan benzoil peroksida sebagai inisiator dengan suhu

reaksi 100 0C selama 3 jam (Brandrup, 1999).

6. Penentuan bilangan asam pada hasil sintesis awal menggunakan metode

titrimetri.

7. Penentuan viskositas intrinsik poliester menggunakan viskometer Ostwald

pada suhu kamar.

8. Karakterisasi dilakukan dengan perubahan gugus fungsi menggunakan

spektrofotometer infra merah (FTIR).

9. Analisis termal menggunakan TG-DTA.

3. Rumusan Masalah

1. Apakah poli(butilen itakonat) bisa dibentuk melalui polikondensasi suhu

sedang (170-180 oC) dengan waktu yang relatif singkat?

2. Bagaimana pengaruh variasi penambahan DVB terhadap stabilitas panas

poli(butilen itakonat)?


commit to user

6

6

C. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai penelitian ini :

a. Sintesis poli(butilen itakonat) bisa dibentuk melalui polikondensasi suhu

sedang (170-180 oC) dengan waktu yang relatif singkat.

b. Mengetahui pengaruh variasi penambahan DVB terhadap stabilitas panas

poli(butilen itakonat).

D. Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi untuk akademisi terutama dibidang polimer untuk

menjadikan suatu poliester yang memiliki sifat yang baik.

2. Membantu pemerintah untuk menggunakan monomer berbasis alam sebagai

usaha mengurangi penggunaan monomer yang berbasis petrokimia dalam

pembuatan polimer sintetik guna mengatasi kelangkaan minyak bumi dan

ramah lingkungan.


commit to user

7

7

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Poliester

Poliester merupakan polimer sintetik yang dalam rantai utamanya terdapat

gugus ester (-COOR) yang mudah terhidrolisis (Hasan, 2005). Poliester termasuk

polimer sintetik yang lebih serbaguna karena mendapat aplikasi komersial yang

luas sebagai serat, plastik, dan bahan pelapis (Sopyan, 2001). Poliester dibentuk

melalui reaksi polikondensasi dari diasam atau anhidrida dengan diol. Komponen

sebagian besar poliester asam dikarboksilat seperti: asam adipat, asam suksinat,

asam itakonat, asam ftalat, anhidrida maleat dan lain sebagainya. Komponen yang

mengandung gugus hidroksil kebanyakan etanol, propanol, butanol, pentanol,

heksanol, heptanadiol, heksanatriol, gliserol dan lain sebagainya (Chajecka,

2011).

Sintesis poliester melibatkan pemanasan asam hidroksikarboksilat atau

campuran glikol dengan asam dikarboksilat, pada suhu kisaran 150-250 ºC di

mana proses poliesterifikasi menghasilkan poliester dan air. Reaksi esterifikasi,

sebagai langkah dasar poliesterifikasi yaitu proses keseimbangan yang tujuannya

meningkatkan berat molekul dari poliester. Hal ini tergantung pada efisiensi

penghilangan air yang terus menerus dari sistem reaksi. Kesulitan dalam

penghilangan air dari reaktor dapat dilakukan dengan penambahan sedikit pelarut

organik seperti xilena atau toluena. Reaksi berlangsung pada suhu tidak relatif

tinggi karena menghindari menguapnya reaktan dan kemungkinan terdapat

beberapa jumlah massa yang hilang dari diol yang terbawa aliran gas dari reaktor.

Kekurangannya adalah waktu reaksi yang lebih lama dan masalah lingkungan

oleh pelarut serta pengelolaannya. Selain itu juga reaksi bisa menggunakan sistem

vakum pada tahap akhir (Skrifvars, 2000).

Proses di atas dapat meningkatkan konversi yang ditunjukkan hampir

semua molekul glikol telah bereaksi antara yang satu dengan yang lainnya dengan

7


commit to user

8

8

demikian tidak ada lagi molekul bebas. Pada suhu sekitar 150 ºC reaksi utama

yang harus dipertimbangkan adalah keseimbangan esterifikasi-hidrolisis.

(1)

nHO - R - OH + nHOOC - R' - COOH 2nH2O +...-( O - R - O - CO - R' - CO )- ...

Kelebihan baik glikol atau asam dikarboksilat memiliki pengaruh yang kuat

pada berat molekul dari poliester. Kelebihan glikol biasanya digunakan untuk

mengatasi hilangnya glikol pada saat proses penyulingan dan hal itu menyebabkan

terminasi hidroksil pada poliester. Konstanta kesetimbangan (K) ditentukan oleh

persamaan 2 di bawah ini, di mana n adalah rasio stoikiometrik.

(2)

Poliester biasanya diproduksi dalam proses batch berpengaduk. Bahan

baku dipanaskan dalam suasana inert. Biasanya reaksi dilakukan pada suhu 150-

220 ºC, Suhu memegang peran penting dalam sintesis, air didestilasi melalui

kolom pada reaktor. Pada suhu tinggi reaksi terjadi lebih cepat yang membuat

semua proses lebih pendek dan memperoleh berat molekul tinggi. Poliester

alifatik sulit dibentuk melalui polikondensasi langsung karena terjadi degradasi

pada suhu tinggi dengan stabilitas hidrolitiknya rendah (Mohammadnia et al.,

2012). Reaksi polikondensasi pada suhu rendah (120-140 °C), reaksi berlangsung

sangat lambat sehingga perubahan jumlah asam diabaikan. Air hasil samping

reaksi, awalnya disuling dengan sangat cepat akibatnya konsentrasi gugus

asamnya turun karena tingkat polimerisasinya menurun. Penghilangan air dapat

dipermudah dengan pengolahan kondisi vakum. Kehadiran gas inert, seperti

nitrogen atau karbon dioksida, membantu menghilangkan air tapi juga mencegah

perubahan warna (yang akan terjadi dengan adanya oksigen) (Chajecka, 2011).

Reaksi yang terjadi seperti di bawah ini:


commit to user

9

9

nHO C

O

R ( n+1 )HO R' OHkatalis

HO R' O C

O

R C

O

O R' O H + 2n H2O

n

C

O

OH +

Gambar 1. Reaksi polikondensasi

Pemantauan rasio bahan sangat diperlukan untuk memastikan bahwa produk akhir

akan mengandung gugus hidroksil yang tepat, dan bukan asam pada rantai akhir

(Chajecka, 2011).

Polimerisasi kondensasi merupakan proses pembuatan polimer yang

melibatkan pelepasan molekul kecil seperti air, HCl, dan metanol. Pembentukan

polimer secara kondensasi dapat dilakukan pada monomer yang memiliki gugus

hidroksil dan karboksilat. Pembentukan polimer dengan cara ini diawali dengan

saling bereaksinya monomer dengan monomer membentuk dimer dan air. Setelah

itu, dimer yang terbentuk bereaksi dengan monomer membentuk trimer. Trimer

yang telah terbentuk dapat bereaksi dengan dimer membentuk pentamer atau

dapat pula bereaksi dengan monomer dan dimer. Reaksi ini terus berlangsung

sampai terbentuk polimer. Reaksi polikondensasi bersifat dapat balik sehingga air

yang dilepaskan harus dipindahkan untuk menghasilkan polimer yang memiliki

bobot molekul yang tinggi (Allcock and Lampe, 1981).

2. Asam Itakonat

Asam itakonat merupakan asam organik yang menjanjikan. Asam Ini

berbentuk kristal putih dengan berat molekul 130,1 gram/mol, titik didih 268 oC,

titik lebur 167-168 oC, densitas 1,63 g/L dan larut dalam air dengan kelarutan

sebesar 83,1 g/L (Muralidhararao, 2007). Asam itakonat merupakan asam


commit to user

10

10

dikarboksilat tak jenuh yang salah satu gugus karboksilnya terkonjugasi pada

gugus metilen ( Willke and Vorlop, 2001).

C

O

OH

C

CH2

CH2 C

O

OH

Gambar 2. Asam itakonat

Asam itakonat digunakan di seluruh dunia dalam industri sintesis resin

seperti poliester, plastik, pelapis, penyusun senyawa bioaktif dalam bidang

pertanian, farmasi, obat-obatan, dan produk industri lainnya (Sudarkodi et al.,

2012). Asam itakonat dapat dianggap sebagai asam -disubstitusi akrilik atau

metakrilik dan merupakan isomer dengan asam sitrakonat dan mesakonat. Asam

itakonat stabil pada kondisi asam, netral dan sedikit basa pada suhu sedang

(Willke and Vorlop, 2001).

Gambar 3. Isomeri asam itakonat

Willke and Vorlop (2001) menyatakan bahwa asam itakonat merupakan

suatu senyawa hidrofil yang berasal dari fermentasi karbohidrat oleh jamur. Jamur


commit to user

11

11

genus Aspergillus sering digunakan untuk memproduksi asam organik seperti

asam itakonat (Sudarkodi et al., 2012; Willke and Vorlop, 2001). Asam itakonat

merupakan asam dikarboksilat dari asam organik tak jenuh yang satu gugus

karboksilnya terkonjugasi ke gugus metilen (Willke and Vorlop, 2001).

Perkembangan Industri petrokimia, banyak proses sintesis bioteknologi

dan kimia telah dikembangkan dengan tujuan untuk mengganti metode terbaru

dari petrokimia dan mengembangkan sumber daya terbarukan. Asam itakonat

adalah salah satu dari sejumlah bahan biomassa. Senyawa ini memiliki ikatan

rangkap dua dan dua asam tak jenuh dalam struktur molekul. Monomer ini sangat

reaktif, dilihat dari struktur molekul reaksi fungsionalisasi meliputi oksidasi,

reduksi, esterifikasi, hidrolisis dan teknologi kondensasi, yang berasal dari

berbagai macam kimia prekursor dengan aplikasi yang tinggi .

Polimerisasi metil, etil atau vinil ester dari asam itakonat digunakan

sebagai plastik, perekat elastomer dan pelapisan (Willke and Vorlop, 2001).

Kopolimer dari asam itakonat menghasilkan produk seperti karet yang kekuatan

dan fleksibilitasnya baik menyerupai resin serta pelapis anti air dengan isolasi

listrik yang bagus.

3. 1,4 Butanadiol

Aplikasi utama untuk 1,4-butanadiol adalah produksi plastik, poliester

termoplastik, panas-lelehan perekat dan plasticizer. Polimerisasi metil monoester

asam akrilik dari 1,4-butanadiol dapat dibuat untuk kopolimer dengan monomer

lainnya. Komposisi dari akrilat ini menentukan seberapa hidrofilik kopolimer

tersebut .

1,4-butanadiol tidak berwarna, hampir tidak berbau dan higroskopis.

Cairan ini membeku pada suhu di bawah 20 °C. Senyawa ini larut dalam air,

alkohol, ester, keton, eter glikol dan glikol eter asetat tetapi bercampur dengan

alifatik dan aromatik hidrokarbon, hidrokarbon terklorinasi dan dietil eter.

Esterifikasi 1,4-butanadiol dengan asam dikarboksilat dan turunannya

menghasilkan produk kristal dan poliester linier termoplastik. Contohnya adalah


commit to user

12

12

reaksi esterifikasi dengan asam dikarboksilat alifatik (misalnya, asam maleat,

asam adipat, dan asam sebasat) atau dengan aromatik asam dikarboksilat

(misalnya, tereftalat, asam isoftalat, 5-asam sulfoisoftalat, 2,6-naftalena asam

dikarboksilat, dan lain sebagainya). Dikarboksilat anhidrida dan klorida, ester

alifatik, serta asam dikarboksilat sendiri digunakan untuk reaksi esterifikasi.

Akhir-akhir ini butanadiol telah diproduksi dari gula yang akan

memberikan kontribusi pada produksi yang lebih berkelanjutan dan industri bahan

kimia ramah lingkungan. Gambar di bawah ini merupakan jalur pembentukan 1,4

butanadiol menggunakan bakteri E. Coli (Burk, 2010).

Sucrose Glycolysis

TCA Cycle

BDO Pathway BDO

E. Coli

.

Sucrose

+ CO2 TCA Cycle

O2 C SCoA

O

CO2

Succinyl CoA

SCoA

O

HOHO

4-Hydroxybutyrate

H

O

HO

OH

HO

1,4 Butanediol

Gambar 4. Jalur pembentukan 1,4 butanadiol menggunakan bakteri E.Coli

4. Titanium (IV) Butoksida

Reaksi poliesterifikasi langsung bisa dikatalisis sendiri oleh gugus

karboksil dari reaktan asam. Pengurangan konsentrasi dari gugus karboksil akan

meningkatkan konversi. Katalis eksternal sering digunakan untuk


commit to user

13

13

mempertahankan laju reaksi. Katalis yang digunakan dalam sintesis ini yaitu

titanium (IV) butoksida yang memiliki warna kuning terang, berbentuk cairan

dengan titik didih 206 oC (Chajecka, 2011).

Gambar 5. Titanium (IV) butoksida

5. Divinil Benzena

Divinil benzena (DVB) adalah bahan kimia yang penting digunakan

sebagai zat pengikat silang dalam polimer industri. Rumus molekul divinil

benzena yaitu C10H10, mempunyai berat molekul 130,19 g/mol, titik didihnya 200 oC, tidak larut dalam air tetapi larut dalam etanol dan eter, memiliki titik nyala 76 0C.

Divinil benzena merupakan senyawa benzena yang mengikat dua gugus

vinil pada posisi meta atau para yang bersifat non polar. DVB mempunyai dua

gugus fungsi vinil, sehingga bisa digunakan sebagai agen penyambung silang

(crosslinker) yang sangat reaktif pada kopolimerisasi gugus vinil. DVB dapat

membentuk ikatan primer dan sekunder pada gugus reaktifnya. Ikatan primer

terbentuk pada gugus vinil dengan senyawa non polar lainnya sedangkan ikatan

dengan atom hidrogen bermuatan parsial positif (H ). Ikatan primer dan sekunder

memperbesar jaringan polimer sehingga polimer lebih masif dan keras serta dapat

menurunkan indeks alir leleh dan konsekuensinya meningkatkan sifat mekanisnya

(Okidimis, 2012)).

DVB ketika bereaksi bersama-sama dengan stirena dapat digunakan

sebagai monomer reaktif dalam resin poliester. Stirena dan divinil benzena


commit to user

14

14

bereaksi secara bersama-sama menghasilkan kopolimer stirena divinil benzena.

Pada pabrik plastik, divinil benzena digunakan dalam industri plastik untuk

mengikat silang dan memodifikasi material-material dan untuk membantu proses

kopolimerisasi. Senyawa ini juga dapat meningkatkan resistansi terhadap tekanan

retak, bahan kimia, panas distorsi, kekerasan dan kekuatan (Aud, 2000)

(Okidimis, 2012)

Gambar 6. (a) Divinil benzena, (b) reaksi radikal pada DVB

6. Benzoil Peroksida

Kebanyakan inisiator yang digunakan secara luas adalah radikal bebas

yang dihasilkan dari peruraian peroksida. Peroksida organik seperti benzoil

peroksida terurai secara homolitik menghasilkan radikal bebas benzoil. Kemudian

radikal bebas benzoil diuraikan untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan

radikal bebas fenil seperti ditunjukkan dalam mekanisme reaksi.


commit to user

15

15

C

O

O O C

O

2 O.

C

O

2 CO2 + 2 .

benzoil peroksida radikal bebas benzoil

karbondioksida radikal bebas

panas

Gambar 7. Dekomposisi benzoil peroksida

Radikal bebas fenil itu kemudian ditambahkan pada monomer vinil, untuk

menghasilkan sebuah radikal bebas yang baru dapat merambat (propagasi) dengan

monomer-monomer vinil lainnya (Sopyan, 2001). Benzoil peroksida merupakan

senyawa peroksida yang berfungsi sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan

dalam pembentukan ikatan silang dari berbagai polimer dan material polimer.

Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas.

Penambahan sejumlah tertentu zat pembentuk radikal akan memberikan ikatan

bagi bahan polimer, zat pembentuk radikal yang dapat digunakan sebagai

pembentuk ikatan adalah dari jenis peroksida (Billmeyer, 1962).

7. Sambung Silang (Crosslinking)

Reaksi sambung silang adalah suatu reaksi yang memicu pembentukan

polimer tak larut dan terurai (infusible) dimana rantai dihubungkan bersama untuk

membentuk suatu struktur jaringan tiga dimensi. Polimer yang melalui proses

ikat-silang banyak dijumpai pada industri cat, tinta print, adhesif, serta komponen

elektronik. Sambung silang dapat dilakukan dengan penambahan zat pengikat-

silang, suatu molekul yang memiliki dua atau lebih gugus reaktif yang dapat


commit to user

16

16

bereaksi dengan gugus fungsi pada rantai polimer. Polimer sambung silang dapat

disiapkan dengan polimerisasi dari monomer dengan rata-rata gugus fungsi lebih

dari dua. Sambung silang dapat mempengaruhi sifat fisik dari polimer yang

disambung silangkan. Umumnya, sambung silang ini meningkatkan sifat fisik dari

polimer tersebut, diantaranya ekspansi panas dan kapasitas panas menurun, suhu

distrosi panas, kekuatan tarik, dan indeks bias meningkat. Suhu transisi gelas

meningkat seiring dengan bertambahnya densitas ikat silang (Aud, 2000).

Poliester alifatik ini sangat sedikit yang mencapai nilai komersial,

keterbatasan utamanya pada penyediaan monomer, sifat-sifat kimia dan fisika dari

produk akhir. Pembuatan poliester sambung silang diperlukan suatu senyawa

inisiator yang akan menghasilkan radikal bebas. Radikal bebas ini akan

mengganggu senyawa lain untuk membentuk radikal pula. Jenis inisiator ini

biasanya berasal dari senyawa azo dan peroksida. Senyawa inisiator yang sering

digunakan adalah diasetil peroksida, dibutil peroksida, dan benzoil peroksida.

Penggunaan senyawa BPO dalam penelitian ini didasarkan atas sifat radikal

benzoiloksi yang cukup stabil sehingga cenderung dapat bereaksi dengan

molekul-molekul monomer yang lebih reaktif sebelum mengeliminasi karbon

dioksida sehingga dapat mengurangi pemborosan inisiator (Sopyan, 2001).

Tahapan dalam proses polimerisasi ini dapat digambarkan sebagai

berikut:

Inisiasi : ROOR

ROOR

Propagasi

Terminasi

(Sopyan, 2001)

8. Stabilitas panas

Ketika zat-zat organik dipanaskan sampai suhu tinggi mereka memiliki

kecenderungan untuk membentuk senyawa-senyawa aromatik. Hal ini mengikuti


commit to user

17

17

fakta bahwa polimer-polimer aromatik tahan terhadap suhu tinggi. Akhir-akhir ini

telah dikembangkan berbagai polimer yang memiliki unit-unit ulang aromatik.

Sebagian besar didorong oleh motivasi akan perlunya industri-industri

penerbangan memakai bahan-bahan dengan kinerja tinggi yang akan tahan

tersebut dapat mempertahankan sifat-sifat yang bermanfaat pada suhu-suhu dekat

suhu dekomposisi.

Stabilitas panas utamanya merupakan fungsi dari energi ikatan. Ketika

suhu naik ke titik dimana energi getaran menimbulkan putusnya ikatan. Polimer

yang bersangkutan akan terurai. Pada polimer unit ulang siklik putusnya satu

ikatan dalam cincin tidak menghasilkan penurunan berat molekul dan

kemungkinan (peluang) putusnya dua ikatan dalam satu cincin adalah rendah.

Dengan demikian polimer tangga atau semi tangga diharapkan memiliki stabilitas

panas yang lebih tinggi daripada polimer dengan rantai terbuka (Sopyan, 2001).

Peningkatan jumlah stirena dalam kopolimer menyebabkan meningkatnya

nilai T5%/0C, T10%/0C, dan T50%/0C. Ketika persentase stirena meningkat jumlah

rantai aromatik dan ikatan karbon-karbon pada homopolimer stirena juga

meningkat karena jumlah dari ester pada jaringan polimer menurun. Ini

memungkinkan stabilitas panas lebih tinggi. Polimer yang tersambung silang dan

rigid seharusnya meningkatkan stabilitas panas (Worzakowska, 2012;

Worzakowska, 2009).

B. Kerangka Pemikiran

Poli(butilen itakonat) disintesis melalui reaksi polimerisasi kondensasi

asam itakonat dengan 1,4 butanadiol dalam kondisi inert yaitu dengan dialiri gas

nitrogen. Nitrogen ini membantu menghilangkan air dan mencegah perubahan

warna akibat adanya oksigen yang masuk ke sistem. Meningkatnya berat molekul

dari poliester ini, tergantung pada efisiensi penghilangan air yang terus menerus

dari sistem reaksi. Penghilangan air sangat bergantung pada suhu pemanasan dan

waktu polimerisasinya. Sintesis poliester melalui reaksi polikondensasi umumnya


commit to user

18

18

memerlukan waktu yang sangat lama. Suhu pemanasan yang tinggi akan

mempercepat pembentukan poliester dan penghilangan air tetapi akan mudah

terjadi degradasi dan hidrolisis. Kesulitan untuk mensintesis poliester alifatik

dengan polikondensasi langsung karena terjadi degradasi pada suhu tinggi dan

stabilitas hidrolitik yang rendah, sehingga jika poliester disintesis pada suhu

sedang (170-180 0C) dengan waktu yang relatif singkat akan mengurangi

terjadinya degradasi dan hidrolisis. Suhu sedang dapat menghindari menguapnya

reaktan dan mengurangi kemungkinan adanya beberapa jumlah massa yang hilang

khususnya diol yang terbawa aliran gas dari batch. Pada suhu sedang efisiensi

penghilangan air pada sistem juga tinggi.

Poliester sambung silang dipersiapkan melalui asam dikarboksilat tak

jenuh dengan diol yang jenuh (Gambar 1). Suhu pemanasan yang tinggi akan

mempengaruhi polimerisasi pada asam itakonat. Asam itakonat memiliki ikatan

rangkap dua C=CH2 yang tidak stabil pada suhu tinggi. Ikatan tersebut

dipertahankan karena akan digunakan untuk proses selanjutnya yaitu proses

sambung silang dengan divinil benzena membentuk poliester yang padat dan

stabil panas.

Proses sambung silang ini terjadi melalui reaksi radikal. Reaksi radikal

memerlukan inisiator untuk menginisiasi reaksi. Inisiator yang dipakai dalam

penelitian ini yaitu BPO (benzoil peroksida). Benzoil peroksida terurai secara

homolitik menghasilkan radikal bebas benzoil. Kemudian radikal bebas benzoil

diuraikan untuk membentuk karbon dioksida (CO2) dan radikal bebas fenil seperti

ditunjukkan dalam mekanisme reaksi (Gambar 7). Sambung silang dari poliester

terjadi melalui pembukaan ikatan rangkap dua (C=C) dari poli(butilen itakonat)

dan DVB akibat inisiasi dari benzoil peroksida dan merambat (propagasi)

mempengaruhi ikatan rangkap dua dan ikatan-ikatan reaktif lainnya (Gambar 8).

Penambahan senyawa aromatik bisa meningkatkan stabilitas panas

disebabkan oleh polimer yang terbentuk telah tersambung silang sehingga

menjadi jaringan yang lebih besar serta lebih rigid. Stabilitas panas utamanya

merupakan fungsi dari energi ikatan. Ketika suhu naik ke titik dimana energi

getaran menimbulkan putusnya ikatan. Polimer yang bersangkutan akan terurai.


commit to user

19

19

Pada polimer unit ulang siklik putusnya satu ikatan dalam cincin tidak

menghasilkan penurunan berat molekul dan kemungkinan (peluang) putusnya dua

ikatan dalam satu cincin adalah rendah. Dengan demikian polimer tangga atau

semi tangga diharapkan memiliki stabilitas panas yang lebih tinggi daripada

polimer dengan rantai terbuka.


commit to user

20

20

C

O

OH

C

CH2

CH2 C

O

O CH2 CH2 CH2 CH2 OH

HC CH2

CH CH2

+

BPO 100 oC

C

O

O

HC

H2C

CH2 C

O

O CH2 CH2 CH2 CH2 O

H2C CH2

H2C CH2

C

O

CH

CH2 C

O

O CH2 CH2 CH2

H2C

CH2

C

OO

CH

C

OO

O

OHO

H2C

H2C CH2

H2C CH2

PEs

1,4 butanadiol

n

Gambar 8. Reaksi sambung silang poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB

C. Hipotesis


commit to user

21

21

1. Poli(butilen itakonat) bisa dibentuk melalui reaksi polikondensasi suhu

sedang (170-180 oC) dengan waktu yang relatif singkat karena degradasi

polimer berkurang dan stabilitas hidrolitiknya rendah.

2. Variasi penambahan DVB pada poliester berpengaruh terhadap stabilitas

panas dari poli(butilen itakonat). Semakin banyak DVB yang ditambahkan

maka stabilitas panas dari poli(butilen itakonat) semakin tinggi.

BAB III


commit to user

22

22

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen

yang dilakukan di laboratorium untuk memperoleh data hasil. Penelitian meliputi

sintesis poli(butilen itakonat) dan poli(butilen itakonat) dengan penambahan DVB

sebagai agen penyambung silang. Parameter yang diteliti adalah karakteristik

gugus fungsi sebelum dan sesudah penambahan DVB dengan FTIR, bilangan

asam dengan metode titrimetri, viskositas intrinsik dengan viskometer Ostwald,

perubahan berat dan stabilitas panas menggunakan TG-DTA.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia Universitas Sebelas Maret

Surakarta pada bulan Maret-November 2012, untuk uji TG-DTA dilakukan di

Laboratorium Mekanika dan Pencampuran Institut Teknologi Sepuluh November

Surabaya.

C. Alat dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan

a. Satu set alat destilasi sederhana

b. Satu set alat refluks

c. Alat - alat gelas (Pyrex)

d. Neraca analitis (Sartorius)

e. Instrumen FT-IR (Fourier Tranform Infra Red) Shimadzu type FT-IR-820431

PC

f. Instrumen TG-DTA (Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis)

Shimadzu type DTG 60H

g. Stop watch

h. Hot Plate

i. Magnetic stirer 21


commit to user

23

23

j. Viskometer Ostwald

k. Termometer

2. Bahan-bahan yang digunakan

a. Asam itakonat p.a (Aldrich Chemical)

b. 1,4 Butanadiol p.a (E. Merck)

c. p- metoksi fenol p.a (E. Merck)

d. Titanium (IV) butoksida p.a (Aldrich)

e. Toluena p.a (E. Merck)

f. Kloroform p.a (E. Merck)

g. Asam oksalat p.a (E. Merck)

h. Akuades

i. Indikator phenopthalein 1%

j. Kalium hidroksida p.a (E. Merck)

k. Aseton p.a (E. Merck)

l. Etanol p.a (E. Merck)

m. Benzoil peroksida p.a (E. Merck)

n. Divinil benzena p.a (E. Merck)

o. Gas nitrogen (N2)

p. Minyak goreng

D. Prosedur Penelitian

1. Sintesis Poli(butilen itakonat)

Sintesis poli(butilen itakonat) menggunakan bahan utama asam itakonat

dan 1,4 butanadiol dengan perbandingan mol 1:1. Bahan tersebut di atas

dimasukkan ke dalam labu alas bulat 250 ml yang dilengkapi dengan kondensor,

termometer dan gas nitrogen. Selanjutnya ditambahkan p metoksi fenol sebanyak

0,1 % dari total berat bahan utama dan Ti (IV) butoksida dalam toluen sebanyak

0,1 % dari mol asam. Semua bahan di atas didestilasi dengan penangas minyak

goreng pada suhu sekitar 170-180 0C dengan variasi waktu pemanasan 1 jam; 1,5

jam; 2 jam; 2,5 jam; dan 3 jam. Kemudian poliester yang terbentuk didiamkan


commit to user

24

24

pada suhu kamar sampai beratnya tetap dan dilakukan FTIR, TG-DTA, uji

viskositas intrinsik dan titrasi penentuan bilangan asam.

Tabel 1. Formula Sintesis Poli( Butilen Itakonat)

keterangan Asam itakonat 1,4 butandiol metoksi

fenol

Ti(IV)

butoksida

mol 0,1 0,1

Massa (gr) 13,01 9,01 0,2201 0,24/ 2

Catatan : Ti (IV) butoksida 0,24 gr dalam 2 ml toluen

2. Sintesis Poli( Butilen Itakonat) dengan Penambahan DVB

Sintesis poli(butilen itakonat) dengan penambahan DVB merupakan

proses lanjutan dari sintesis poli(butilen itakonat). Hasil dari sintesis asam

poli(butilen itakonat) selama 3 jam, diambil sebanyak 10 gram dan dimasukkan ke

dalam labu refluks yang dilengkapi dengan kondensor, termometer dan gas

nitrogen. Selanjutnya ditambahkan DVB dengan variasi 10, 15, 20 dan 25 (%

massa) dari poli(butilen itakonat) kemudian ditambahkan benzoil peroksida

sebanyak 1 % massa dari poli(butilen itakonat) yang dilarutkan dalam 1 ml

aseton. Semua senyawa direfluks pada suhu 100 0C selama 3 jam dengan dialiri

gas nitrogen (Brandup, 1999).

3. Penentuan Bilangan Asam

Penentuan bilangan asam pada prinsipnya adalah titrasi sampel poliester

menggunakan larutan KOH 0,1 N yang telah distandarisasi.

Untuk standarisasi KOH 0,1 N yang dilakukan adalah sebanyak 0,66 gr

KOH(s) dilarutkan dan diencerkan dengan pelarut etanol menggunakan labu ukur

100 ml. Ditempat yang berbeda sebanyak 0,159 gr asam oksalat diencerkan dan

dilarutkan dengan pelarut akuades menggunakan labu ukur 25 ml. Dimasukkan 5

ml asam oksalat tersebut kedalam erlenmeyer dan ditambahkan 2-3 tetes indikator

PP 1%. Kemudian dititrasi dengan KOH yang telah dibuat diatas. Dicatat volume

KOH yang dibutuhkan setelah terjadi perubahan warna larutan dari bening


commit to user

25

25

menjadi merah muda. Titrasi dilakukan sebanyak 3 kali kemudian dihitung nilai

normalitas KOH yang sesungguhnya.

Poliester sebanyak 0,5 gr dilarutkan dan diencerkan dengan pelarut

etanol/toluene (1:1) menggunakan labu ukur 25 ml. Dimasukkan 5 ml sampel

tersebut kedalam erlenmeyer dan ditambahkan 2-3 tetes indikator PP 1%.

Kemudian sampel dititrasi dengan KOH 0,1 N dalam etanol yang telah

distandarisasi menggunakan asam oksalat. Dicatat volume KOH yang dibutuhkan

setelah terjadi perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda. Titrasi

dilakukan sebanyak 5 kali sesuai pengenceran 25 ml diatas, kemudian dihitung

nilai bilangan asamnya.

3. Penentuan Viskositas Intrinsik

Sebanyak 0,4 gr sampel poliester diencerkan dan dilarutkan dengan pelarut

kloroform menggunakan labu ukur 10 ml dan dihasilkan larutan dengan

konsentrasi 4 g/dL. Pengenceran ini menggunakan sistem bertingkat sehingga dari

konsentrasi sebelumnya diambil 5 ml larutan dan dilarutkan dengan pelarut

kloroform menggunakan labu ukur 10 ml dan begitu seterusnya sampai

didapatkan larutan dengan konsentrasi masing-masing 4; 2; 1; 0,5; 0,25 g/dL. Dari

masing-masing larutan tersebut dimasukkan 2 ml larutan ke dalam viskometer

Ostwald dan diukur waktu alir larutan dari batas atas sampai batas bawah dari

viskometer tersebut. Untuk pelarutnya yaitu kloroform juga diukur waktu alirnya

menggunakan viskometer Ostwald. Kemudian dihitung nilai viskositas intrinsik

sampel pada pelarut kloroform.

4. Identifikasi poliester dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Sampel neat langsung dicampur dengan KBr, dibentuk pelet, sedangkan

untuk sampel hasil sintesis dilarutkan pada kloroform setelah itu ditempatkan

pada wadah sampel kemudian dianalisis dengan Fourier Transform Infra Red

(FTIR). Pembacaan dilakukan dari 4000 400 cm-1 dengan resolusi setiap 2 cm-1.


commit to user

26

26

5. Analisis termal menggunakan Thermogravimetric-Differential Thermal

Analysis

Sampel ditimbang dan dimasukkan ke dalam pan aluminum kemudian

dianalisis dengan atmosfer N2 (gas nitrogen), heating rate 10 °C/menit dan gas

flow 50 mL/menit.

E. Teknik Pengumpulan Data

1. Karakterisasi gugus-gugus fungsi pada poli(butilen itakonat) dan poli(butilen

itakonat) dengan penambahan DVB diketahui dengan FTIR.

2. Penentuan viskositas intrinsik dari poli(butilen itakonat) dilakukan dengan

menggunakan viskometer Ostwald. Data diperoleh dengan cara 0,4 gram

masing-masing polimer di atas dimasukkan dalam labu ukur 10 ml dan

ditambahkan kloroform hingga batas. Kemudian dibuat variasi konsentrasi

larutan polimer melalui pengenceran dengan kloroform: 4; 2; 1; 0,5; 0,25 g/dL.

Setelah itu, dilakukan pengukuran waktu alir pelarut murni (kloroform) dan

masing-masing larutan polimer dengan menggunakan Viskometer Ostwald

sehingga diperoleh to, t1, t2, t3, t4, dan t5.

3. Penentuan bilangan asam dengan metode titrimetri. Data yang diperoleh yaitu

volume KOH yang diperlukan untuk menitrasi larutan sampel sampai berubah

warna dari warna bening menjadi merah muda.

4. Analisis suhu dan berat dekomposisi dari poli(butilen itakonat) dan poli(butilen

itakonat) dengan penambahan DVB dilakukan dengan TG-DTA.

F. Teknik Analisis Data

1. Spektra FTIR

Spektra FTIR menunjukkan perubahan gugus fungsi asam itakonat dan 1,4-

butanadiol terhadap spektra poliester yang terbentuk. Hilangnya gugus-gugus

seperti hidroksil (OH) pada 1,4 butanadiol dan putusnya ikatan rangkap dua

C=C dari asam itakonat maupun gugus vinil dari DVB menunjukkan adanya

ikatan yang hilang dan terbentuknya ikatan kimia yang baru pada poliester.


commit to user

27

27

2. Viskositas Intrinsik

Penentuan viskositas intrinsik dari poli(butilen itakonat) dan poli(butilen

itakonat) dengan penambahan DVB dengan metode viskometri. Peningkatan

waktu alir pada masing-masing polimer bisa menunjukkan semakin besarnya

berat molekul dan struktur yang semakin rigid. Melalui perhitungan diperoleh

viskositas relati r sp sp /

i). Viskositas Intrinsik

diperoleh dari nilai intercept.

3. Bilangan Asam

Penentuan bilangan asam dilakukan menggunakan metode titrimetri. Data yang

diperoleh yaitu volume KOH yang diperlukan untuk menitrasi larutan sampel

sampai berubah warna dari warna bening menjadi merah muda. Volume yang

diperoleh tersebut selanjutnya dimasukkan ke rumus :

V AN =

Sehingga akan didapat nilai bilangan asam.

4. Data Analisis Termal

Data TG-DTA berupa kurva penurunan berat dan suhu dekomposisi dari

masing-masing polimer dan sifat reaksi endotermis atau eksotermis. Lalu data

tersebut dibandingkan dengan suhu dekomposisi dari variasi poli(butilen

itakonat) dan poli(butilen itakonat) yang tersambung silang DVB.


commit to user

28

28

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesis poli(butilen itakonat) dilakukan dengan pencampuran asam itakonat

dan 1,4 butanadiol dengan variasi waktu polimerisasi ( 1 jam; 1,5 jam; 2 jam; 2,5

jam dan 3 jam) secara polikondensasi. Poliester yang dihasilkan merupakan

poliester alifatik. Poliester alifatik tersebut selanjutnya digunakan sebagai standar

dalam sintesis poli(butilen itakonat) dengan DVB. Sintesis poli(butilen itakonat)

dengan DVB dilakukan dengan pencampuran poliester alifatik dan DVB dengan

variasi konsentrasi (10, 15, 20, 25 % b/b) secara reaktif. Poliester yang dihasilkan

merupakan poliester sambung silang (crosslinking). Poliester alifatik dan

sambung silang dikarakterisasi gugus fungsinya dengan FTIR, stabilitas panas

dengan TG- DTA, poliester alifatik yang dihasilkan terlebih dahulu ditentukan

juga bilangan asam dengan metode titrimetri serta viskositas dengan viskometer

Ostwald.

A. Sintesis Poli (Butilen Itakonat)

Sintesis poli(butilen itakonat) dilakukan melalui polikondensasi suhu sedang

(170-180 0C) pada atmosfer gas nitrogen. Suhu memegang peranan penting pada

pembentukan poliester. Pada suhu tinggi ( >220 0C) reaksi berjalan lebih cepat

yang membuat semua proses lebih pendek dan menghasilkan berat molekul tinggi

tetapi terdapat kelemahan, pada suhu ini terjadi degradasi dan stabilitas

hidrolitiknya rendah. Pada suhu rendah (120-140 0C) reaksi berjalan sangat

lambat dan jumlah asam diabaikan karena tingkat polimerisasi menurun yang

disebabkan konsentrasi gugus asam menurun (Chajecka, 2011).

Sintesis poliester ini dilakukan dengan berbagai variasi waktu polimerisasi,

tujuannya untuk mengetahui pengaruh waktu polimerisasi terhadap pembentukan

poliester. Waktu polimerisasi yang tepat selanjutnya digunakan sebagai standar

untuk proses selanjutnya, yaitu sintesis poli(butilen itakonat) dengan DVB.

27


commit to user

29

29

(a) (b) (c)

(d) (e)

Gambar 9. Poli(butilen itakonat) (a) 1 jam; (b) 1,5 jam; (c) 2 jam; (d) 2,5 jam dan (e) 3 jam.

Gambar 9 menunjukkan poli(butilen itakonat) dengan berbagai variasi

waktu polimerisasi. Poliester yang dihasilkan terjadi perubahan, terlihat dari

bentuk fisiknya yaitu dalam segi kekentalan polimer. Poli(butilen itakonat) 1 jam

berbentuk seperti madu. Semakin lama waktu polimerisasinya, poli(butilen

itakonat) akan lebih berbentuk gel tetapi masih bisa mengalir jika digoyang-

goyang. Reaksi pembentukan poliester ini melalui polikondensasi, yaitu reaksi

yang melepaskan molekul kecil yaitu H2O. Semakin banyak H2O yang

dikeluarkan, maka produk akhir poliester yang dihasilkan akan lebih baik.

Gambar 10 menunjukkan reaksi pembentukan poli(butilen itakonat).


commit to user

30

30

HO CH2 CH2 CH2 CH2 OH

C C

CH2

CH2 C

CH2C

CH2

C

O

HO

+C

O

OH

18 18

O

18

+

OH

OH

O

OH

-H+

C C

CH2

CH2 C

O

18

OH

OH

O

OH

HH2C

H2C

H2C

H2C OH

18

H2C

H2C

H2C

H2C OH

18

C C

CH2

CH2 C

O

18

OH

OH

O

OH

H2C

H2C

H2C

H2C OH

18

-H2O

HC C

CH2

CH2 C

O

18

OHO

H2C

H2C

H2C

H2C OH

18

+

C C

CH2

CH2 C

O

18

OH

OH

O

H2C

H2C

H2C

H2C OH

18

+

+

-H+

C C

C H2

CH 2 C

O

18

OO

H 2C

H2C

H 2C

H 2C OH

18HO


commit to user

31

31

C C

CH2

CH2 C

O

18

OO

H2C

H2C

H2C CH2

+

HO

O18H

-H+

C C

CH2

CH2 C

O

18

OO

H2C

H2C

H2C CH2

+

HO-O18

C C

CH2

CH2 C

O

18

OO

H2C

H2C

H2C CH2

+

HO-O18

-H2O

+C C

CH2

CH2 C

O

18

OOH

H2C

H2C

H2C CH2

+-O18

+C C

CH2

CH2 C

O

18

O+OH

H2C

H2C

H2C CH2

+-O18

-H+

C C

CH2

CH2 C

O

18

O

H2C

H2C

H2C CH2

+-O18

O

Gambar 10. Reaksi pembentukan poli(butilen itakonat)


commit to user

32

32

Perubahan bentuk fisik yang terjadi pada poliester di atas bisa disebabkan

oleh inhibitor. Inhibitor adalah suatu senyawa yang ditambahkan ke reaksi.

Inhibitor yang dipakai pada penelitian ini yaitu p-metoksi fenol yang berfungsi

mencegah gelasi pada saat reaksi. Inhibitor kemungkinan tidak berfungsi

sempurna pada kondisi dan waktu tertentu sebelum reaksi pembentukan poliester

selesai sehingga sedikit membentuk gel. Ikatan rangkap dua (C=C) pada

poli(butilen itakonat) 3 jam, selanjutnya akan disambungsilangkan dengan DVB

(divinil benzena).

Poli(butilen itakonat) yang terbentuk merupakan jenis poliester alifatik tidak

jenuh karena memiliki ikatan rangkap dua pada kerangka polimer. Poli(butilen

itakonat) bersifat termoplastis yaitu jika dipanaskan akan mengalami perubahan

bentuk fisik. Poliester dan vinil ester diketahui memiliki ketahanan yang baik

terhadap kimia terutama kebanyakan dari mereka lebih baik pada kondisi asam

daripada kondisi basa kuat. Larutan basa dapat menyerang ikatan ester,

pembentukan kembali poliol dan garam dari asam karboksilat (Slama, 1996).

Poliester ini untuk aplikasi komersial seperti pelapis, serat, plastik dan resin (perlu

ditambahkan senyawa lain yang bisa memperbaiki sifat dari poliester ini) (Tsai,

2008).

B. Sintesis Poli( Butilen Itakonat) 3 jam dengan DVB

Sintesis poli(butilen itakonat) dengan DVB dilakukan pencampuran

poli(butilen itakonat) 3 jam dan DVB dengan variasi konsentrasi (10, 15, 20 dan

25 % massa) secara reaktif. Pembentukan poliester dengan DVB menggunakan

metode ruah (bulk) tanpa menggunakan pelarut. Keuntungan dari metode ini yaitu

lebih ramah lingkungan dan homogen sehingga didapatkan polimer dengan

kemurnian tinggi.

Gambar 11 menunjukkan terjadinya perubahan bentuk fisik, semakin

banyak konsentrasi DVB yang ditambahkan maka poli(butilen itakonat) dengan

DVB yang dihasilkan semakin kaku dan padat. Hal ini menandakan bahwa telah

terjadi sambung silang antara poli(butilen itakonat) dengan DVB. Proses sambung

silang ini terjadi melalui reaksi radikal. Reaksi radikal memerlukan inisiator untuk

menginisiasi reaksi. Inisiator yang dipakai dalam penelitian ini yaitu BPO


commit to user

33

33

(benzoil peroksida). Penggunaan senyawa BPO dalam penelitian ini didasarkan

atas sifat radikal benzoiloksi yang cukup stabil sehingga cenderung dapat bereaksi

dengan molekul-molekul monomer yang lebih reaktif sebelum mengeliminasi

karbon dioksida sehingga dapat mengurangi pemborosan inisiator (Sopyan, 2001).

Benzoil peroksida terurai secara homolitik menghasilkan radikal bebas benzoil.

Kemudian radikal bebas benzoil diuraikan untuk membentuk karbon dioksida

(CO2) dan radikal bebas fenil seperti ditunjukkan dalam mekanisme reaksi

(Gambar 7) .

(a)

(b)

(c) (d)

Gambar 11. Poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB (a) 10 %; (b) 15% ; (c) 20 % dan (d) 25 %

Radikal bebas fenil itu kemudian ditambahkan pada monomer vinil,

sehingga menghasilkan sebuah radikal bebas yang baru dapat merambat

(propagasi) dengan monomer-monomer vinil lainnya (Sopyan, 2001). Benzoil


commit to user

34

34

peroksida merupakan senyawa peroksida yang berfungsi sebagai inisiator dalam

proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang dari berbagai polimer

dan material polimer. Sambung silang dapat dilakukan dengan penambahan zat

penyambung silang, suatu molekul yang memiliki dua atau lebih gugus reaktif

yang dapat bereaksi dengan gugus fungsi pada rantai polimer.

Polimer sambung silang dapat dibentuk melalui polimerisasi dari monomer

dengan rata-rata gugus fungsi lebih dari satu ataupun dari sebuah oligomer dan

polimer yang akan diperbaiki sifatnya. Sambung silang dapat mempengaruhi sifat

fisik dari polimer yang disambungsilangkan. Umumnya, sambung silang

meningkatkan sifat fisik dari polimer tersebut. Gambar 6 menunjukkan proses

reaksi radikal pada DVB, reaksi radikal tersebut disebabkan oleh radikal bebas

dari benzoil peroksida yang mengalami propagasi. Sambung silang dari poliester

terjadi melalui pembukaan ikatan rangkap dua (C=C) dari poli(butilen itakonat)

dan DVB akibat inisiasi dari benzoil peroksida dan merambat (propagasi)

mempengaruhi ikatan rangkap dan ikatan-ikatan reaktif lainnya (Gambar 8).

Proses terminasi dari reaksi ini yaitu hanya didiamkan pada suhu ruang sampai

menunjukkan berat produk akhir yang tetap. Inisiator pada reaksi ini diasumsikan

habis bereaksi semua.

C. Karakterisasi Poli( Butilen Itakonat) dan Poli( Butilen Itakonat)

dengan DVB

1. Karakterisasi Menggunakan FTIR

Karakterisasi gugus fungsi dari poli(butilen itakonat) dan poli(butilen

itakonat) dengan DVB dilakukan dengan uji FTIR. Uji FTIR dilakukan pada

sampel poli(butilen itakonat); poli(butilen itakonat) dengan DVB; asam itakonat;

1,4 butanadiol dan DVB.

Spektra asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 15(a), di mana terdapat

gugus-gugus spesifik pada 3070 cm-1 (uluran O-H) yang mengarah pada gugus

COOH dengan serapan melebar diakibatkan ikatan hidrogen secara

intermolekuler, Shang. (2009) menyatakan serapan tersebut juga overlap dengan


commit to user

35

35

serapan (=C-H) . Serapan lemah pada 2951 dan 2932 cm-1 (uluran C-H) dari

senyawa alifatik yang mengarah (uluran CH2 sym dan asym), serapan kuat pada

1703 (uluran C=O) mengindikasikan adanya rantai tak jenuh, adanya gugus tak

jenuh juga dikuatkan oleh serapan medium di 1628 cm-1 yang mengarah pada (

uluran C=C), serapan medium pada 1437 cm-1 (CH2 tekuk), serapan lemah pada

1408 cm-1 (CH2 in plane), serapan tajam pada 1307 cm-1 (uluran C-O) mengarah

pada gugus karboksilat dan serapan medium pada 725 cm-1 (rocking -CH2-).

Gambar 15(b) menunjukkan spekra FTIR 1,4- butanadiol dimana terdapat serapan

kuat yang melebar pada 3344 dan 3331 cm-1 (uluran O-H) ikatan hidrogen secara

intermolekuler, serapan tajam pada 2939 dan 2872 cm-1 (uluran C-H) yang

mengarah (uluran -CH2), serapan medium pada 1444 dan 1435 cm-1 (CH2 tekuk)

dan serapan tajam pada 1053 cm-1 (uluran C-O) mengindikasikan alkohol primer.

Gambar 15(c) menunjukkan spektra FTIR poli(butilen itakonat) 1 jam

dimana terdapat serapan medium dan melebar di sekitar 3449 dan 3433 cm-1

(uluran O-H). Ester tidak berikatan hidrogen satu sama lain tetapi bisa berikatan

hidrogen dengan molekul air (Wiley, 2006), sehingga serapan di atas muncul bisa

diasumsikan karena adanya ikatan hidrogen ester dengan air yang masih tersisa

pada produk akhir. Serapan medium pada 2959 dan 2903 cm-1 (uluran C-H) dari

senyawa alifatik yang mengarah (uluran CH2 sym dan asym), serapan tajam pada

1730 cm-1 (uluran C=O) yang menunjukkan terbentuknya gugus ester.

Terbentuknya ester akan menggeser bilangan gelombang karbonil asam ke

bilangan gelombang yang lebih besar dan sebaliknya terbentuknya ester akan

memperkecil bilangan gelombang dari gugus (C-O) (Silverstein,1991). Serapan

medium dan tajam pada 1637 cm-1 (uluran C=C) menunjukkan adanya gugus

tidak jenuh, serapan ini juga terlihat adanya pergeseran bilangan gelombang ke

arah yang lebih besar. Serapan medium pada 1437 cm-1 (CH2 tekuk). Pada gugus (

uluran C=O) terlihat lebih tajam dan kuat jika dibandingkan dengan gugus

karboksilat pada itakonat murni, serapan kuat pada 1188 dan 1152 cm-1 (uluran C-

O) terlihat menggeser kearah bilangan gelombang yang lebih kecil. Serapan lemah

pada 738 cm-1 (rocking -CH2-) juga mengalami pergeseran bilangan gelombang.


commit to user

36

36

Pergeseran bilangan gelombang menunjukkan terjadi reaksi kimia antara kedua

monomer dan membentuk poli(butilen itakonat).

Gambar 12. Spektra FTIR (a) asam itakonat (b) 1,4 butanadiol, poli(butilen itakonat) (c) 1 jam; (d) 1,5 jam; (e) 2 jam; (f) 2,5 jam dan (g) 3 jam

Gambar 12(d) menunjukkan spektra FTIR poli(butilen itakonat) 1,5 jam

dimana terdapat serapan medium dan melebar di sekitar 3437 cm-1 (uluran O-H),

serapan medium pada 2959 cm-1 (uluran C-H) dari senyawa alifatik yang

mengarah (uluran CH2 sym dan asym), serapan tajam pada 1728 cm-1 ( uluran


commit to user

37

37

C=O) yang menunjukkan terbentuknya gugus ester yang diperkuat dengan adanya

serapan pada 1188 dan 1151 cm-1 (uluran C-O), serapan medium pada 1639 cm-1

(uluran C=C) menunjukkan adanya gugus tidak jenuh dan serapan medium pada

1437 cm-1 (CH2 tekuk). Terjadi pergeseran bilangan gelombang ( uluran C=O) ke

arah yang lebih kecil dimungkinkan karena adanya efek sterik gugus tak jenuh

yang bergeser ke arah bilangan gelombang yang lebih besar. Serapan lemah pada

738 cm-1 (rocking -CH2-).

Gambar 12(e) menunjukkan spektra FTIR poli(butilen itakonat) 2 jam

dimana terdapat serapan medium tetapi melebar di sekitar 3530 dan 3454 cm-1

(uluran O-H) terlihat adanya pergeseran bilangan gelombang ke arah yang lebih

besar tetapi intensitas dari gugus tersebut berkurang jika dibandingkan dengan

poli(butilen itakonat) 1 dan 1,5 jam hal itu menunjukkan berkurangnya ikatan

hidrogen dengan air yang merupakan hasil samping dari reaksi. Serapan medium

pada 2959 dan 2901 cm-1 (uluran C-H) dari senyawa alifatik yang mengarah

(uluran CH2 sym dan asym) bilangan gelombang tidak mengalami pergeseran

tetapi intensitas dari gugus meningkat. Serapan tajam pada 1732 cm-1 ( uluran

C=O) yang menunjukkan terbentuknya gugus ester yang diperkuat dengan adanya

serapan medium pada 1188 dan 1151 cm-1 (uluran C-O), serapan medium pada

1639 cm-1 (uluran C=C) menunjukkan adanya gugus tidak jenuh, tidak terjadi

pergeseran bilangan gelombang tetapi intensitas dari gugus meningkat dan

serapan medium pada 1465,1450 dan 1421 cm-1 (CH2 tekuk). Serapan lemah pada

741 cm-1 (rocking -CH2-) terlihat adanya peningkatan intensitas ketajaman jika

dibandingkan dengan poliester sebelumnya.

Gambar 12(f) menunjukkan spektra FT-IR poli(butilen itakonat) 2,5 jam

dimana terdapat serapan lemah dan melebar pada daerah sekitar 3530, 3508 dan

3452 cm-1 (uluran O-H) terlihat adanya penurunan intensitas gugus dibandingkan

dengan poliester sebelumnya menunjukkan air semakin berkurang dalam produk.

Serapan medium pada 2959 dan 2901 cm-1 (uluran C-H) dari senyawa alifatik

yang mengarah (uluran CH2 sym dan asym) bilangan gelombang tidak mengalami

pergeseran tetapi intensitas dari gugus meningkat. Serapan tajam pada 1728 dan

1717 cm-1 ( uluran C=O) yang menunjukkan terbentuknya gugus ester, serapan


commit to user

38

38

medium pada 1188 dan 1151 cm-1 (uluran C-O), serapan medium pada 1639 cm-1

(uluran C=C) menunjukkan adanya gugus tidak jenuh, tidak terjadi pergeseran

bilangan gelombang tetapi intensitas dari gugus lebih meningkat dibandingkan

dengan poliester sebelumnya, serapan medium pada 1467,1450 dan 1421 cm-1

(CH2 tekuk) dan serapan lemah pada 741 cm-1 (rocking -CH2-).

Gambar 12(g) menunjukkan spektra FT-IR poli(butilen itakonat) 3 jam

dimana terdapat serapan lemah dan melebar pada daerah sekitar 3539, 3522 dan

3458 cm-1. Serapan medium pada 2959, 2901 dan 2858 cm-1 (uluran C-H) dari

senyawa alifatik yang mengarah (uluran CH2 sym dan asym) bilangan gelombang

tidak mengalami pergeseran tetapi intensitas dari gugus meningkat. Serapan tajam

pada 1728 dan 1717 cm-1 ( uluran C=O) yang menunjukkan terbentuknya gugus

ester, serapan medium pada 1639 cm-1 (uluran C=C) menunjukkan adanya gugus

tidak jenuh, serapan medium pada 1467,1450 dan 1421 cm-1 (CH2 tekuk), serapan

medium pada 1188 dan 1151 cm-1 (uluran C-O) terlihat adanya peningkatan

intensitas ketajaman gugus dibandingkan dengan poliester sebelumnya dan

serapan lemah pada 742 cm-1 (rocking -CH2-).

Gambar 13(a) menunjukkan spektra FTIR poli(butilen itakonat) 3 jam

yang sudah dibahas sebelumnya. Gambar 13(b) menunjukkan spektra FTIR DVB

dimana terdapat serapan tajam di sekitar 3087 cm-1 (C-H aromatik), serapan lemah

dan tajam pada 3008 cm-1 (C-H vinil), serapan tajam pada 1627 cm-1 ( uluran

C=C), serapan tajam di sekitar 995-619 cm-1 menunjukkan adanya gugus aromatik

dan serapan tajam pada 1597 cm-1 (C=C aromatik terkonjugasi). Gambar 13(c)

menunjukkan spektra FTIR poli(butilen itakonat) dengan DVB 10% dimana

terdapat serapan medium dan melebar pada 3445 cm-1 (Uluran O-H) terlihat

adanya pergeseran bilangan gelombang ke arah yang lebih kecil jika dibandingkan

dengan poli(butilen itakonat) 3 jam. Adapun serapan gugus OH pada kopolimer

dihasilkan oleh gugus OH pada ujung rantai, dimana pada setiap rantai

kopolimer terdapat dua gugus OH (Hasan, 2005), serapan lemah pada 3109 cm-1

(C-H aromatik), serapan medium pada 2961 cm-1 (uluran C-H) yang mengarah

(uluran CH2 sym dan asym) dari senyawa alifatik terjadi kenaikan bilangan

gelombang, serapan tajam pada 1734 cm-1 (uluran C=O) terlihat mengalami


commit to user

39

39

pergeseran bilangan gelombang ke arah yang lebih besar, serapan medium tetapi

tajam pada 1637 cm-1 (C=C) terlihat mengalami penurunan intensitas ketajaman

yang menunjukkan ikatan rangkap (C=C) berkurang karena telah bereaksi dengan

gugus vinil dari DVB, adanya serapan overlap gugus (C=C) pada poli(butilen

itakonat) dengan gugus (C=C) pada DVB (Scott, 2002). Serapan lemah pada 1508

cm-1 ( C=C ulur pada rantai benzena), serapan medium pada 1186 dan 1153 cm-1

(uluran C-O) terlihat mengalami pergeseran bilangan gelombang dan serapan

lemah pada 742 cm-1 (C-H aromatik bending) (Tawfik, 2002).

Gambar 13. Spektra FTIR (a) poli(butilen itakonat) 3 jam; (b) DVB; poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB (c) 10%; (d) 15%; (e) 20% ; (f) 25%.


commit to user

40

40

Gambar 13(d), 13(e) dan 13(f) terdapat serapan medium dan melebar

yang menunjukkan (uluran O-H) terlihat adanya pergeseran bilangan gelombang

dan penurunan intensitas, spektra terlihat semakin melebar yang menunjukkan

ikatan hidrogennya berkurang. Perubahan spektra diatas tidak terlihat jelas yang

menunjukkan terjadinya proses blending secara fisika.

2. Viskositas Intrinsik

Viskositas intrinsik dari poli(butilen itakonat) dicari dengan cara

spesifik/[ poli(butilen itakonat)] sebagai sumbu y dan konsentrasi

sebagai sumbu x. Viskositas intrinsik paling bermanfaat dan mudah dipakai

karena bisa dihubungkan ke berat molekul. Viskositas intrinsik diperoleh dari

nilai intercept yang ditunjukkan Gambar 14. Viskositas intrinsik poli(butilen

itakonat) 1 jam; 1,5 jam; 2 jam; 2,5 jam dan 3 jam masing-masing sebesar 0,102

dL/g; 0,118 dL/g; 0,081 dL/g; 0,057 dL/g dan 0,147 dL/g. Gambar 14

menunjukkan bahwa semakin lama waktu polimerisasi maka semakin tinggi nilai

viskositas intrinsik tetapi ada penyimpangan pada data 2 jam dan 2,5 jam yang

mengalami penurunan. Penurunan viskositas intrinsik ini disebabkan salah

satunya oleh faktor percabangan. Suatu polimer yang lebih bercabang, volume

hidrodinamiknya akan menjadi lebih rendah dan tingkat pembelitannya lebih

rendah pada suatu berat molekul tertentu. Oleh karena itu, bisa dibuat observasi

umum bahwa viskositas lebih tinggi pada polimer-polimer linier daripada

polimer-polimer bercabang pada suatu laju geser dan berat molekul tertentu.

Faktor yang mempengarui aliran selain percabangan yaitu solvasi molekul-

molekul polimer dan hadirnya rangkaian alternasi atau blok dalam rangka polimer

(Sopyan, 2001). Proses pengadukan yang kurang sempurna selama polimerisasi

juga dapat mempengaruhi penurunan laju dan bobot molekul hal itu disebabkan

adanya pengurangan mobilitas ujung-ujung rantai yang reaktif akibatnya

pengeluaran produk samping menjadi sulit (Lukmana, 2007). Data waktu alir dan

perhitungan ada pada Lampiran 3.


commit to user

41

41

Gambar 14. Grafik viskositas intrinsik poli(butilen itakonat)

3. Bilangan Asam

Bilangan asam merupakan sebuah ukuran jumlah asam yang ada pada

polimer yang ditentukan melalui metode titrimetri yang dapat diketahui dari

milligram KOH/NaOH yang dibutuhkan untuk menetralkan 1 g sampel

menggunakan indikator fenoftalein (Mohammadnia, 2012). Bilangan asam adalah

konsentrasi total kelompok karboksilat. Penurunan bilangan asam berhubungan

dengan hilangnya kelompok karboksilat dari sisa asam itakonat. Kemungkinan

interaksi intramolekuler ketika monomer tergabung dalam pertumbuhan rantai

polimer (Larez, 2002). Tujuan umum dari resin poliester tak jenuh adalah

dikondensasi untuk mendapatkan bilangan asam sekitar 50 mg/ g resin ( Fink,

2005). Data bilangan asam dapat dilihat pada Lampiran 4.


commit to user

42

42

Gambar 15. Grafik t sintesis vs Bilangan Asam

Gambar 15 menunjukkan bilangan asam yang semakin lama waktu

sintesisnya semakin terjadi penurunan. Hal ini menandakan bahwa semakin lama

waktu sintesis reaksinya menjadi semakin sempurna. Bilangan asam berpengaruh

terhadap produk akhir dari poliester, polimer yang mengandung bilangan asam

tinggi akan berpengaruh terhadap sifat fisiknya yaitu akan menjadikan polimer

tersebut rapuh. Pengukuran bilangan asam hanya dilakukan pada poliester awal

yaitu poliester asam itakonat dengan 1,4 butanadiol. Hal ini disebabkan karena

penentuan bilangan asam menurut Marengo et al. (2004) sampel dilarutkan pada

campuran n-butanol/toluen dengan perbandingan 1:1, tetapi dalam penelitian ini

memakai etanol/toluen 1:1. Sampel poliester dengan DVB sudah tidak bisa larut

pada pelarut tersebut yang disebabkan sudah terbentuk ikatan silang dengan DVB,

sehingga tidak dilakukan uji penentuan bilangan asam.

4. Analisis Termal Menggunakan TG-DTA

Uji termal dengan menggunakan TG-DTA dilakukan pada sampel

poli(butilen itakonat) 1 jam, 2 jam, 3 jam dan poli(butilen itakonat) dengan DVB

(10, 15, 20 dan 25% b/b). Sampel dipanaskan dari suhu 30 0C sampai suhu 600 oC

pada atmosfer nitrogen dengan aliran gas 50 ml/menit.


commit to user

43

43

a. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 1 jam

Berdasarkan termogram TG-DTA (Gambar 16), secara umum diperoleh 3

perubahan kurva yang menunjukkan adanya perubahan massa dan panas reaksi,

yaitu: suhu antara 30-205 ºC (kurva miring I), suhu antara 205-420 ºC (kurva

miring II) dan suhu antara 420-600 ºC (kurva miring III).

Kurva miring I menunjukkan terjadi penurunan berat sebesar 3 % secara

endotermis. Pada tahap ini terjadi perubahan fisika dan kimia berupa pelepasan

H2O serta mengalami transisi pelelehan. Pada kurva miring II menunjukkan gugus

ester dari poli(butilen itakonat) mengalami degradasi melalui dekomposisi rantai

polimer secara endotermis. Pada tahap ini poliester mengalami transisi pelelehan.

Gambar 17. Menggambarkan terjadinya pemutusan rantai ester melalui transfer

(+H) ke atom oksigen, yang merupakan hasil dari esterifikasi dengan 1,4

butanadiol dan menghasilkan asam karboksilat serta alkena (Brioude, 2007). Pada

kurva III menunjukkan terjadi penurunan berat sebesar 9 % melalui degradasi

rantai secara menyeluruh .

Gambar16. Kurva TG-DTA poli(butilen itakonat) 1 jam


commit to user

44

44

C

O

C

CH2

H2C C

O

O C C C C

H

H

H

H

H

H

H

H

O

C

O

C

CH2

H2C C

O

OHO

+C C C C

H

H H

H

H

H

H

Gambar 17. Mekanisme dekomposisi poli(butilen itakonat)

b. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 2 jam



yaitu: suhu antara 30-197 ºC (kurva miring I), suhu antara 197-394 ºC (kurva




H2O serta mengalami transisi pelelehan. Kurva miring II menunjukkan terjadi

degradasi rantai poli(butilen itakonat) melalui dekomposisi secara eksotermis.

Kurva miring III menunjukkan penurunan berat sebesar 13 % melalui degradasi

rantai poli(butilen itakonat) secara menyeluruh.


commit to user

45

45

Gambar 18. Kurva TG-DTA poli(butilen itakonat) 2 jam

c. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam



yaitu: suhu antara 30-238 0C (kurva miring I), suhu antara 238-423 ºC (kurva




H2O serta mengalami transisi pelelehan. Kurva miring II menunjukkan terjadi

degradasi gugus ester pada rantai poli(butilen itakonat) melalui dekomposisi

secara eksotermis. Kurva miring III menunjukkan penurunan berat sebesar 9 %

melalui degradasi rantai poli(butilen itakonat) secara menyeluruh.


commit to user

46

46

Gambar 19. Kurva TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam

Sifat termal poli(butilen itakonat) ditunjukkan pada tabel 2 dan kurva

gabungan TG pada Gambar 20. Pada kurva dan tabel terlihat adanya perbedaan

stabilitas panas, waktu polimerisasi 3 jam menunjukkan stabilitas panas yang

lebih tinggi jika dibandingkan dengan yang lain. Namun pada waktu polimerisasi

2 jam menunjukkan stabilitas panas yang sedikit rendah hal ini menunjukkan

adanya efek panjang rantai dan pola polimer. Semakin panjang dan rigid rantai

polimer maka stabilitas panasnya semakin tinggi (Worzakowska, 2012;

Worzakowska, 2009).

Degradasi poli(butilen itakonat) 1, 2 dan 3 jam paling tinggi masing-masing

terjadi pada suhu 208-415 0C; 206-394 0C; 227-417 0C, pada tahap ini terjadi

penurunan berat masing-masing sebesar 76 %; 70 % dan 75 %. Penurunan berat

ini menunjukkan bahwa perbedaan waktu polimerisasi berpengaruh sedikit

terhadap stabilitas panas poli(butilen itakonat).


commit to user

47

47

Tabel 2. Sifat termal poli(butilen itakonat)

t polimerisasi/ jam

T5 %/ 0C

T10%/ 0C

T50 %/ 0C

Tmaks 1 / 0C

Tmaks 2 / 0C

1 205 272 383 208 415 2 212 238 355 206 394 3 238 294 386 227 417

Gambar 20. Kurva TG poli(butilen itakonat) (a) 1 jam; (b) 2 jam; (c) 3 jam.

d. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB 10%

Berdasarkan termogram TGA dan DTA (Gambar 21), secara umum

diperoleh 4 perubahan kurva yang menunjukkan adanya perubahan massa dan

panas reaksi, yaitu: suhu 30-213 ºC (kurva miring I), suhu antara 213-331 ºC

(kurva miring II), suhu antara 331-431 ºC (kurva miring III) dan suhu antara 431

ºC-600 o C (IV).


eksotermis. Pada tahap ini terjadi perubahan fisika dan kimia berupa pelepasan

H2O serta mengalami transisi kristal. Kurva miring II menunjukkan terjadi


commit to user

48

48

degradasi rantai poli(butilen itakonat) melalui dekomposisi karboksil secara

eksotermis. Kurva miring III menunjukkan degradasi gugus ester pada rantai

poli(butilen itakonat) dengan DVB. Kurva miring IV menunjukkan penurunan

berat sebesar 11 % melalui degradasi kopolimer DVB secara menyeluruh.

Gambar 21. Kurva TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB 10%

e. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB 15%




(kurva miring II), suhu antara 327-413 ºC (kurva miring III) dan suhu di atas 413-

600 oC (IV).




degradasi rantai poli(butilen itakonat) melalui dekomposisi karboksil secara



commit to user

49

49




f. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB 20%




(kurva miring II), suhu antara 380-447 ºC (kurva miring III) dan suhu di atas 447-

600 oC (IV).




degradasi karboksil pada rantai poli(butilen itakonat) melalui dekomposisi secara



commit to user

50

50




g. Uji TG-DTA poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB 25%




(kurva miring II) dan suhu antara 424-600 ºC (kurva miring III).




degradasi melalui dekomposisi rantai poli(butilen itakonat). Kurva miring III

menunjukkan degradasi gugus ester pada rantai poli(butilen itakonat) dengan

DVB secara eksotermis.


commit to user

51

51


Sifat termal poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB ditunjukkan pada

tabel 3 dan kurva gabungan TG pada Gambar 25. Pada kurva dan tabel terlihat

adanya sedikit perbedaan stabilitas panas, DVB 25 % menunjukkan stabilitas

panas yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan yang lain. Meningkatnya %

DVB mengakibatkan meningkatnya nilai Tmaks 1 dan Tmaks 2 (Worzakowska, 2012;

Worzakowska, 2009). Penambahan DVB juga mengakibatkan perbedaan nilai T5

%, T10 % dan T50 % yang lebih meningkat jika dibandingkan dengan poli(butilen

itakonat) 3 jam. Stabilitas panas lebih tinggi bisa disebabkan oleh struktur rantai

polimer yang lebih rigid, derajat sambung silang yang tinggi dan rantai semakin

panjang (Worzakowska, 2012; Worzakowska, 2009).

Tabel 3. Sifat termal poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB


commit to user

52

52

DVB % T5 %/ 0C

T10%/ 0C

T50 %/ 0C

Tmaks 1 / 0C

Tmaks 2 / 0C

10 232 262 396 223 431 15 233 269 384 210 413 20 229 264 384 216 447 25 254 295 391 244 423

Gambar 25. Kurva TG (a) poli(butilen itakonat) 3 jam; poli(butilen itakonat) 3 jam dengan DVB (b) 10 % ; (c) 15 % ; (d) 20; (e) 25 %

Kemiripan kurva TG-DTA diatas bisa disebabkan oleh proses ikat silang

menggunakan metode ruah (bulk) yang memiliki kekurangan dalam hal distribusi

senyawa yang kurang merata dan proses yang terlalu eksotermis serta proses yang

secara radikal sehingga distribusi DVB akan acak dan sulit terkontrol, tetapi

proses ini memberikan keuntungan yaitu proses yang lebih ramah lingkungan

karena tanpa menggunakan pelarut dan didapat produk yang relatif murni.


commit to user

53

53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Poli(butilen itakonat) dapat dibentuk melalui reaksi polikondensasi pada

suhu sedang (170-180 oC) dengan waktu yang relatif singkat hal itu dapat

dilihat dari spektra FTIR yang pada variasi waktu polimerisasi 1 jam

terjadi pergeseran bilangan gelombang uluran C=O ke bilangan

gelombang yang lebih besar sedangkan untuk gugus uluran C-O terjadi

pergeseran ke bilangan gelombang yang lebih kecil dibandingkan asam

itakonat, yang menandakan sudah terbentuknya gugus ester.

2. Variasi penambahan DVB berpengaruh terhadap stabilitas panas

poli(butilen itakonat), yang paling terlihat pada penambahan 25 % DVB

yaitu waktu mulai dan akhir degradasi serta T5 %, T10 % dan T50 % sedikit

lebih tinggi dibandingkan dengan poli(butilen itakonat) 3 jam.

B. Saran

1. Penelitian ini memiliki kesulitan dalam penentuan tensile streng( kekuatan

tarik) karena sampel jika dituang diplat selalu menempel dan tidak bisa

dilepas sehingga perlu dilakukan pelapisan plat terlebih dahulu dengan

senyawa yang kemungkinan tidak bereaksi dengan sampel dan di hot press

dengan Tg yang tepat.

2. Perlu dilakukan identifikasi lebih lanjut dengan H dan C-NMR untuk

mengetahui jumlah rantai C dan H, dengan DSC untuk mengetahui Tg dan

Tm dari poliester dan dengan GPC untuk mengetahui berat molekul dari

poliester yang terikat silang.

sintesis dan karakterisasi poli(butilen itakonat) …/sintesis...divinil benzena (dvb) sebagai agen...

Documents