i

SKRIPSI

STUDI PENGARUH KETIDAKMURNIAN (IMPURITY) TERHADAP LAJU KRISTALISASI LAPISAN POLY(ETHYLENE

TEREPHTHALATE) (PET) TIPIS PADA TEMPERATUR 180oC DENGAN VARIASI KETEBALAN

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan Fisika

Disusun Oleh

AGUS HARY ADI M0202013

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2007

ii

SKRIPSI

STUDI PENGARUH KETIDAKMURNIAN (IMPURITY) TERHADAP LAJU KRISTALISASI LAPISAN POLY(ETHYLENE

TEREPHTHALATE) (PET) TIPIS PADA TEMPERATUR 180˚C DENGAN VARIASI KETEBALAN

AGUS HARY ADI M0202013

Dinyatakan lulus ujian skripsi oleh tim penguji Pada hari Jumat tanggal 22 Juni 2007

Tim Penguji

Khairudin, S.Si, M.Phil (Ketua) ………………………….

Ahmad Marzuki, S.Si, Ph.D (Sekretaris) ………………………….

Drs.Hery Purwanto, MSc (Penguji I ) ………………………….

Kusumandari, SSi, MSi (Penguji II ) ………………………….

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan memperoleh gelar sarjana sains

Dekan Ketua Jurusan Fisika

Prof. Drs. Sutarno, M.Sc, Ph.D Drs. Harjana, M.Si,Ph.D NIP. 131 649 948 NIP. 131 570 309

iii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Dengan ini menyatakan bahwa isi skripsi ini adalah hasil kerja saya dan

sepengetahuan saya hingga saat isi skripsi tidak berisi materi yang ditulis oleh orang

lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapat gelar kesarjanaan di Universitas

Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar

pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian

ucapan terima kasih.

Surakarta, Juni 2007

Penulis

Agus Hary Adi

iv

MOTTO

’’Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan, kerjakanlah dengan

sungguh-sungguh urusan yang lain’’.(QS. 94:7)

Jangan takut terhadap ruang antara mimpi dan realitas Anda. Jika Anda dapat

mengimpikannya, Anda juga dapat membuatnya.

(Balvis Davis)

Sesungguhnya kelembutan itu tidak terletak pada sesuatu, melainkan

menambah kebagusan dan tiada tercabut dari sesuatu melainkan menambah

kejelekan.

(HR.Muslim)

v

PERSEMBAHAN

Karya tulis ini dipersembahkan untuk :

’’Bapak-ibu tercinta (M.Kuntoro & Hindun), Terima kasih atas segala

bantuan dana dan doa sehingga masa perkuliahan dan penyusunan skripsi

ini dapat terselesaikan. Kalian adalah yang terbaik dan terpenting bagiku’’

’’Adik-adikku tersayang (Zulva dan Nugroho), Jadilah orang-orang terbaik

bagi agamamu, negaramu dan keluargamu’’

’’Teman-teman seperjuanganku di Kos Palur (Ikhwan dan Abach), tanpamu

aku tiada arti apa-apa, terima kasih banyak atas seluruh bantuannya’’

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, berkat karunia dan

rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan

salah satu syarat kelulusan tingkat sarjana strata satu Jurusan Fisika Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Terselesaikannya skripsi ini tentu tidak terlepas dari bantuan banyak

pihak. Untuk itu penulis mengucapkan rasa terima kasih kepada :

1. Khairudin, M.Phil selaku pembimbing I atas perhatian dan kesabarannya

sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini.

2. Ahmad Marzuki, S.Si. Ph.D selaku pembimbing II atas perhatian dan

kesabarannya serta telah meluangkan waktunya untuk membina dan

memberikan bimbingan kepada penulis hingga terselesaikannya skripsi ini.

3. Cari, MA, Ph.D selaku pembimbing akademis atas segala nasehat, dorongan

dan motifasinya. Mohon maaf karena selalu mengecewakan.

4. Bapak, Ibu, dan Adik-adikku yang selalu memberikan nasehat, dorongan, dan

dukungan selama ini.

5. Saudara-saudaraku seperjuangan, Abach, Andi, Failasuf yang telah

memberikan bantuan dan mau bekerja sama untuk saling bertukar fikiran.

6. Fuad & Mahfud (thanks banget atas ngeprintnya, dan seluruh bantuannya).

vii

7. Teman-teman Fisikaku angkatan 2002. Ikhwan (terima kasih untuk

komputernya), Eko, Sriyono, Dedy dan Mbak Budi (terima kasih banyak buat

konsumsinya), Wahyu Kotak dan semua kontingen 2002. Terima kasih atas

persahabatannya. Teruslah berjuang, kehidupan sebenarnya telah menunggu

kita.

8. Semua adik-adik angkatan baik 2003, 2004, 2005 dan 2006.

9. Dan semua pihak yang tidak mungkin dapat saya sebutkan satu persatu

sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

Penulis menyadari bahwa karya tulis ini masih jauh dari sempurna, maka

saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

Akhirnya semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan dapat

memberikan sumbangan pada perkembangan ilmu pengetahuan.

Surakarta, Juni 2007

Penulis

viii

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul .................................................................................................... i

Halaman Pengesahan .......................................................................................... ii

Halaman Pernyataan Keaslian Skripsi ............................................................... iii

Motto ................................................................................................................... iv

Persembahan ....................................................................................................... v

Kata Pengantar .................................................................................................... vi

Daftar Isi ............................................................................................................ viii

Daftar Gambar ................................................................................................... x

Daftar Tabel ...................................................................................................... xii

Daftar Lampiran ................................................................................................ xiii

Abstrak............................................................................................................... xiv

Intisari ............................................................................................................... xv

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2. Perumusan Masalah .................................................................... 4

1.3. Batasan Masalah ......................................................................... 4

ix

1.4. Tujuan Penelitian ......................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian ...................................................................... 5

1.6. Sistematika Penulisan .................................................................. 5

BAB II. LANDASAN TEORI

2.1. Polimer......................................................................................... 6

2.2.. Poly(ethylene terephathalate)...................................................... 7

2.3. Kinetika kristalisasi....................................................................... 8

2.3.1 Kinetika nukleasi cair-padat homogen……………………. 8

2.3.2 Kinetika nukleasi cair-padat heterogen................................ 13

2.4. Kristal rantai melipat ................................................................... 16

2.5.. Reflected light microscopy............................................................ 22

2.6 Ellipsometry................ .................................................................. 26

2.7. Metode spin coating………........................................................ .. 28

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan ............................................................................. 31

3.1.1. Alat ……….......................................................................... 31

3.1.2. Bahan …………………………………………………….. 31

3.2. Tahapan Penelitian ....................................................................... 31

3.2.1.Set up program...................................................................... 32

3.2.2.Data sekunder........................................................................ 33

3.2.3. Pengukuran jari-jari gambar spherulite.............................. 34

3.2.4. Menentukan laju kristalisasi................................................ 37

3.2.5 Analisa data.......................................................................... 37

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Struktur Spherulite Dalam Lapisan PET Tipis…………………. 40

4.2 Perbedaan Spherulite ………………………………………….. 41

4.3 Laju pertumbuhan lapisan tipis PET........................................... 42

4.4 Analisis data dengan metode grafik.............................................. 43

x

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ………………………………………………………. 53

5.2 Saran ................................................................................................ 54

Daftar Pustaka

Lampiran

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur kimia poly(ethylene terephthalate) (PET)…………... 7

Gambar 2.2 Struktur spherulite yang berasal dari lipatan lamella ............... 8

Gambar 2.3 Diagram hubungan antara perubahan energi bebas

Gibbs dan suhu.......................................................................... 10

Gambar 2.4 Diagram perubahan energi bebas Gibbs pengintian kristal di bawah

Tm ................................................................................. 12

Gambar 2.5 Nukleus kristal yang tumbuh heterogen, tumbuh pada

permukaan padat sebagai katalis.....………………………..... 14

xi

Gambar 2.6 Laju pengintian untuk pengintian heterogen kristal dari leburan yang

didinginkan .................................................................... 15

Gambar 2.7 Model pertumbuhan lamella melalui helaian susesif batang

molekuler terdekat .................................................................. 17

Gambar 2.8 Perubahan energi bebas ketika batang polimer bergabung dalam

kristal yang tumbuh dari suatu leburan.................................... 19

Gambar 2.9 Laju pertumbuhan kristal sebagai fungsi ketebalan …………. 20

Gambar 2.10 Fungsi eksponensial laju kristalisasi terhadap temperatur ...... 22

Gambar 2.11 Mikroskop optik modern ........................................................ 24

Gambar 2.12 Pantulan dan pembiasan gelombang pada lapisan tipis dengan

ketebalan d antara bulk sampel dan medium......................... 27

Gambar 2.13 Prinsip spin coating.………………...................................... 30

Gambar 3.1 Diagram alir tahap-tahap penelitian ………………………… 32

Gambar 3.2 Bentuk program Corel Draw 12 yang digunakan untuk

mengukur diameter gambar spherulite lapisan PET tipis.......... 35

Gambar 3.3 Posisi pengukuran diameter spherulite lapisan PET tipis........ 36

Gambar 3.4 Panjang layar sebenarnya........................................................... 37

Gambar 4.1 Bentuk morfologi Spherulite lapisan PET. ............................. 40

Gambar 4.2 Spherulite lapisan PET tipis yang didefinisikan bersih dan yang

didefinisikan mengandung pengotor ....……....................... 42

Gambar 4.3 Grafik laju pertumbuhan spherulite murni lapisan PET tipis dengan

ketebalan 1500 Å pada 180 oC yang diukur pada

posisi yang berbeda ...…........................................................... 43

Gambar 4.4 Grafik laju pertumbuhan spherulite tidak murni lapisan PET tipis

dengan ketebalan 1500 Å pada 180 oC yang diukur pada posisi yang

berbeda…............................................................... 45

xii

Gambar 4.5 Grafik laju pertumbuhan spherulite murni dalam suatu lapisan PET

tipis dengan ketebalan 370 Å pada 180 oC diukur dengan posisi

berbeda...............……...................................................... 48

Gambar 4.6 Gambar spherulite PET tipis pada ketebalan 860 Å dan 1380 Å pada

temperatur 180 0 C yang mengalami sentuhan antar sphirulit sehingga

memperlambat laju kristalisasi………………………50

Gambar 4.7 Grafik laju pertumbuhan spherulite tidak murni dalam suatu

lapisan PET tipis dengan ketebalan 860 Å pada 180 oC diukur

dengan posisi berbeda…….........................................................51

Gambar 4.8 Grafik laju pertumbuhan spherulite murni dalam suatu lapisan PET

tipis dengan ketebalan 860 Å pada 180 oC diukur dengan posisi

berbeda…….....................................................................51

Gambar 4.9 Grafik laju pertumbuhan spherulite tidak murni dalam suatu lapisan

PET tipis dengan ketebalan 1380 Å pada 180 oC diukur dengan

posisi berbeda................................................................52

Gambar 4.10 Grafik laju pertumbuhan spherulite t murni dalam suatu lapisan

PET tipis dengan ketebalan 1380 Å pada 180 oC diukur dengan

posisi berbeda……..............……..............................................52

DAFTAR TABEL

Halaman

xiii

Tabel 4.1 Tabel laju pertumbuhan spherulite murni dari lapisan PET tipis

dengan ketebalan 1500 Å dan temperatur 180 oC diukur pada posisi

berbeda…....................................................................... 44

Tabel 4.2 Tabel laju pertumbuhan spherulite berpengotor dari lapisan PET

tipis dengan ketebalan 1500 Å dan temperatur 180 oC diukur pada

posisi berbeda….….......................................................... 46

Tabel 4.3 Tabel laju pertumbuhan spherulite murni dari lapisan PET tipis

dengan ketebalan 370 Å dan temperatur 180 oC diukur pada posisi

berbeda…....................................................................... 48

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Sekunder

Lampiran 2 Data hasil penghitungan

Lampiran 3 Gambar Grafik

xv

ABSTRACT

STUDY OF IMPURITY EFFECT ON CRYSTALLISATION RATE OF THIN POLY(ETHYLENE TEREPHTHALATE) (PET) FILMS AT TEMPERATURE

180oC WITH THICKNESS VARIATION By

Agus Hary Adi M0202013

In this research have been done examination about impurity influence to

crystallisation rate of thin PET films at crystallisation temperature 180oC by measuring change of spherulite diameter to time. There is 4 measurement position have been done, that is vertical, horizontal, right diagonally and left diagonally. Crystallisation rate were obtained from slope of radius as time function graph.

Result of research indicate that spherulite radius increase to time. There are heterogenity of crystallization rate.At thick 370Å and 1500Å , accelerateing bigger spherulite have impurity crystallization than accelerateing spherulite have purity crystallization attendance of Impurity cause rate improvement of crystallization at temperature 180oC caused by surface free energy reduction, but do not too having an effect on to accelerateing crystallization at thick 860Å and 1380Å, the mentioned caused by spherulite at impurity oppressed other spherulit so that crystallization rate of impurity pursued.

Key Words: Crystallisation rate, impurity, spherulite, heterogenity, surface free

energy,slope.

xvi

INTISARI

STUDI PENGARUH KETIDAKMURNIAN (IMPURITY) TERHADAP LAJU KRISTALISASI LAPISAN POLY(ETHYLENE TEREPHTHALATE) (PET)

TIPIS PADA TEMPERATUR 180oC DENGAN VARIASI KETEBALAN

Oleh AGUS HARY ADI

M0202013

Dalam penelitian ini telah dilakukan pengujian tentang pengaruh

ketidakmurnian (impurity) terhadap laju kristalisasi lapisan PET tipis pada temperatur kristalisasi 180oCmdengan cara mengukur perubahan diameter spherulite terhadap waktu. Ada 4 posisi pengukuran yang dilakukan, yaitu vertikal, horizontal, miring kekanan dan miring kekiri. Laju kristalisasi diperoleh dari slope grafik hubungan jari-jari terhadap waktu.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa jari-jari spherulite meningkat terhadap waktu. Terdapat adanya heterogenitas laju kristalisasi. Pada ketebalan 370Å dan 1500Å, laju kristalisasi spherulite berimpurity lebih besar daripada laju krtistalisasi spherulite purity. Kehadiran impurity menyebabkan peningkatan laju kristalisasi pada temperatur 180oC karena adanya pengurangan energi bebas permukaan, namun tidak terlalu berpengaruh terhadap laju kristalisasi pada ketebalan 860Å dan 1380Å , hal tersebut disebabkan karena spherulite pada impurity terhimpit spherulite lain sehingga laju kristalisasi impurity terhambat. Kata kunci : laju kristalisasi, impurity, spherulite, heterogenitas, energi bebas permukaan , slope

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi bidang polimer sangat berkembang pesat

Bahan polimer mempunyai berbagai keunggulan dibanding bahan lainnya. Salah

satu faktor dari keunggulan tersebut adalah berat molekul polimer yang sangat

besar. Sifat-sifat dari bahan polimer banyak sekali yang ditentukan oleh berat

molekulnya, seperti keuletan, kekentalan, kemudahan untuk di cetak dan lain

sebagainya. Salah satu produk polimer yang sangat populer dewasa ini adalah

lapisan polimer tipis. Lapisan polimer tipis telah banyak menarik perhatian untuk

aplikasi dalam bidang industri elektronik dan dalam komponen optik teriintegrasi

karena kemudahan dalam proses pembuatannya, konstanta dielektrik yang rendah

dan sifat-sifat optik. Sifat optik dari lapisan polimer tipis sangat penting dalam

aplikasi optoelektronik dan khususnya dalam sirkuit serta komponen optik

terintegrasi. Optik terintegrasi merupakan teknologi yang akan berperanan besar

pada masa depan antara lain untuk aplikasi dalam bidang sensor fotonik,

komunikasi optik dan switching fotoni (Malcom,2001; Soehianie,2005).

Kemajuan dalam teknologi dielektrikum lapisan polimer, digabungkan

dengan suatu sistem pemprosesan revolusioner telah menghasilkan kapasitor

elektrostatik yang diperkecil dan bernilai tinggi yang sangat bersaing dengan

kapasitor keramik dan kapasitor tantalum di dalam banyak aplikasi penting.

Tantangan di atas dalam beberapa tahun terakhir telah membuat kapasitor

1

2

lapisan polimer menjadi semakin kecil ukurannya dan juga tahan terhadap

temperatur yang tinggi. Aplikasi lain yang dikembangkan terutama dibidang

biomedis ( implantasi, sensor, pelepasan racun, rancang-bangun jaringan), tetapi

dapat juga dalam bidang lain seperti produk kesehatan, pengemasan dan tribologi

(Clelland dan Price,1998).

Despotopoulo et al (1996) melaporkan adanya efek ketebalan film pada

kinetika pembentukan ultra thin film (dengan ketebalan 50-1000Å). Metode

tersebut menggunakan spektroskopi pada poly(di-n-hexyl silane) (PD6S, MW =

2600K). Mereka menemukan adanya reduksi ekstensif pada kristalinitas

sebagaimana reduksi pada film dengan ketebalan kurang dari 500Å dan

menyelesaikan kekurangan kristalinitas pada 50Å. Dengan mencocokkan data

dengan menggunakan teori Avrami-Evan, mereka menemukan bahwa dimensi

pertumbuhan bergantung pada ketebalan film dan temperatur kristalisasi. Pada

temperatur kristalisasi yang rendah (di bawah 0oC) dan untuk film lebih tebal dari

220Å, nukleasi terjadi dengan homogen dan pertumbuhannya terjadi tiga dimensi.

Bagaimanapun, pada temperatur kristalisasi yang lebih tinggi (di atas 3oC) dan

untuk ketebalan film yang kecil (kurang dari 150Å), pertumbuhan kristal

merupakan pertumbuhan satu dimensi dan nukleasi heterogen menjadi penting.

Lebih jauh lagi, kristalisasi tiga dimensi homogen segera berubah menjadi dua

induksi kristalisasi permukaan dua dimensi pada temperatur 3oC dan ketebalan

500Å.

3

Frank et al (1996) dengan menggunakan fluoroscene recovery setelah

pemutihan foto monomer fungsional pada rentang ketebalan 70-10000Å

menemukan bahwa pemisah melebar dalam distribusi waktu relaksasi diteliti

untuk film yang lebih tipis dari 900Å. Kemudian Forest et al (1998) dengan

menggunakan spektroskopi korelasi foton dia melakukan studi relaksasi pada film

polysterene bebas. Penelitian itu mengungkapkan bahwa bentuk fungsi relaksasi

dan dependensi waktu relaksasi terhadap temperatur sama dengan bulk film,

meskipun pergeseran menurut Tg untuk film bebas mengindikasikan bahwa

pembatasan tidak mengubah dinamika relaksasi mikroskopik.

Sama halnya seperti material lainnya, polimer juga bisa membentuk

kristal. Penurunan temperatur mengakibatkan perkembangan laju kristalisasi yang

cepat. Ketika spherulite saling menyentuh, laju kristalisasi menjadi lambat.

Setelah selesai proses kristalisasi spherulite, kristalinitas masih meningkat, namun

lajunya sangat lambat. Penelitian tentang laju kristalisasi lapisan Poly(ethylene

terephthalate) PET tipis telah dilakukan oleh Khairudin (2002) menggunakan

mikroskopi cahaya terefleksi. Penelitian dilakukan pada temperatur kristalisasi

240o -130oC dengan interval 10oC. Dari percobaan tersebut diketahui laju

kristalisasi merupakan fungsi eksponensial terhadap temperatur. Laju kristalisasi

meningkat terhadap penurunan temperatur dari Tm hingga mencapai maksimum

pada temperatur 180oC, kemudian laju menurun seiring dengan penurunan

temperatur menuju Tg. Pada percobaan tersebut, ada data sampingan yang

ditemukan secara tidak sengaja. Itu belum dimasukkan dalam pembahasan(belum

dipublikasikan). Data tersebut berupa informasi tentang ditemukan juga adanya

4

pengotor. Data itu berupa gambar spherulite pada suhu tertentu dan ketebalan

tertentu yang diperoleh dengan tekhnik spin coating, ellipsometri, optik. Jadi

penelitian ini berdasarkan data sekunder, dimana laju kristalisasi akan dihitung

dengan Corel Draw.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan dicoba untuk dijawab adalah bagaimana pengaruh

impurity suatu lapisan PET pada suhu 180oC dengan variasi ketebalan tertentu.

1.3 Batasan Masalah

Analisis mengenai pertumbuhan spherulite poly(ethylene terephthalate)

pada ketebalan 370Å, 860Å, 1380Å dan 1500Å dengan suhu kristalisasi 180oC

baik pada sampel yang mengandung pengotor dan yang tidak mengandung

pengotor. Alasan kenapa menggunakan sampel ini adalah karena pada sampel ini

bentuk kristalnya mempunyai bentuk yang paling bagus dibanding data sekunder

lain yang tersedia. Setelah mengamati laju kristalisasi kedua sampel tersebut,

selanjutnya akan membandingkan laju kristalisasi mana yang lebih cepat, apakah

pada sampel yang mengandung pengotor atau yang tidak mengandung pengotor.

1.4 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh

ketidakmurnian (impurity) terhadap laju kristalisasi lapisan tipis PET pada

5

temperatur 180oC pada ketebalan lapisan tipis PET terendah 370Å dan tertinggi

1500Å.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Memberikan suatu gambaran secara grafik laju kristalisasi lapisan tipis

PET.

2. Mengetahui pengaruh pengotor terhadap laju kristalisasi lapisan tipis PET.

3. Memberikan suatu gambaran ilmiah yang dapat menjadi acuan untuk

penelitian selanjutnya.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini dibagi ke dalam bab-bab :

Bab I merupakan bagian pendahuluan yang terdiri dari Latar Belakang Masalah,

Perumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian, dan

Sistematika Penulisan.

Bab II merupakan dasar teori yang memuat tentang konsep dan prinsip dasar yang

diperlukan untuk memecahkan masalah penelitian.

Bab III merupakan metodologi penelitian, berisi uraian tentang bahan, alat

penelitian, dan tahap penelitian.

Bab IV merupakan hasil dan pembahasan, berisi penjelasan mengenai hasil

eksperimen yang bersandar pada teori.

Bab V merupakan kesimpulan, berisi pernyataan singkat yang mewakili hasil

penelitian secara umum.

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Definisi Dasar Polimer

Kata polimer berasal dari bahasa Yunani, yaitu ‘poly’ yang artinya

banyak dan ‘meros’ yang artinya bagian. Menurut definisi dasar IUPAC

(International Union of Pure and Apllied Chemistry) [Metanomski 1991] :

Polimer adalah suatu zat yang terdiri dari molekul-molekul yang

terkarakterisasi oleh bermacam-macam perulangan dari satu atau

lebih jenis atom atau kelompok atom (susunan unit berulang) yang

dihubungkan satu dengan yang lain dalam jumlah yang cukup

banyak untuk membentuk suatu kelompok yang sifatnya tidak

berubah terhadap penambahan satu atau sejumlah unit berulang.

Unit berulang ini disebut juga monomer, ‘mono’ yang berarti tunggal dan

‘meros’ yang artinya bagian. Corak yang mencirikan polimer dari molekul

lainnya adalah adanya pengulangan dari unit serupa atau sub-unit molekular

komplementer di dalam rantai ini. Sub-unit ini, monomer, adalah molekul

kecil yang dihubungkan satu sama lain melalui suatu reaksi kimia yang

disebut polimerisasi. Perbedaan antar monomer dapat mempengaruhi sifat-

sifat polimernya seperti daya larut, fleksibilitas, dan kekuatan. Suatu molekul

yang hanya tersusun dari sedikit unit berulang disebut oligomer. Sifat fisis

suatu oligomer berubah dengan penambahan atau perpindahan satu atau

sebagian kecil unit berulang molekul-molekulnya (Gedde,1999).

6

7

2.2 Poly(ethylene terephathalate)

Poly(ethylene terephathalate) ( PET) adalah salah satu jenis semi-

cristalline polimer dari group thermoplastics yang banyak dimanfaatkan dalam

aplikasi industri dalam bentuk serat, lapisan tipis, tape, moulding, dan kontainer

cair.Seperti polimer semi crystalline lainnya, sifat-sifat fisik dan mekanik dari

PET bergantung pada microstructur dimana mikrostruktur ditentukan oleh laju

kristalisasi, derajat dan kualitas kristaliniti dengan menggunakan perhitungan

termodinamik melaporkan bahwa ketidakmurnian pada polimer dapat mempunyai

efek pada kinetika kristalisasi dengan mengurangi energi perintang (barrier

energy) untuk pengintian dalam proses kristalisasi menyebabkan pengintian

heterogen terjadi.Banyak tehnik eksperimen telah diaplikasikan untuk studi-studi

ini termasuk calorimetry, dilatometry, infrared spectroscopy, X-ray diffraction,

light scattering (Price,1968; Lu dan Hay,2001; Jones(2002).

Gambar 2.1. Struktur kimia poly(ethylene terephthalate) (PET)

(http://www.polymerprocessing.com/polymers/PET.html)

PET mempunyai temperatur transisi glass Tg sebesar 76oC dengan

titik lebur Tm adalah sebesar 250oC. Kerapatan PET pada fase amorf pada

suhu kamar 25oC adalah 1.33 g/cm3, sedang kerapatan pada fase kristal pada

8

suhu kamar adalah 1.50 g/cm3, sedang berat molekulnya adalah 192.2 g/mol

(http://www.polymerprocessing.com/polymers/PET.html).

2.3 Kinetika Kristalisasi

2.3.1 Kinetika nukleasi cair-padat homogen

Pada dasarnya polimer bisa mengkristal, kristalisasi terjadi ketika rantai

polimer saling melipat dalam bentuk simetris dan repetitif. Pada PET rantai

polimer yang panjang cenderung saling membelit, hal ini mencegah terjadinya

kristalisasi penuh. Batas kristalisasi PET pada umumnya adalah

60%(http//en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene_terepthalate.htm).

Unit dasar polimer adalah lipatan lamela. Ketebalan lamella tidak

bergantung pada berat molekul, tapi merupakan fungsi supercooling ketika kristal

dibentuk. Nilai ketebalan lamela berkisar antara 10nm. Bagian amorf polimer

berada di luar lamella dan juga diantara lamella(Jones, 2002).

Gambar 2.2. Struktur spherulite yang berasal dari lipatan lamela(Jones, 2002).

9

Lipatan rantai menyatu dalam struktur yang lebih besar yang disebut

spherulite. Strukturnya terdiri dari lamella tunggal yang tumbuh dari pusat

nukleus, sampai akhirnya semua volume terisi oleh struktur ini. Pertumbuhan inti

kristal secara umum dapat melalui satu, dua atau tiga dimensi. Pertumbuhan

kristal polimer selanjutnya dimanifestasikan sebagai perubahan dimensi lateral

lamella atau perubahan jari-jari spherulite selama proses kristalisasi. Perubahan

linier pertumbuhan yang terjadi pada temperatur kristalisasi tertentu selalu linier

terhadap waktu. Artinya bahwa jari-jari spherulite, r akan dipengaruhi waktu, t

sehingga persamaannya

tvr = (2.1)

Dimana v adalah laju pertumbuhan. Persamaan ini sesuai jika spherulite cukup

besar dan belum saling menyentuh (Gedde, 1999).

Penurunan temperatur mengakibatkan perkembangan laju kristalisasi

yang cepat. Ketika spherulite saling menyentuh, laju kristalisasi menjadi lambat.

Akhirnya setelah selesai proses kristalisasi spherulite, kristalinitas masih

meningkat tapi dengan laju yang sangat lambat (Strobl,1997).

Parameter utama yang digunakan untuk mengkarakterisasi proses kinetika

kristalisasi adalah energi bebas Gibbs, G. Energi bebas Gibbs suatu sistem

dihubungkan dengan entalpi, H dan entropi, S dengan persamaan

STHG −= (2.2)

Dimana T adalah temperatur termodinamika. Sistem akan setimbang ketika G

minimum. Dari persamaan 2.2 diperoleh perubahan energi bebas, G∆ kristalisasi

pada temperatur konstan adalah

10

STHG ∆−∆=∆ (2.3)

Dimana H∆ adalah perubahan entalpi dan S∆ perubahan entropi

Perubahan fungsi bebas Gibbs spesifik karena perubahan keadaan sistem

yang melibatkan perubahan fase ditunjukkan oleh gambar 2.3 berikut:

Gambar 2.3 Diagram hubungan antara perubahan energi bebas Gibbs dan suhu. (Jones,2002)

Pada Gambar 2.3 G1 adalah fungsi Gibbs spesifik fase cair dan G2

adalah fungsi Gibbs spesifik fase padat. Pada titik transformasi kesetimbangan

memperlihatkan keadaaan transisi dimana terjadi perubahan fase dari cair ke fase

padat dan pada keadaan transisi belaku G1=G2. Untuk merubah material cair ke

padat akan terjadi pelepasan energi, sebaliknya untuk merubah padatan ke bentuk

cairan akan diperlukan energi. Dari dua peristiwa tersebut, bahwa proses untuk

mengembalikan suatu material ke bentuk semula pada temperatur pendinginan

T Tm Suhu

Padat

Cair

G1

G2

ΔGb

11

yang sama terdapat selisih energi bebas Gibbs. Perubahan energi bebas per unit

volume dari fase cair ke fase padat pada derajat pendinginan T∆ adalah

(Jones,2002)

TTH

Gm

mb ∆

∆−=∆ (2.4)

Dimana bG∆ adalah selisih energi bebas Gibbs, mH∆ adalah selisih entalpi bahan

saat melebur, T∆ adalah selisih temperatur sedangkan Tm merupakan titik lebur

dari sampel.

Kristalisasi leburan polimer ditandai munculnya inti kristal baru secara

spontan saat cairan didinginkan dibawah Tm. Dapat dibayangkan bahwa pada

tahap nukleasi primer sedikit molekul terbungkus bagian demi bagian menjadi

sebuah bola kristal kecil dengan jari-jari r. Proses ini melibatkan perubahan energi

bebas permukaan kristal, yang mana energi permukaan cenderung menjadikan G

bertambah. Sehingga perubahan energi bebas Gibbs )(rG∆ pengintian kristalnya

adalah :

slb rGrrG γπ∆π∆ 23 434)( += (2.5)

dimana slγ adalah energi bebas interfasial (permukaan).

Ikatan molekul dalam kristal menyebabkan pengurangan G yang

besarnya tergantung dari volume kristal. Dari kombinasi persamaan (2.4) dan

(2.5) akan diperoleh persamaan.

slm

m rT

THrrG γπ

∆∆π∆ 23 4

34)( +−= (2.6)

fungsi dari persamaan diatas dapat digambarkan sebagai berikut :

12

Gambar 2.4 Diagram perubahan energi bebas Gibbs pengintian kristal dibawah T m. (Jones, 2002)

Perubahan entropi dalam leburan adalah

m

m

p

l

p

sm T

HTG

TGS ∆

=

∂∂

−

∂∂

=∆ (2.7)

di sini subskrip s menunjukkan solid (padat) dan l menunjukkan liquid (cair).

Persamaan (2.6) dapat digunakan untuk mendapatkan nilai r. Peristiwa

terjadinya keadaan kritis panjang r akan tercapai dan akan stabil jika )0)(( =∆ rG

atau 0)(=

drrdG maka :

THT

rm

msl

∆∆γ2* = (2.8)

Jari-jari kristal kritis )( *r yaitu besarnya jari-jari minimum yang diperlukan agar

kristal dapat terbentuk. Kristal dengan jari-jari lebih kecil dari jari-jari kritis r*

tidak stabil dan akan melebur kembali. Sedangkan kristal dengan jari-jari lebih

besar dari jari-jari kritis akan tumbuh secara kontinyu (Jones, 2002).

Dalam pertumbuhannya kristal tidak lepas dari energi perintang *G∆ ,

yaitu energi yang harus dilampaui untuk membentuk nukleus. Energi perintang ini

ΔG Volum

34πr3ΔGb

(menurunkan energi bebas)

ΔG permukaan 4πr2γsl

(menaikkan energi

TOTAL + 0

Jari-jari r*

13

berhubungan dengan jari-jari nukleus. Besarnya energi bebas perintang agar

sebuah kristal dapat tumbuh bisa ditetukan dengan mengkombinasi persamaan

(2.6) dan persamaan (2.8), yaitu :

2

23 1

316*

THT

Gm

msl ∆

∆

=∆ γπ (2.9)

Sedangkan laju nukleasi untuk kristal homogen dirumuskan dengan

persamaan Arrhenius

∆

−kTGv *exp~ (2.10)

Dengan demikian jika energi bebas perintang *G∆ besar, maka laju

pengintiannya kecil.

2.3.2 Kinetika nukleasi cair-padat heterogen

Nukleasi homogen hanya relevan untuk cairan murni. Kenyataannya

cairan mengandung partikel debu atau kontaminasi lainnya. Ketidak murnian ini

memberikan tempat nukleasi untuk pertumbuhan kristal dengan energi aktivasi

yang lebih rendah dari pada nukleasi homogen.

Kebanyakan nukleasi berawal dari permukaan pre-eksis padatan

pengotor yang ada pada leburan yang didinginkan. Aditif ini berlaku sebagai

katalis untuk kristalisasi dengan cara mengurangi supercooling. Katalis ini

menurunkan energi aktivasi untuk nukleasi kristal baru. Gambar 2.5 menunjukkan

pertumbuhan nukleus heterogen pada padatan pengotor, di sini γ adalah gaya

kesetimbangan kontak yang besarnya dirumuskan dengan persamaan Young :

14

csclsl γγθγ −=cos (2.11)

dengan θ adalah sudut kontak, csclsl γγγ ,, masing-masing adalah tegangan

interface solid-liquid, katalis-liquid, dan katalis-solid (Jones, 2002).

Gambar 2.5. Nukleus kristal yang tumbuh heterogen, tumbuh pada permukaan padat sebagai katalis

Jika tidak ada pengotor pada material atau material tersebut berada

dalam wadah yang sangat besar sehingga dinding wadah tidak berpengaruh pada

cairan, maka tidak akan terjadi pembekuan. Hal ini karena untuk menciptakan

kristal diperlukan energi bebas untuk menciptakan interface padat-cair yang

mempunyai energi γsl. Tapi perubahan energi bebas per-unit volume dari cair ke

padat adalah nol pada titik lebur, karena pada titik ini energi pada fase padat dan

cair adalah sama. Oleh karena itu untuk memulai pembekuan / kristalisasi tanpa

pengotor maka diperlukan pendinginan di bawah titik lebur (dengan kata lain

diperlukan energi yang lebih besar)(Jones, 2002).

Jika radius dari kristal r, maka volume kristal yang timbul diatas katalis

adalah

)cos2()cos1(31 23 θθπ +−= rV (2.12)

Luasan interface solid-liquid Ssl adalah

15

)cos1(2 2 θπ −= rS sl (2.13)

dan luasan interface katalis-solid Scs adalah

θπ 22 sinrScs = (2.14)

Jika kita mengulangi sesi terdahulu untuk menemukan energi bebas

perintang ∆ G* untuk pengintian dengan interface dan kontribusi volume yang

tepat untuk tutup bola kita mendapatkan :

( ) ( )4

cos2cos113

16*23

2

2θθγπ +−

∆

∆

=∆ sl

m

m

THTG (2.15)

Pada persamaan di atas slγ menunjukkan energi bebas interfacial solid-

liquid. Keberadaan pengotor akan menurunkan nilai slγ ini, dengan menurunnya

energi interfacial maka energi bebas perintang juga akan turun.

Gambar 2.6 Laju pengintian untuk pengintian heterogen kristal dari leburan yang didinginkan.

16

Untuk sudut kontak kurang dari 90o faktor geometris ini secara drastis

menurunkan derajad pendinginan yang dibutuhkan untuk mendapatkan laju

pengintian yang dapat diukur. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 2.6. Gambar di

atas menunjukkan bagaimana besarnya pengaruh suatu permukaan kontak dalam

mengkatalisasi proses kristalisasi.

2.4 Kristal Rantai Melipat

Teori Louritzen-Hoffman menyatakan bahwa laju pertumbuhan linear,

misalnya laju di mana spherulite tumbuh secara radial, sebagai fungsi derajat

supercooling ( TTT m −=∆ ∞ ) diman ∞mT adalah titik lebur keseimbangan dan T

adalah temperatur kristalisasi). Dalam teori kinetik LH, pertumbuhan kristal

polimer terjadi pada proses pengintian sekunder. Permukaan baru per unit

volume kristal yang terbentuk lebih kecil dibandingkan pada pengintian primer

sehingga penghalang aktivasinya lebih rendah. Pada proses pengintian sekunder

tahap pertama adalah bentangan batang polimer diatas permukaan kristal halus,

kemudian diikuti dengan penambahan segmen selanjutnya melalui proses lipatan

rantai. Kristal rantai-panjang didapatkan dari molekul yang lebih mantap,

sedangkan lipatan rantai hanya ada pada molekul polimer fleksibel. Diasumsikan

bahwa lamella polimer mempunyai energi permukaan yang melipat eγ , energi

permukaan lateral γs, dan perubahan energi bebas Gibbs kristalisasi bG∆ per unit

volum. Peningkatan energi bebas dalam n batang molekuler dengan panjang l

dilukiskan pada Gambar 2.7

esn nabblpermukaanG γγ∆ 22)( += (2.16)

17

Dimana setiap untai mempunyai area cross-section ab. Dikarenakan adanya

penggabungan batang molekuler dalam kristal, ada pengurangan energi bebas

sebagai berikut

bn GnablkristalG ∆∆ −=)( (2.17)

Gambar2.7 model pertumbuhan lamela melalui helaian susesif batang molekuler terdekat. Young (1981)

Lalu perubahan energi bebas ketika n batang dibentangkan adalah

besn GnablnabblG ∆−+=∆ γγ 22 (2.18)

Karena normalnya n besar sehingga pernyataan sblγ2 diabaikan dan kemudian

persamaan 2.18 dibentuk menjadi :

em

mn nabnlab

TTH

G γ2+∆∆

−=∆ ∞ (2.19)

Dimana mH∆ perubahan entalpi dari leburan per unit volume, dan supercooling

TTT m −=∆ ∞ . Jika a sama dengan b, maka area cross- sectionnya adalah a2

18

sehingga perubahan energi bebas tiap batang yang bergabung dengan kristal

adalah

em

m alaT

THG γ22 2

)(+

∞∆∆

−=∆ (2.20)

Lipatan rantai pada kristal lamella adalah unit dasar dari polimer semi-

kristal. Titik lebur kristal lamella yang berketebalan l, Tm(l) diturunkan dari nilai

termodinamik ideal, ∞mT . Kondisi titik lebur kristal dengan ketebalan minimum

diberikan oleh 0=nG∆ , yang menghasilkan

∆

−= ∞

lHTlT

m

cmm

γ21)( (2.21)

Gambar 2.8 melukiskan peningkatan energi ketika sebuah batang

ditambahkan kedalam kristal. Sehingga bergabung dengan kristal, panjang rantai,

yang dalam leburan mempunyai konfigurasi rantai random, harus meluruskan diri

untuk mengurangi entropi S∆ . Hanya ketika fluktuasi random telah di hasilkan

seperti rantai lurus dapat membuat batang bergabung dengan permukaan kristal

tumbuh, akhirnya dengan energi bebas G∆ lebih kecil dari pada energi dalam

leburan.

19

Gambar 2.8 perubahan energi bebas ketika batang polimer bergabung dalam kristal yang tumbuh dari suatu leburan. Jones (2001)

Laju ketika segmen rantai bergabung dengan kristal yang sedang tumbuh

dari leburan adalah

−=−→ −

BkSlajukristalleburan ∆

τ exp1 (2.22)

Dan laju ketika segmen meninggalkan kristal untuk bergabung dengan leburan

lagi adalah

−−=−→ −

TkGSTlajuleburankristal

B

∆∆τ

(exp1 (2.23)

Dimana 1−τ adalah frekuensi mikroskopi, G∆ menjadi negatif ketika kristal

stabil. Laju kristalisasi bersih u yang didefinisikan jumlah batang yang terikat per

unit waktu diberikan oleh perbedaan antara dua persamaan laju ( 2.22) dan

(2.23):

−

−= −

TkG

TkSu

BB

∆∆τ exp1exp1 (2.24)

20

Untuk menyederhanakan, diasumsikan TkG B/∆ cukup kecil untuk menambah

eksponensial. Laju pertumbuhan kristal ditulis v = ua dimana a adalah diameter

cross-section rantai polimer

TkG

kSav

BB

∆∆τ

−= − exp1 (2.25)

Pengurangan entropi S∆ pada pelurusan rantai dengan panjang l sebanding

dengan jumlah segmen dalam panjang yang diluruskan sehingga ditulis

alS µ∆ = dimana μ konstanta dimensi. Persamaan (2.25) menjadi,

−

−= ∞

−

alla

TTH

aakonstvm

mc

µ∆∆γτ exp2)( 221 (2.26)

Gambar 2.9 menunjukkan ketebalan kristal lc dalam keadaan setimbang dengan

leburan pada temperatur yang diberikan dan tidak semuanya tumbuh, kemudian

ada ketebalan tertentu l* ketika laju pertumbuhan maksimum.

Gambar 2.9 laju pertumbuhan kristal sebagai fungsi ketebalan. Jones (2001)

21

Ketebalan kristal l* mendominasi morfologi akhir dengan:

TH

Talm

mc

∆∆γ

µ

∞

+=2* (2.27)

Frekuensi mikroskopi 1−τ memberikan ukuran laju konformasi rantai

polimer dalam leburan, diberikan oleh bentuk Vogel-Fulcher sebagai berikut,

−

−= −−

V

A

TTT

exp10

1 ττ (2.28)

Dimana TA adalah temperatur aktivasi dan TV temperatur Vogel-Fulcher dengan

memasukan ketebalan kristal pertumbuhan tercepat l* dan frekuensi mikroskopi,

didapatkan laju pertumbuhan kristal

−

−=

∞

∞

−

THaT

TTT

TTekTHaa

vm

mc

V

V

mB

m

∆∆µγ

µ∆∆τ 2

expexp31

0 (2.29)

Bagian kedua dan ketiga pada persamaan menghasilkan pengaruh yang kuat

terhadap laju pertumbuhan sebagai fungsi temperatur. Untuk menyederhanakan,

persamaan 2.29 dapat dibentuk:

−

−

−

−∞ TT

BTT

TvmV

A 0expexp~ (2.30)

Dimana konstanta B0 adalah

=

∞

m

mc

HaT

B∆γµ2

0 (2.31)

Pada persamaan 2.30, laju pertumbuhan pada temperatur tinggi di kontrol oleh

ukuran driving force termodinamik melalui eksponensial kedua sedangkan pada

temperatur rendah, mobilitas menurun dengan cepat mendekati glass transisi

22

yang menahan pertumbuhan kristal dan diperlihatkan melalui eksponensial

pertama.

Gambar 2.10 Fungsi eksponensial laju kristalisasi terhadap temperatur. Penurunan grafik sebelah kanan disebabkan oleh drifing force, penurunan grafik sebelah kiri disebabkan mobilitas segmen.Gedde ( 1999)

2.5 Reflected light microscopy

Reflected-light microscopy sering dihubungkan dengan kilatan cahaya,

epi-iluminasi, dan metode pemilihan fluorosene dan imaging specimen yang

memerlukan keadaan gelap bahkan ketika mereka mempunyai ketebalan 30

mikron. Hal tersebut sangat berguna untuk menganalisa tekstur, seperti dalam

kebanyakan kasus logam, keramik, polimer, kertas, dll. Karena cahaya tidak

mampu menembus spesimen, maka cahya itu diarahkan dipermukaan dan

akhirnya dikembalikan ke lensa objektif mikroskop dengan pemantulan spekular

dan menyebar. Istilah iluminasi yang disebutkan di atas mengacu pada iluminasi

epicospik, epi-iluminasi, atau iluminasi vertikal, berlawanan dengan iluminasi

diascopik (ditransmisikan) yang lewat melalui suatu spesimen.

Temperatur

Tm Tg

23

Dua teknik yang banyak digunakan adalah mikroskop cahaya

terpolarisasi (polaryzed light mycroscopy), dan mikroskop kontras bertingkat

(phase contrast mycroscopy). Polarized light mycroscopy merupakan teknik yang

umum yang memungkinkan material kristal untuk memutar bidang cahaya

polarisasi. Teknik ini digunakan untuk mempelajari spekulasi, dengan sampel di

antara polarisasi melintang, dan titik lebur kristal diambil sebagai temperatur

penghilangan teras terakhir kristal ketika menggunakan mikroskop polarisasi hot-

stage. Phase-contrast microscopy merupakan teknik yang lainnya untuk

mengamati sifat struktural yang lebih melibatkan perbedaan dalam indeks refraksi

dari pada absorbsi cahaya seperti dalam kasus sederhana. Mikroskop interferensi

memungkinkan pengukuran ketebalan dalam orde angstrom telah membuktikan

studi yang sangat berguna dalam mempelajari kristal. Resolusi dibatasi kepada

ukuran objek sebesar setengah panjang gelombang sekitar 2000Å.

Mikroskop optik mempunyai dua eyepiece viewing tube (okuler) dan

sebuah trinocular tube head untuk mengumpulkan sistem kamera video /digital.

Ini merupakan peralatan standar untuk penguatan sebesar 10x, dilengkapi dengan

nosepiece memuat lima lensa objektif. Stage dikontrol dengan specimen holder

yang bisa digeser ke arah sumbu x dan y. Keseluruhan unit stage bisa bergerak ke

atas dan bawah dengan mekanisme pemfokusan fine dan coarse (pemfokusan

halus dan kasar). Cahaya yang melewati lamp house melalui iluminator vertikal

menyela di atas nosepiece. Permukaan atas spesimen menghadap ke lensa

objektif. Iluminator vertikal diarahkan secara horizontal pada sudut 90o dari

24

sumbu optik mikroskop. Knob adjustment coarse and fine disesuaikan untuk

mendapatkan fokus spesimen yang sesuai.

Gambar 2.11. Mikroskkop optik moderen yang bisa digunakan sebagai reflected light microscopy dan transmitted light microscopy(Davidson and Abravowitz,2002)

Pada iluminator vertikal, cahaya merambat dari sumber cahaya melalui

lubang variable aperture iris diaphragm dan melewati lubang variable and

centerable pre-focused field iris diaphragm. Kemudian cahaya membentur

reflektor kaca yang berwarna perak sebagian, atau membentur ke cermin perak

utuh dengan lubang elips untuk mengiluminasi bagian yang gelap. Reflektor kaca

berwarna perak sebagian untuk kaca yang menghadap ke sumber cahaya dan kaca

dengan anti refleksi menghadap ke observation tube pada bagian yang terkena

cahaya pantulan (brightfield reflected illumination). Kemudian cahaya dibelokkan

menuju ke objektif. Cermin dimiringkan pada sudut 45o pada jalur lintasan cahaya

menuju iluminator vertikal.

25

Cahaya mencapai spesimen yang mungkin saja menyerap cahaya dan

merefleksikan cahaya dalam bentuk terfokus dan terpencar. Cahaya yang

dikembalikan ke atas bisa ditangkap oleh objektif menurut banyaknya objektif dan

kemudian berjalan melewati cermin perak sebagian. Cahaya paralel memasuki

tabung lensa, yang membentuk image spesimen pada bidang lubang diafragma

pada okuler. Sangat penting untuk mencatat bahwa dalam sistem refleksi cahaya

ini, lensa objektif mempunyai fungsi ganda, yaitu: ketika bergerak turun sebagai

pengkoreksi apakah kondenser telah seajar, dan ketika bergerak naik berfungsi

sebagai objektif pembentuk image.

Absorbsi dan difraksi cahaya oleh spesimen merupakan image yang bisa

dibedakan, dari hitam melewati berbagai bayangan cahaya, atau warna. Spesimen

seperti itu dikenal sebagai amplitude specimen dan mungkin tidak memerlukan

metode kontras khusus untuk melihat imagenya detailnya. Spesimen yang lain

menunjukkan sedikit perbedaan dan /atau warna yang sifatnya sulit untuk dilihat

dan dibedakan pada bagian terang mikroskop optik.

Untuk menyimpan image sampel untuk analisa lebih lanjut, reflected

mycroscope dihubungkan dengan kamera yang dioperasikan dengan menangkap

image yang diproyeksikan langsung kepada mikrochip komputer tanpa

menggunakan fil. Image digital memberikan kesempatan bagi komputer untuk

mengontrol manipulasi image, panajaman gambar dan juga penyimpanan digital

permanen.

26

Kamera elektronik yang digunakan di sini adalah kamera CCD (Charged

Coupled Device), yang bisa merespon gelombang cahaya yang tidak tampak

dengan mata manusia.

Dengan Reflected Light Microscopy, sampel ditempatkan pada hot stage

tertutup. Semua sampel dikristalisasi pada suhu konstan. Untuk temperatur

kristalisasi tertentu, hot stage Linkam didinginkan dengan nitrogen.

Evolusi morfologis film dimonitor dengan menggunakan kamera CCD.

Data dianalisa dengan menggunakan software komputer yang dihubungkan

dengan mikroskop tersebut. Pertumbuhan kristal ditentukan dengan cara

mengikuti pertumbuhan bagian terdepan spherulite dalam satuan waktu.

(Khairuddin, 2002).

2.6 Ellipsometry

Pengukuran indeks bias dari lembaran PET dilakukan menggunakan

ellpisometer. Prinsip kerja dari instrumen ini berdasarkan teknik optik dengan

mendeteksi perubahan polarisasi dari gelombang elektromagnetik yang

dipantulkan atau ditransmisikan oleh interface datar dan lapisan tipis. Gambar

2.12 menunjukkan skema dari gelombang elektromagnetik datang dengan sudut

φo pada interface datar dari system yang terdiri dari medium (udara)-lapisan tipis-

bulk sampel dengan indek bias no (udara), n1 (lapisan tipis), dan n2 (sampel atau

substrate) sebagian gelombang dipantulkan pada sudut φo , sebagian dibiaskan

dalam lapisan tipis dengan sudut φ1, dan lainnya dibiaskan dalam sampel dengan

sudut φ2. Dengan berdasar pada hukum Snell dan dari perbandingan koefisien

27

pantul dari gelombang p yang vektor medan listriknya parallel terhadap bidang

datang dan gelombang s yang vektor medan listrik tegak lurus terhadap bidang

datang, diperoleh hubungan matematik berikut yang merupakan persamaan

mendasar dalam ellipsometry (Azzam dan Bashara (1977); Kim dan Irene (1995).

))(1()1)((

tan 21201

21201

21201

21201

ixss

ixpp

ixss

ixppi

errerrerrerr

e −−

−−∆

++

++=ψ (2.32)

oonndx φλπ 222

1 sin)()(2−= (2.33)

11

1101 coscos

coscos

oo

oop nn

nnr

+−

=φ

φφdan

11

1101 coscos

coscosnn

nnr

oo

oos +

−=

φφφ

(2.34)

2112

211212 coscos

coscosnn

nnrp +−

=φ

φφdan

2211

2121112 coscos

coscosnn

nnrs +−

=φ

φφ (2.35)

2211 sinsinsin φφφ nnn oo == (2.36)

Gambar 2.12 Pantulan dan pembiasan gelombang pada lapisan tipis dengan ketebalan d antara bulk sampel dan medium φo3(Khairuddin,2003)

Normal Sinar datang Sinar

pantul

Lapisn tipis, n1

Medium,no

Bulk sampel, n2

d1

φ G

φ

φ

28

Tanda ψ dan ∆ masing-masing menyatakan rasio amplitudo dan perbedaan fase

dari gelombang p dan s, rp,s01 adalah koefisien pantulan Fresnel untuk interface

udara-lapisan tipis, x adalah ketebalan fase, d adalah ketebalan lapisan.

Dalam prakteknya, ellipsometer mengukur sudut ellipsometry ψ dan ∆

dari gelombang pantul, dimana pada instrumen ellipsometer sudut-sudut ini

diperoleh dengan menggunakan compensator fase dan polariser. Dengan

demikian nilai indeks bias dan ketebalan dari lapisan tipis dapat diketahui.

2.7 Metode Spin Coating

Metode spin coating adalah metode percepatan larutan pada substrat yang

diputar. Material coating dideposisi atau diletakkan pada bagian tengah substrat

baik dengan cara manual maupun bantuan robot. Material tersebut dituangkan

atau disemprotkan di atas substrat. Prinsip fisika di balik spin coating adalah

keseimbangan antara gaya viskositas yang dijelaskan oleh viskositas pelarut

dengan gaya sentrifugal yang dikontrol oleh kecepatan

spin(http://www.cise.columbia.edu./clean/process/spintheory.pdf).

Metode spin coating ini memuat empat tahapan dasar :

a. Tahap penetesan cairan (dispense)

Pada bagian ini cairan dideposisikan di atas permukaan substrat, kemudian

diputar dengan kecepatan tinggi. Kemudian lapisan yang telah dibuat akan

dikeringkan sampai pelarut pada lapisan tersebut benar-benar sudah menguap.

Proses dispense dibagi menjadi dua macam, yaitu :

29

1) Static dispense, proses disposisi sederhana yang dilakukan pada larutan di

atas pusat substrat. Pada proses ini menggunakan kecepatan 1 sampai 10

cc, bergantung pada kekentalan cairan dan ukuran substrat yang

digunakan. Adanya kecepatan yang sangat tinggi dan ukuran substrat yang

lebih besar dapat memastikan cairan benar-benar telah tersebar rata di atas

substrat.

2) Dynamic dispense, proses deposisi dengan kecepatan putar yang kecil

kira-kira 500 rpm. Pada prosese ini cairan yang tersebar di atas substrat

akan sedikit terbuang dan substrat menjadi lebih basah, sehingga lapisan

yang terbentuk akan lebih tebal.

b. Tahap percepatan spin coating

Setelah tahap penetesan cairan, larutan dipercepat dengan kecepatan yang

relatif tinggi. Kecepatan yang digunakan pada substrat ini akan mengakibatkan

adanya gaya sentrifugal dan turbulensi cairan. Kecepatan yang digunakan antara

1500-6000 rpm dan tergantung pada sifat cairan terhadap substrat yang

digunakan. Waktu yang digunakan kira-kira 10 menit.

c. Tahap pengeringan,

Pada tahap ini terbentuk lapisan tipis murni dengan suatu ketebalan

tetentu. Tingkat ketebalan lapisan yang terbentuk bergantung pada tingkat

kelembaban dasar substrat. Adanya kelembaban yang kecil menyebabkan

ketebalan lapisan murni yang terbentuk akan menjadi semakin besar.

Beberapa variabel parameter proses yang termasuk dalam spin coating

adalah sebagai berikut(http:www.cpmt.org/mm/pkglab/theory/spin_theory.html).

30

a. Viskositas atau kekentalan larutan

b. Kandungan material

c. kecepatan anguler

d. Waktu putar atau spin time

e. Temperatur

f. Pelarut

spinner

Glass substrat

Solusion

Gambar2.13 Prinsip pembuatan lapisan tipis dengan metode Spin Coating(http:www.cpmt.org/mm/pkglab/theory/spin_theory.html).

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

1. Seperangkat personal komputer

2. Program grafis Corel Draw 12

3.1.2 Bahan

Bahan yang digunakan adalah data sekunder berupa gambar spherulite dari

lapisan Poly(ethylene terephthalate) tipis dengan temperatur 180oC dan variasi

ketebalan 370Å, 860Å, 1380Å dan 1500Å. Gambar diamati dengan menggunakan

mikroskop optik dan direkam dengan kamera CCD(Charged Coupled Device).

3.2 Tahapan Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan meliputi tahap-tahap: Set up program

pengukur pada alat, Persiapan data sekunder, Pengukuran diameter gambar

spherulite, menentukan laju kristalisasi dengan metode grafik, Analisa data,

kesimpulan. Secara rinci tahap-tahap ini disajikan dalam diagram alir berikut ini:

31

32

Gambar 3.1 Diagram alir tahap-tahap penelitian

3.2.1 Set up program pengukur pada alat

Set up program pada penelitian ini berupa penginstalan program Corel

Draw 12 kedalam personal komputer.

Persiapan data sekunder

Pengukuran diameter gambar spherulite

Menentukan laju kristalisasi dengan

metode grafik

Analisa data

Kesimpulan

Set up program pengukur pada

alat

33

3.2.2 Persiapan data sekunder

Data sekunder berasal dari penelitian Khairudin (2002). Adapun gambaran

eksperimennya adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan lapisan tipis dengan metode spin coating

Membuat larutan PET konsentrasi 5% dengan cara memotong PET

kecil-kecil kemudian ditimbang. Mencampurkan pelarut 2-

chlorophenol yang sebelumnya juga telah ditimbang dengan potongan-

potongan PET, kemudian diaduk untuk melarutkan. Substrat dipotong-

potong dengan ukuran 1 x 1 cm, dibersihkan dengan menggunakan

ultra sonik cleaning kemudian divakumkan agar menguap, ini

dimaksudkan supaya tidak ada kotoran yang menempel pada substrat.

Larutan diteteskan di atas substrat, lalu diputar dengan kecepatan 2500

rpm kurang lebih selama 3 menit.

2. Mengukur ketebalan lapisan tipis dengan elipsometri

Lapisan tipis PET diletakkan di tengah-tengah stage elipsometer.

Kompensator (lengan sebelah kiri) dan filter selektor (lengan sebelah

kanan) diatur pada posisi 633 nm (cahaya merah). Sinar akan bergerak

dari kompensator kemudian mengenai lapisan tipis, sebagian

diteruskan dan sebagian dipantulkan menuju filter selektor. Agar sinar

yang terpantul tepat masuk kedalam selektor maka stage dapat digeser-

geser. Karena elipsometer telah terhubung dengan sistem komputer

34

maka dengan program aplikasi DAFIBM akan langsung dapat teramati

ketebalan lapisan PET tipisnya.

3. Mengamati kristalisasi dengan mikroskop optik

Lapisan PET tipis diletakkan diatas Linkam Hot Stage. Linkam Hot

Stage berfungsi untuk mengatur temperatur kristalisasi yang

diinginkan. Linkam diletakkan diatas Mekanikal stage mikroskop

optik. Temperatur dinaikkan hingga 280oC dengan laju cepat ( 10

0/min), tahan hingga 3 menit agar yakin mencapai kesetimbangan.

Turunkan ke temperatur 180oC dengan sangat cepat menggunakan

nitrogen cair yang dialirkan melalui Linkam Hot Stage. Mengamati

kristalisasi dengan mikroskop optik. Untuk mendapatkan gambar yang

paling baik, maka digunakan perbesaran 50x. Gambar direkam dengan

menggunakan kamera CCD yang telah terhubung dengan sistem

komputer, sehingga kristalisasi dapat teramati secara langsung melalui

komputer.

3.2.3 Pengukuran jari –jari Gambar Spherulite

Pengukuran diameter dilakukan pada gambar spherulite dengan

menggunakan program Corel Draw 12. Gambar diimpor ke dalam program Corel

Draw 12. Untuk memudahkan pengukuran mengingat gambar spherulite yang

cukup kecil dan tidak terlalu jelas, maka dilakukan beberapa modifikasi

sederhana. Untuk menanggulangi ukuran gambar yang kecil, maka gambar

dizoom secukupnya menggunakan Zoom Tool (Gambar 3.2 no.1). Zoom tool tidak

35

akan menyebabkan perubahan ukuran gambar asli, jadi hasilnya tidak akan

jauh berbeda, bahkan gambar yang sudah diperbesar akan lebih mudah diukur dan

lebih teliti Untuk menanggulangi gambar yang buram dan tidak terlalu jelas,

digunakan Effect Auto Equalize (Gambar 3.2 no. 2).

Gambar 3.2 Bentuk program Corel Draw 12 yang digunakan untuk mengukur diameter gambar spherulite lapisan PET tipis. (1) Zoom Tool, (2) Effect Auto Equalize, (3) Smart Drawing Tool, (4) Skala ukur (ruler), (5) Rotasi

Pengukuran diameter dilakukan dengan membuat sebuah garis dari tepi atas

hingga tepi bawah gambar spherulite untuk pengukuran vertikal (Gambar 3.3 no

a) dan tepi kiri hingga tepi kanan untuk pengukuran horizontal (Gambar3.3 no b)

dengan menggunakan Smart Drawing Tool (Gambar 3.2 no. 3), sedangkan untuk

pengukuran miring ke kanan dan miring ke kiri dilakukan dengan membuat garis

1

2

3

4

5

36

diagonal (Gambar 3.3 no c dan 3.3 no d) kemudian merotasinya sebesar 45o

(Gambar 3.2 no. 5) sehingga terbaca dalam skala ukur (ruler) nya.

Posisi-posisi pengukuran yang dilakukan adalah vertikal (a), horizontal (b), miring

ke kanan (c) dan miring ke kiri (d)

Gambar 3.3 suatu teknik pengukuran dengan 4 posisi.Tekhnik ini dalam penerapan dan pengukurannya menggunakan software Corel Draw

Dalam pengukuran pada objek akan mudah bila bentuk spherulite

mendekati bentuk lingkaran. Apabila bentuk tidak begitu mendekati sempurna

maka akan sulit dalam mengukur. Agar data yang dihasilkan mendekati akurat

a b

c d

37

maka digunakan teknik dengan empat posisi ini sehingga hasil data dapat

dibandingkan antara empat posisi tersebut.

3.4 panjang layar sebenarnya

Diameter yang dihasilkan pada pengukuran tersebut bukanlah ukuran yang

sebenarnya karena gambar telah mengalami perbesaran. Untuk mendapatkan

ukuran sebenarnya maka dilakukan konversi dengan cara perbandingan

mXdr µ8004.1932

=

Dimana d adalah diameter gambar spherulite (dengan satuan mm) yang diukur.

193.04 mm adalah panjang layar yang diukur. r adalah ukuran jari-jari sebenarnya

dan 80 μm adalah panjang layar sebenarnya.

3.2.4 Menentukan Laju Kristalisasi

Untuk menentukan laju kristalisasi diperoleh dengan cara metode grafik

menggunakan program Microsoft excel, dimana waktu yang ada berbanding

80 μm

38

dengan jari-jari yang didapatkan dari pengukuran Corel Draw yang sudah diolah.

Dari grafik tersebut akan diperoleh slope atau gradien yang besarnya

menunjukkan hasil dari laju kristalisasi.

3.2.5 Analisa Data

Analisa data berupa pembahasan hasil penelitian yang berlandaskan teori

tentang perubahan jari-jari terhadap fungsi waktu, perbedaan laju pertumbuhan

spherulite pada tiap posisi pengukuran, perbedaan laju pertumbuhan spherulite

yang impurity dengan spherulite purity pada temperatur tertentu pada ketebalan

yang bervariasi yang dijelaskan secara singkat dan jelas.

3.2.6 Kesimpulan

Kesimpulan pada penelitian ini berupa poin-poin penting yang diperoleh

dari penelitian yang dilakukan tentang pengaruh ketakmurnian terhadap laju

kristalisasi lapisan PET tipis pada temperatur tertentu dan dengan ketebalan yang

bervariasi.

39

BAB IV

PEMBAHASAN

Pada percobaan ini pengukuran menggunakan bahan PET(polyethylen

tetraphalate) yang dengan berat molekul _

wM sebesar 25000, dibuat lapisan tipis

dengan teknik spin coating pada suhu 180oC. Bahan ini kemudian dicampur

dengan solvent 2-chlorophanol dan substrat silikon. Untuk pengamatan digunakan

mikroskop optik. Pengukuran ketebalan bahan dengan elipsometry. Ketebalan

bahan yang kita gunakan adalah 370Å, 860Å, 1380Å dan 1500Å. Pada

pengamatan ini kita akan mendapatkan beberapa gambar yang menunjukkan

dimana akan terdapat spherulite yang impurity dan purity.

Dengan variasi ketebalan tertentu dan tiap ketebalan kita mengukur diameter

gambar baik yang impurity dan purity sampai spherulite tidak bisa teramati lagi

sehingga kita mendapatkan batas waktu maksimum. Perbandingan antara diameter

dan waktu dapat menunjukkan suatu laju kristalisasi dari bahan dengan ketebalan

tertentu. Sesuai teori, pada bahan dengan ketebalan yang sama maka laju

kristalisasi impurity lebih besar daripada laju kristalisasi purity. Hal tersebut

disebabkan pada impurity ada zat pengotor yang memperkecil energi bebas

permukaan sehingga perintang laju kristalisasi akan semakin kecil dan laju

kristalisasi bahan menjadi lebih besar. Tetapi, pada data yang kita dapatkan ada

yang sesuai teori dan ada yang laju kristalisasi impurity lebih kecil daripada laju

kristalisasi purity. Hal tersebut kemungkinan disebabkan oleh beberapa faktor.

Pertama, untuk yang purity tidak pasti murni, hal tersebut karena wadah bahan

39

40

yang tidak pasti bersih dan diperkirakan ada zat pengotornya walaupun

prosentasenya sangat kecil, tetapi sangat berpengaruh terhadap besar kecilnya laju

kristalisasi. Zat pengotor tersebut juga bisa datang dari udara bebas, walaupun

sangat mikro tetapi berpengaruh baik secara visual yang berdampak pada saat

pengambilan data. Kedua, pada gambar terlihat beberapa spherulite yang saling

bersentuhan. Perkembangan spherulite tersebut terhambat oleh spherulite yang

lain yang saling bersentuhan dan berdesakan. Sehingga spherulite sebagai objek

yang kita hitung sangat berkurang laju kristalisasinya.

4.1 Struktur Spherulite Dalam Lapisan PET Tipis

Kristal polimer mempunyai struktur yang berbeda pada skala panjang yang

berbeda. Secara hirarki strukturnya dimulai dengan lamella sebagai unit dasar

penyusun kristal, kemudian struktur yang lebih luas yang disebut spherulite.

Lamella memiliki ukuran yang sangat kecil yaitu dalam orde nm, sedangkan

spherulite memiliki rentang ukuran yang lebih besar yaitu 0.5 μm -100 μm.

Gambar 4.1 Bentuk morfologi Spherulite lapisan PET tipis hasil pengamatan dengan mikroskop optik (gambar telah diperbesar).

41

Gambar 4.1 memperlihatkan spherulite yang teramati oleh mikroskop optik.

Spherulite tumbuh dan berkembang dari suatu inti kecil. Spherulite tumbuh secara

radial untuk tiap pertambahan waktu.

4.2 Perbedaan Spherulite dari Lapisan PET Tipis yang Didefinisikan

Bersih dan Mengandung Pengotor

Dalam pertumbuhannya spherulite dari lapisan PET tipis tidak lepas dari

ketidak murnian, ketidak murnian ini berasal dari masuknya bahan asing pada

spherulite PET. Bahan asing yang masuk itu bisa berasal dari wadah atau debu di

ruangan tempat di mana spherulite lapisan PET tipis ditumbuhkan. Bisa juga

ketidak murnian itu sengaja ditambahkan pada spherulite PET untuk merubah

sifat fisik polimer sehingga didapatkan polimer dengan sifat-sifat tertentu sesuai

dengan yang diinginkan. Pada kasus pertumbuhan spherulite PET yang penulis

bahas ini, bahan pengotor pada spherulite PET kemungkinan berasal dari debu

ruangan tempat di mana spherulite PET ditumbuhkan.

Gambar 4.2 menunjukkan bagaimana perbedaan spherulite dari lapisan

PET tipis yang didefinisikan bersih dan yang didefinisikan mengandung pengotor.

Pada spherulite b terdapat butiran pengotor yang cukup besar di mana ini tidak

terlihat pada spherulite a. Butiran inilah yang definisikan sebagai pengotor.

42

.

Gambar 4.2 Spherulite lapisan PET tipis yang didefinisikan bersih dan yang didefinisikan mengandung pengotor.

Spherulite a merupakan spherulite PET yang didefinisikan bersih sedangkan spherulite b merupakan spherulite yang didefinisikan mengandung pengotor.

4.3 Laju pertumbuhan lapisan tipis PET

Untuk mengetahui laju pertumbuhan spherulite, maka dilakukan

pengukuran diameternya tiap waktu. Karena pertumbuhan spherulite adalah radial

keluar, sedangkan bentuk spherulite tidak bulat 100% maka dilakukan empat

posisi pengukuran sehingga dapat mewakili keseluruhan ukuran diameternya.

Posisi-posisi pengukuran yang dilakukan adalah vertikal, horizontal, miring ke

kanan dan miring ke kiri.

Dari pengukuran yang dilakukan diketahui bahwa diameter spherulite

bertambah terhadap pertambahan waktu, hal ini membuktikan bahwa spherulite

terus mengalami perkembangan terhadap fungsi waktu hingga akhirnya melambat

ketika spherulite saling menyentuh. Untuk mengetahui laju pertumbuhan pada

tiap sisi spherulite, maka yang digunakan adalah jari-jarinya terhadap fungsi

waktu. Namun perlu diketahui bahwa nilai yang terukur tersebut bukanlah ukuran

yang sebenarnya, karena gambar spherulite yang diukur telah mengalami

a

b

43

perbesaran dari mikroskop optik. Oleh karena itu perlu dilakukan konversi skala

untuk mengetahui ukuran aslinya.

4.4 Analisis data dengan metode grafik

Dengan mengetahui slope garis tren yang secara langsung menunjukkan

laju pertumbuhan spherulite PET, maka bisa dengan mudah membandingkan

bagaimana laju pertumbuhan pada spherulite PET yang diamati.

Dari data 1 didapatkan grafik pertumbuhan spherulite PET yang

merupakan hasil dari pengukuran keempat sisi spherulite pada ketebalan 1500Å

(yang didefinisikan sebagai spherulite yang tidak mengandung pengotor), yaitu

sebagai berikut

y = 0.3337x + 5.2434y = 0.3367x + 7.562

y = 0.2961x + 5.7371

y = 0.5074x + 6.8648

0123456789

10

0 2 4 6

waktu(s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

Gambar 4.3. Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET tipis,

dengan ketebalan 1500Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan tanpa zat pengotor

44

Grafik dari spherulite pertama menunjukkan gradien persamaan garis tren

untuk keempat sisi pengukuran yang masing-masing bernilai: m =0,3337;0.3367;

0,2961; dan 0,5074. Dari sini dapat disimpulkan bahwa spherulite yang tidak

mengandung zat pengotor pada ketebalan 1500Å menunjukkan laju pertumbuhan

spherulite PET yang tidak homogen untuk keempat sisi spherulite PET dengan

kisaran 0,2961 sampai dengan 0,5074.

Tabel 4.1. Hasil penghitungan laju kristalisasi spherulite pada ketebalan 1500Å (yang didefinisikan sebagai spherulite PET yang tidak mengandung pengotor)

Sisi pengukuran

Laju kristalisasi

( mµ /s)

horizontal 0,3337

tegak 0,3367

miring kiri 0,2961

miring kanan 0,5074

Dari tabel 4.1 ini dengan jelas bisa dilihat bahwa laju kristalisasi spherulite pada

ketebalan 1500Å tidak homogen. Perbedaan laju kristalisasi untuk sisi-sisi

spherulite ini bisa dibandingkan dalam bentuk persentase laju kristalisasi. Di sini

diukur persentase ketidak homogenan laju kristalisasi keempat sisi spherulite

untuk mengetahui seberapa besar nilai ketidak homogenan laju kristalisasi untuk

spherulite tersebut. Untuk keseragaman digunakan laju terkecil sebagai bilangan

pembagi dalam menentukan laju kristalisasi, sehingga didapatkan :

45

1. 126,02961,0

2961,03337,0=

−

2. 137,02961,0

2961,03367,0=

−

3. 713,02961,0

2961,05074,0=

−

Dari perhitungan di atas maka didapatkan bahwa pertumbuhan spherulite PET

pada ketebalan 1500Å (yang didefinisikan sebagai spherulite yang bersih)

mempunyai rata-rata nilai heterogenitas sebesar

325,03

713,0137,0126,0=

++

Dari data.2 didapatkan grafik pertumbuhan spherulite PET yang merupakan hasil

dari pengukuran keempat sisi spherulite pada ketebalan 1500Å (yang

didefinisikan sebagai spherulite yang mengandung pengotor), yaitu :

y = 0.4697x + 5.0108y = 0.6289x + 5.2562y = 0.5481x + 5.4555y = 0.5989x + 4.9243

4.6

5.1

5.6

6.1

6.6

7.1

7.6

8.1

0 1 2 3 4 5 6

waktu (s)

jari

-jari

(um

)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

Gambar 4.4. Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET tipis dengan ketebalan 1500Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada dengan zat pengotor

46

Pada spherulite kedua ini juga dibuat grafik pertumbuhan spherulite yang

dilanjutkan dengan pembuatan garis tren-nya. Di sini dapat dilihat bahwa ke-

empat garis tren menunjukkan persamaan garis dengan nilai gradien masing-

masing : m = 0,4697; 0,6289; 0,5481; 0,5989. Untuk mempermudah pengamatan,

dirangkum hasil pengukuran dari spherulite ke-2 ini dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2. Hasil penghitungan laju kristalisasi spherulite (yang didefinisikan sebagai spherulite PET yang mengandung pengotor)

Sisi pengukuran

Laju kristalisasi

( mµ /s)

horizontal 0,4697

tegak 0,6289

miring kiri 0,5481

miring kanan 0,5989

Pada tabel 4.2 ini bisa dilihat bahwa laju kristalisasi untuk keempat sisi

pengukuran tidak sama. Sehingga dari sini, sementara disimpulkan bahwa

heterogenitas laju kristalisasi pada spherulite lapisan tipis PET tidak dipengaruhi

oleh adanya impurity, dengan ada atau tidaknya impurity pada spherulite,

pertumbuhan spherulite cenderung heterogen.

Dilakukan hal yang sama untuk data 2 ini, di sini dibandingkan persentase

laju kristalisasi untuk keempat sisi pengukuran spherulite dengan nilai laju

kristalisasi terkecil digunakan sebagai bilangan penyebut, sehingga didapatkan :

1. 3389,04697,0

4697,06289,0=

−

47

2. 1669,04697,0

4697,05481,0=

−

3. 2750,04697,0

4697,05989,0=

−

Dari perhitungan di atas didapatkan nilai rata-rata heterogenitas laju

kristalisasi untuk keempat sisi pengukuran, yaitu :

2602,03

2750,01669,03389,0=

++

Jadi nilai heterogenitas rata-rata untuk data 2 adalah sebesar 0,2602

Dari tabel 4.1 dan tabel 4.2 bisa dilihat bahwa laju kristalisasi dari data 2

yang didefinisikan sebagai spherulite yang mengandung pengotor memiliki laju

kristalisasi yang paling besar. Ini bersesuaian dengan teori yang telah

dikemukakan di depan, bahwa adanya pengotor pada polimer akan mengakibatkan

turunnya energi interfacial dan energi bebas perintang, yaitu energi yang harus

dilewati untuk membentuk kristal, sesuai dengan persamaan 2.15 (Strobl,1999).

Dari data 3 juga dibuat grafik perubahan jari-jari spherulite PET terhadap waktu

yang merupakan hasil dari pengukuran keempat sisi spherulite pada ketebalan

370Å (tanpa zat pengotor) , yaitu :

48

y = 0.0291x + 1.0124

y = 0.0355x + 1.0873y = 0.0495x + 0.9569

y = 0.0475x + 1.0342

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0 2 4 6 8

waktu(s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

Gambar 4.5 Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET

tipis dengan ketebalan 370Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan tanpa zat pengotor

Pada spherulite dari lapisan PET tipis data 3 juga dibuat grafik jari-jari

terhadap waktu untuk mengetahui berapa laju pertumbuhannya. Di sini didapatkan

gradien garis tren m = 0,0291; 0,0485; 0,0475; 0,0355. Dari hasil tersebut

dirangkum dalam tabel 4.3 di bawah ini.

Tabel 4.3. Hasil penghitungan laju kristalisasi spherulite (yang didefinisikan sebagai spherulite PET yang tidak mengandung pengotor)

Serupa dengan hasil dari spherulite data 1 dan 2, bahwa laju kristalisasi

untuk spherulite data 3 tidak homogen, dengan persentase ketidak homogenannya

adalah sebagai berikut:

Sisi pengukuran

Laju kristalisasi

( mµ /s)

horizontal 0,0291

tegak 0,0485

miring kiri 0,0475

miring kanan 0,0355

49

1. 1857,04379,0

4379,05192,0=

−

2. 0336,04379,0

4379,04526,0=

−

3. 1470,04379,0

4379,05023,0=

−

Nilai heterogenitas rata-rata untuk spherulite data 3 adalah

1221,03

1470,00336,01857,0=

++

Sedangkan untuk data 1 juga dibandingkan dengan data 3. Persentase

perbedaan laju tumbuh spherulite pada data 1 dan 3 juga bisa dihitung dengan

cara serupa, yaitu :

%1,266%1001221,0325,0

=×

Ternyata untuk spherulite yang sama-sama didefinisikan bersih (yaitu

spherulite 1 dan 3) juga mempunyai selisih laju kristalisasi. Tetapi selisihnya bisa

dikatakan signifikan, yaitu 266,1% atau perbandingannya adalah 1 : 2,66. Hal ini

kemungkinan disebabkan karena kristalisasi PET pada data 1 mengalami

pertumbuhan optimalnya, sedangkan PET pada data 3 belum mengalami

pertumbuhan optimalnya, masih ada waktu untuk untuk tumbuh lagi.

Berikutnya dibandingkan juga laju kristalisasi spherulite pada data 2 (yang

didefinisikan mengandung pengotor) dengan spherulite pada data 1 (yang

didefinisikan tidak mengandung pengotor). Jika dibandingkan laju kristalisasi sisi

horizontal untuk spherulite 1 dan 2 maka diperoleh

50

%7,137%1003337,04697,0

=×

laju kristalisasi untuk spherulite yang didefinisikan mengandung pengotor di sini

adalah 137,7% lebih cepat dibandingkan dengan spherulite yang didefinisikan

tidak mengandung pengotor.

Dari perbandingan di atas dapat diambil kesimpulan sementara bahwa laju

kristalisasi spherulite lapisan tipis PET memang dipengaruhi oleh adanya

pengotor. Kecepatan kristalisasi oleh adanya pengotor ini disebabkan karena

keberadaan pengotor akan mengurangi energi interfacial dan energi bebas

peintang, sehingga energi laju kristalisasi lapisan tipis PET akan semakin besar.

Berbeda pada saat mengamati pada ketebalan 1380Å dan 860Å, pada

ketebalan tersebut spherulite yang mempunyai zat pengotor laju pertumbuhannya

terhimpit oleh spherulite lain sehingga laju kristalisasi akan berkurang atau

dengan kata lain terhambat. Hal tersebut akan lebih jelas pada Gambar di bawah :

Gambar 4.6 spherulite PET tipis pada ketebalan 860Å dan 1380Å pada temperatur 180˚C yang mengalami sentuhan antar spherulite sehingga memperlambat laju kristalisasi

Ketebalan 860Å Ketebalan 1380 Å

51

y = 0.0915x + 2.778

y = 0.0664x + 2.3614

y = 0.128x + 2.482y = 0.0728x + 2.8198

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

0 1 2 3 4 5

waktu (s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.2695x + 4.3064

y = 0.6078x + 3.9298

y = 0.5634x + 3.911y = 0.3553x + 4.3384

3.6

4.1

4.6

5.1

5.6

6.1

6.6

0 1 2 3 4 5

waktu (s)

jari

-jari

(um

)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

Gambaran secara grafik pada ketebalan 860Å tersebut memperlihatkan laju

pertumbuhan purity lebih besar daripada impurity.

Gambar 4.7 Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET

tipis dengan ketebalan 860Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan dengan zat pengotor

Gambar 4.8 Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET tipis dengan ketebalan 860Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan dengan tanpa zat pengotor

52

y = 0.091x + 1.8353y = 0.05x + 1.674

y = 0.1645x + 1.6765

y = 0.112x + 1.839

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

0 1 2 3

waktu(s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.6335x + 3.8042

y = 0.382x + 3.945y = 0.675x + 3.5937

y = 0.5315x + 4.0412

3.43.63.8

44.24.44.64.8

55.2

0 1 2 3

waktu(s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

Demikian juga untuk grafik pada ketebalan 1380Å memperlihatkan laju

kristalisasi pada keadaan impurity lebih kecil daripada keadaan purity.

Gambar 4.9 Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET tipis dengan ketebalan 1380Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan dengan zat pengotor

Gambar 4.10 Grafik laju pertumbuhan spherulite dari lapisan PET

tipis dengan ketebalan 1380Å pada suhu kristalisasi 180˚C pada keadaan tanpa zat pengotor

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN

Dalam penelitian tentang pengaruh ketidakmurnian pada lapisan tipis PET

yang mempunyai ketebalan yang bervariasi serta temperatur pada suhu

tertentu,diperoleh suatu hasil mengenai laju kristalisasi baik impurity maupun

purity dengan metode grafik. Dari hasil pengukuran objek untuk mendapatkan

data, pengolahan data dan kemudian analisis data yang dilakukan selama proses

penelitian maka dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:

1. Pada ketebalan 1500Å dan 370Å laju kristalisasi impurity lebih besar

daripada laju kristalisasi purity, karena spherulite impurity tumbuh tidak

terhalang spherulite lain.

2. Pada ketebalan 860Å dan 1380Å laju kristalisasi impurity lebih kecil dari

pada laju kristalisasi purity, karena spherulite impurity tumbuh terhalang

spherulite lain.

3. Perbedaan laju kristalisai antara setiap tekhnik pengukuran akan

mempengaruhi heterogenitas.

4. Untuk spherulite yang sama-sama didefinisikan bersih mempunyai selisih

laju kristalisasi.

53

54

5. Kecepatan kristalisasi oleh adanya pengotor ini disebabkan karena

keberadaan pengotor akan mengurangi energi interfacial dan energi bebas

perintang, sehingga energi laju kristalisasi lapisan tipis PET akan semakin

besar.

6. Pengukuran jari-jari lapisan tipis dengan menggunakan empat teknik yaitu

horizontal, tegak, miring kiri dan miring kanan akan mempunyai variasi

data yang berbeda-beda.

.

5.2 SARAN

Perlu dilakukan penelitian yang lebih mendalam tentang laju kristalisasi

lapisan tipis PET, karena masih banyak hal yang perlu diteliti dalam penelitian ini

antara lain:

1. Dalam proses pengukuran data, perlu dilakukan pengambilan data yang

sebanyak mungkin.

2. Perlu adanya penghitungan besaran fisis yang lain, yang mempengaruhi

laju kristalisasi sehingga analisis data lebih kompleks.

3. Penggunaan alat pengukur yang lain, selain program Corel Draw sehingga

ada variasi data dengan alat pengukur yang lain.

LAMPIRAN

I.Data Sekunder

• Kristalisasi lapisan PET tipis dengan ketebalan 370 Å pada temperatur

180oC.

(5s) (4s)

(0s) (1s)

(2s) (3s)

• Kristalisasi lapisan PET tipis dengan ketebalan 860Å pada temperatur 180

oC.

(6s)

(1s) (0s)

(2s) (3s)

(7s)

• Kristalisasi lapisan PET tipis dengan ketebalan 1380Å pada temperatur

180oC.

(4s)

(1s) (2s)

(3s)

• Kristalisasi lapisan PET tipis dengan ketebalan 1500Å pada temperatur

180oC.

(2s)

(0s) (1s)

(3s)

(4s) (5s)

II.Tabel data Tabel A

teknik pengukuran (jari-jari dalam mm) ketebalan keadaan waktu

horizontal tegak miring kiri

miring kanan

370Å impurity 0

1,11 1.053 1.153 1.068 1 1.169 1.186 1.208 1.216 2 1.185 1.202 1.239 1.322 3 1.186 1.219 1.251 1.334 4 1.203 1.234 1.275 1.346 5 1.236 1.253 1.299 1.354 6 1.277 1.278 1.305 1.366 7 1.329 1.284 1.372 1.382 purity 0 0,943 0,837 1,093 0,933 1 1.068 1,069 1,117 1,133 2 1.118 1,124 1,129 1,133 3 1.127 1,152 1,194 1,239 4 1.136 1,169 1,269 1,257 5 1.152 1,169 1,269 1,299 6 1.160 1,219 1,31 1,299 7 1.211 1,302 1,31 1,311 860Å impurity 0 2,739 2,323 2,829 2,502 1 2,897 2,48 2,878 2,622 2 2,994 2,495 2,978 2,687 3 3,06 2,556 3,02 2,852 4 3,115 2,617 3,122 3,027 purity 0 4,158 3,929 3,72 4,109 1 4,642 4,626 4,558 4,925 2 5,054 5,127 5,196 5,094 3 5,093 5,528 5,798 5,538 4 5,28 6,517 5,917 5,579 1380Å impurity 0 1,813 1,671 1,638 1,828 1 1,971 1,73 1,918 1,973 2 1,995 1,771 1,967 2,052 purity 0 3,71 3,845 3,433 3,9 1 4,626 4,527 4,59 4,855 2 4,977 4,609 4,783 4,963 1500Å impurity 0 4,747 5,08 5,562 5,033 1 5,453 6,029 5,691 5,397 2 6,184 6,543 6,535 6,029

3 6,75 7,217 7,453 6,866 4 6,958 7,841 7,71 7,27 5 7,019 8,26 8,004 7,934 purity 0 5,05 7,057 5,435 6,747 1 5,712 8,316 6,242 7,499 2 6,077 8,465 6,572 7,859 3 6,223 8,671 6,609 8,555 4 6,55 8,879 6,903 8,702 5 6,854 9,035 7,104 9,438

Tabel B

Ketebalan Keadaan Jari-jari hasil rata-rata dari 4 tekhnik pengukuran(μm)

Impurity

1,096 1,195 1,237 1,245 1,26 1,285 1,306 1,34

370Å

Purity

0,9515 1,096 1,126 1,129 1,21 1,222 1,247 1,283

Impurity

2,598 2,719 2,788 2,872 2,97

860Å

Purity

3,978 4,687 5,117 5,489 5,923

1380Å

Impurity

1,737 1,898 1,946

Purity

3,722 4,649 4,833

Impurity

4,097 5,642 6,322 7,071 7,292 7,804

1500Å

Purity

6,072 6,942 7,243 7,514 7,758 8,107

y = 0.0267x + 1.1184

y = 0.0265x + 1.1702y = 0.0267x + 1.1201

y = 0.0364x + 1.17121

1.051.1

1.151.2

1.251.3

1.351.4

0 2 4 6 8

waktu (t)

jari

-jari(

um)

horizontal

tegak

miring kiri

miring kanan

y = 0.0291x + 1.0124

y = 0.0355x + 1.0873y = 0.0495x + 0.9569

y = 0.0475x + 1.0342

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0 2 4 6 8

waktu(s)

jari

-jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.0915x + 2.778

y = 0.0664x + 2.3614

y = 0.128x + 2.482y = 0.0728x + 2.8198

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

0 1 2 3 4 5

waktu (s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

III.Grafik 1.Grafik laju kristalisasi pada pengukuran dengan 4 tekhnik pada variasi ketebalan tertentu a.Pada ketebalan 370Å (dengan zat pengotor) b.Pada ketebalan 370Å (tanpa zat pengotor) c.Pada ketebalan 860Å (dengan zat pengotor)

y = 0.2695x + 4.3064

y = 0.6078x + 3.9298

y = 0.5634x + 3.911y = 0.3553x + 4.3384

3.6

4.1

4.6

5.1

5.6

6.1

6.6

0 1 2 3 4 5

waktu (s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.091x + 1.8353y = 0.05x + 1.674

y = 0.1645x + 1.6765

y = 0.112x + 1.839

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

0 1 2 3

waktu(s)

jari

-jari

(um

)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.6335x + 3.8042

y = 0.382x + 3.945y = 0.675x + 3.5937

y = 0.5315x + 4.0412

3.43.63.8

44.24.44.64.8

55.2

0 1 2 3

waktu(s)

jari-

jari(

um)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

d.Pada ketebalan 860Å (tanpa zat pengotor) e.Pada ketebalan 1380Å (dengan zat pengotor) f. Pada ketebalan 1380Å (tanpa zat pengotor)

y = 0.4697x + 5.0108y = 0.6289x + 5.2562y = 0.5481x + 5.4555y = 0.5989x + 4.9243

4.6

5.1

5.6

6.1

6.6

7.1

7.6

8.1

0 1 2 3 4 5 6

waktu (s)

jari-

jari

(um

)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.3337x + 5.2434y = 0.3367x + 7.562

y = 0.2961x + 5.7371

y = 0.5074x + 6.8648

0123456789

10

0 2 4 6

waktu(s)

jari-

jari

(um

)

horizontaltegakmiring kirimiring kanan

y = 0.0288x + 1.1446y = 0.041x + 1.0145

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0 2 4 6 8

waktu (t)

jari

-jari

(um

) impuritypurity

g. Pada ketebalan 1500Å (dengan zat pengotor) h. Pada ketebalan 1500Å (tanpa zat pengotor) 2.Grafik laju kristalisasi berdasarkan jar-jari rata-rata dari ke empat tekhnik

a. Pada ketebalan 370Å

y = 0.1045x + 1.7558

y = 0.5555x + 3.8458

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3

waktu(s)

jari

-jari

(um

)

impuritypurity

y = 0.0897x + 2.61

y = 0.4692x + 4.1004

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

0 1 2 3 4 5

waktu (s)

jari-

jari(

um)

impuritypurity

y = 0.6924x + 4.6403

y = 0.3684x + 6.3517

3.54

4.55

5.56

6.57

7.58

8.5

0 1 2 3 4 5 6

waktu (s)

jari

-jari

(um

)

impurity

purity

b. Pada ketebalan 860Å

c. Pada ketebalan 1380Å

d. Pada ketebalan 1500Å