P~n~hhan dan P~ng~mbangan Aplikasi ls%p
dan Radi(l.rl, /999
ANALISIS SPEKTRUM INFRA MERAB BASIL KOPOLIMERISASI CANGKOK AKRILAMIDA PADA SERAT POLIPROPILEN DENGAN TEKNIK PRA-IRADIASI Gatot Trinlulyadi*, Endang AsijatiW**, Anik Swtami*, Isni Marlianti*, dan Kadariah* .Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BATAN ..FMIPA, UI
ABSTRAK ANA US IS SPEKTRUM INFRA MERAH HASIL KOPOLIMERISASI CANGKOK AKRILAMIDA PADA SERAT POLIPROPILEN DENGAN TEKNIK PRA-IRADIASL Telah dilakukan analisa spektrum infra merah basil kopolimerisasi cangkok akrilamida pada serat polipropilen, Proses pencangkokan dilakukan dengan metoda pra-iradiasi dalam atmosflr gas nitrogen, Parameter percobaan yang mempengaruhi kadar pencangkokan yaitu ternperatur dan larnanya waktu reaksi dengan seksarna dipelajari, Kamkter spektroskopi infra merah serat polipropilen asaI, akrilamida, dan serat polipropilen yang telah dicangkokan dipelajati menggunakan FTIR, Hasil percobaan menunjukan temperatur reaksi optimum 400 C dengan waktu reaksi selama 2 jam, Pengamatan spektrurn serapanFTIR dati serat YaJlgtelah diCaJlgkokmembuktikan telah terjadi pencangkokan gugus amida dengan munculya vibrasi ulur gugus karbonil (1700 -1600 cm,1 ) clan amma ( 3500 -3400 cm'l) dan menunumya intensitas vibrasi uIur gugus isopropil ( 1170 -1140 cm,1 ) dengan meningkatnya ka$r pencangkokan,
ABSTRACT INFRA RED ANALYSIS OF GRAFf COPOLYMERIZATION OF ACRYLA~E ONTO POLYPROPYLENE FIBERS BY PRE-IRADlATION TECHNIQUE. The infra red analysis of grafted acrylamideonto polypropylenefiber have beencaIriedout. The graft copolyrneryzationwasdone by pre-iradiation teclmiques in nitrogen atmosphere.III this experiment,the parameteraffected the degree of grafting such as temperaturean~reaCtiOn-i>efi"od have been~died. The characterizationof polypropylene,acrylamide,and grafted of polypropylenewereexaminedby FTIR. FromFTIR spectraof graftedfibers,the amide groupwere shown by the vibration of carbonyl(1700 -1600 cm.1)andamine(3500 -3400 cm-l)groups.The increasein the degreeof grafting followed by the decreaseof intensitystrectchingvibrntion of isopropylgroup(1170 -1140 cm-').
PENDAHULUAN
Proses pencangkokan pada radikal terjebak dapat dijabarkan sebagai berikut I
Metoda pra-iradiasi radikaJ terjebak di3Ilggap sebagai metoda yang efektif dalam proses kopolimer
Pada serat Polipropilen yang telah diiradiasi dalam kondisi atmosfir nitrogen ditambahkan larutan monomer sampai terendaJndan dijaga kondisinya bebas oksigen, sehingga larutan monomer tersebut akan berdifusi ke dalam sernt .Reaksi yang berlangsung pada proses pencangkokan dapat dinyatakan sebagai berikut :
cangkok dengaI1 keral1gka polimer polipropilen. Mengunakan metoda iJU efektifitas setiap monomer yang dicangkokan dapat dengan mudaJl dipelbandingkan. Oi samping itu laju pencaJ1gkokanke dalam substrat llanya bergantung pacta difusi monomer dan konsentrasi radik.11 dalam matrik polimer'.2. Keunggulan metoda rndikal terjebak dibandingkan dengan metoda simultan dan peroksida adalaJl: 1. Pembentukan homopolimer yang berlebihan dapat dikontrol dengan mengatur kondisi percobaan. Oengan demikian kemumian produk dan efisiensi proses pencal1gkokan lebih tinggi dibandingkan l13Sil yang diperoleh pactametoda simultan. 2. Pembentukan radikal peroksi.yang d.1pat menginisiasi terbentuknya homopolimer sepeni pada metoda peroksidasi dapat dihindari. selungga,tidak diperlukan penambaJlan garalu Ferro sebagai inllibitor homopilmerisasi. 3. Proses pencallgkokan lebih sederl1ana dan tidak diperlukan pernlatan pompa vakum sepeni pacta metoda simultan.
.Talmp inisiasiR. + M -RM8 (1) .Propagasi RM. + n M -RM8 n+1 (2) .Tcrrninasi RM. n+ RM .m -Kopolimer cangkok + polimer berikatan silang
(3)
Dengan berpegang pada mekanisme diatas maka taI\apan reaksi yang terjadi pada proses pencangkokan akrilamida pad.1 serat polipropilen diperkirakan sebagai berikut:
1. TaJlapinisiasi: CH) CH) I I -CH2- C. -+ CH2-CH-CONH2~ -CH2-C- + CH2-C.-CONH2
,H
(4)
285
PeneJitian
don Pengembangan
ApJikasi
Isa/op
don Radiasi.
J 999
daDdibiarkanbereaksiselarnarentangwaktu I, 2, dan 3
2. Tahap propagasi CONH2
CONH2
I
I
jam.
CONH2
I
CH2 = Co- CONH2 + n CH2 = CH ? CH2=C- { -CH2 -C }o n
I
(5)
H
3. Tahaptenninasi CH3 CONHz CONHz I I I -CHz- C. -+ CHz= C -{-CHz- C }.n ~ Kopolimercangkok
(6)
CONHz I
CHz = C.- CONHz + CHz=C- { -CHz -C }. n ~ Homopolimer I
(7)
Serat polipropilen yang telall dicangkok, kemudian dipisallkan dari larutan monomer dengan pencucian dengan air hangat untuk menghilangkan monomer dan homopolimeryang rnasihmenempel.Setelahitu direndam dalam air suling selama 24 jam, kemudian dibilas lagi denganair hangat.Prosespembersihandilanjutkandengan ekstraksi menggunakansoxklet dalam pelarut metanol selama24jam ternsmenerns.Setelahitu seratpolipropilen dibilas lagi dengan air suling, kemudian dikeringkan dalamovenvakumpactatemperatur500C selarna8jam.
H
Berdasarkanmekanisme reaksi di atas terlihat bahwa radikal terjebak pada serat polipropilen menginisiasi monomer akrilarnida sehingga terbentuk radikal monomer. Radikal monomer inilah, yang pada tahap propagasi dc:w terminasi akan menghasilkan kopolimercangkokdan homopolimer. Pada penelitian ini dilakukan modifikasi serat polipropilen dengan mencangkokan gugus amida mempergunakan teknik pra-radiasi radikal terjebak, variabelyang dipelajari adalallpengamhtemperaturreaksi terlmdap kadar pencangkokan. Hasil sebelmn dan sesudahpencangkokandianalisis dengan alat FrIR dan spektrmn yang dihasilkan dipelajari untuk mengetallui apakall pencaIlgkokaIl pada serat polipropilen telah terjadi.
CARA KERJA Bahan Polipropilen yang dipergill1akan berbentuk serat diperoleh dari PT Sungilindo laya Makmur, sebagai monomer digill1akaI1 akrilarnida p,a produk Merck daD pelarut yang dipergunakan adalah air: metanol = 9 : I
Pengujian Penentuankadar~ncangkokan. Kadar pencangkokan ditentukan berdasarkan perbedaan berat serat polipropilen setelall pencangkokandibandingkan serat polipropilenmula mula.Rumusyang digunakan: Kadarpencangkokan
={( W2 -WI)/
WI}
xIOO%
WI = berat serat polipropilen awal ( g) Wz = berat serat polipropilen setelah pencangkokan (g) Penfluiian Menflflunakan SoektrQfotometer }iT-
lB.. Serat sampel polipropilen dipotong halus sehingga diperoleh bobot sekitar 2 fig, kemudian dimasukkanke dalam tempat sampel dan selanjutnya dilakukan pengukuranserapanpadadaerahpanjanggelombanginfra merahdenganspektrofotometerFf -IR untuk mengetahui gugus- gugus fungsi yang terdapatpada sampel yang diperiksa.Pengujiandilakukanuntuk polipropilen asli daD polipropilen yang telah dicangkok dengan variasi kadar pencangkokan yangberbedabeda. BASIL DAN PEMBAHASAN
(v/v)
Pengaruhtemperatur daDwaktu reaksi pencangkokan
Prosedurpencangkokan
Hubunganantara waktu reaksi terhadap persen pencangkokan padaberbagaitemperaturdapatdilihat pada Gambar1.
Persiaoan sampel. Sebanyak0,6 -0,8 g serat polipropilen yang telah bersill dan kering dimasukan dalam aInpul dan ditutup. Untuk mengllindarikebocoran udara, pada setiap SaInbungandioleskan silicon grease. Selanjutnyake dalamampul yang berisi sampeldialirkan gas nitrogenyang telah dimurnikanselama2 jam. Proses iradiasi. Prosesiradiasi seratpolipropilen dilakukan dalam atmosfir nitrogen. Sampeldalmll ampul yang telall disiapkandi iradiasi dengaJlsinar galnmadari sumber Co-60, lradiator Panormna serbaguna,PAIRBAT AN, Pasar Jumat ,Jakarta. Dosis total yang dipergunakanpactapercobamlini adalall 20 kGy dengan laju dosis5,0 kGy/jam. Proses RencanJ!kokan.Pada serat polipropilen yang telah di iradiasi selanjutnya ditambahkanlarutan monomer akrilamida yang telall bebas oksigen dengan konsentrasi30 %. KemudiaIl CaIUpuranini dipanaskan dalampenangasair padatemperatur30, 40, 50, 60, 700C 286
z
~ 0 ~ u z < u
Z
1&1
D.. ~ <
a
~ PERIODA REAKSI ( JAM
Gambar1. Hubungan waktu reaksi dan temperatur terhadapkadarpencangkokan Kondisi:
Oasis 20 kay, metanol = 9 / I
Kadar akrilamida 30 %, dan pelarut
air/
Penelilian dan PengembanganAplikasi
Pada gambar tersebut terlihat bahwa kenaikan kadar pencangkokanlinier diperolehs3lnpaiwaktu reaksisekitar 2 jam padatemperaturdi alas 40 0C .Pada periodareaksi yang lebih lalna pada temperaturyang salna,berdasarkan pengarnatansecaravisual homopolimeryang terbentuk bertambah banyak sehingga kekentalan larutan meningkat, yang mengakibatkanmonomer sulit untuk berdifusi kepusataktif. Kenaikantemperaturreaksi di alas 500 C meningkatkan kadar pencangkokanyang tidak begitu besar,berdasarkanhal ini itu reaksi pencangkokan suhu40 0C adalallyangoptimal. Kenaikan temperatur reaksi akan meningkatkan mobilitas monomer dan mendorong pembentukan homopolimer sehingga kekentalan larutan meningkat, yang mengakibatkanmonomersulit untuk menuju pusat aktif. Pada temperatur rendah kenaikan waktu reaksi meningkatkankadar pencangkokan.Hal ini berarti pada temperatllf tinggi reaksi reaksi antara radikal radikal monomer (7) lebih dominan dari reaksi pencangkokan monomer (6). Sebagaimanaditunjukan oleh Gambar 1. kadar pencangkokanbertamballdengan kenaikan waktu lamanyareaksi pc'ldasetiaptemperaturreaksi.Padawaktu lanla reaksi diatas 2 jam kenaik3l1kad.:'1f pencangkokan tidak terlalu besar. Hal ini menunjukanbahwa deng.'ln bertambalmyalamanyawaktu reaksi lnaka homopolimer yang terbentukakan lebih banyak.Dari basil pengatnatan terlillat denganlnakin lam3l1yawaktu reaksilnaka larutan media akan semakin kental, yang menandakan homopolimer terbentuk lebih banyak. Dengan Inc'lkin kentalnya larutan mengakibatkaIllaju difusi monomer makin kecil sehingaefisiensipencangkokan juga menjadi lebih kecil . Spektroskopi infra merah Untuk mengetalluiterjadinyapencangkokan pacta serat polipropiJen dilakukan pengujian sifat serapan gelombang infra merah dengan FrIR. Pengukuran dilakukan pacta Sc'lmpelpolipropilen asal yang tid.'lk diradiasi, pad.:'ltanakrilmnida d.'lO polipropilen yang dicangkokan dengan akrilamida dengan kadar pencangkokan56 %, 164%,dan 240 %.
IsOIOp don Radiasi, 1999
Adanya gugus tak jenuh ditunjukan dalam serat polipropilen asal pada bilangan gelombang 1635 cm-1 yang menunjukanvibrasi ulur gugus vinil ( C=C strech. vib ; 1660-1580), ini menandakanrnasihadanyaikatan takjenuh pada rantai polipropilenyang dapatberasal dari sisasisamonomerpolipropilenpadasaatpembuatan.. Polipropilen dapat dikelompokan menjadi isotaktik, ataktik, dan sindiotaktik. Ketiga jenis polipropilenemempunyaipita serapanyang hampir sarna, tetapi masih dapat dibedakan satu sarna lainnya. Pada Gambar2 di daerahsidikjari padapita serapan999,1 dan 975 cm-Jberupapita doubletdenganintensitasyang kuat, yang merupakanpetunjukkhasdari polipropilen. isotaktik
Garnbar2. Spektmm infra rnerall serat polipropilen sebelurndiradiasi
Spektrum serapaninfra merah dari akrilamida Spektrum serapan m untuk akrilamida dapat dililtat padaGambar3.
Spektrum serapan infra merah polipropilen asal Spektnun serapaninfra merah polipropilen asli ditunjukanpada Gambar2. Pada gambarspektrumdapat dililmt adanya pita khas hidrokarbonyaitu bentukpuncak serapan yang sangat tinggi pada 2970,2 cm-1 yang menunjukanpita serapanvibrasi uIur gugusmetil (- CH3 strech.vib ; 2975 -2950 ), Sed3Jlgkan pita serapangugus metilen terletak disebelah kanannya pada bilangan gelombang2912,3 cm-! (-CHz -strech. vib ; 2940 2915). Pita serapall vibrasi tekuk gugus metil yang tajam dapat dilihatpada bilangan gelombang 1373,2 cm-1 (cCH3 deCor. vibr ; 1385 -1370), sedangkan wltuk gugus metilen pada 1458,1 cm-) (-CH2 -deCor. vib; 14801440 ). Pita serapan yang kl~lS dengan intensitas kuat daTi spektruln polipropilen terdapat pada daerall 1170 1140 cm-! yang menunjuk.:1n adc1nya gugtlS isopropil.
Gambar 3. Spektrum infra merah padatan 'i'.krilamida
287
Pene/itiandan Pengembangan Ap/ikasi lsotop donRadiasi. /999
Pada gmnbar dapat dilihat pita serapan Wltuk vibrasi ulur ikatan tak jenuh -C=Cpada bilangan gelombang 1627 cm:1 (-C=C-, strech.vib ;1660 -1780 cm-1) , yang berarti adanya ikatan tak jenuh pada monomer. Ada gugus fungsi amida dari senyawa ini ditunjukan oleh adanya dua serapan disekitar daerall panjang gelombang 1700 -1600 cm-1 yang berhubungan dengan vibrasdi ulur gugus karbonil (v( C=O) dan vibrasi tekuk gugus alnida (8(N-H) yang pada umulnnya dinyatakan sebagai amida I dan amida II. Alnida I adalall vibrasi ulur gugus karbonil dan karaktemya, sedangkan arnida II merupakan basil interaksi penggabungan yang kuat antara vibrasi tekuk mnina (8 (N-H) ) dan vibrasi ulur Carbon dan Nitrogen (v (C-N». Pada Gambar 3. pita arnida I ditunjukan pada serapan 1697 cm-1 dan arnida II pacta 1843 cm-l. Untuk pita serapan vibrasi ulur gugus amina (v ( N-H) ) yang berada pacta daerall serapan sekitar 3500 -3300 cm-1 pada gambar tersebut ditunjukan dengan serapanpada 3396 cm-1.
Gambar 5. Spektnnn infra merah PP- g- AAm
-164 %
Spektrum serapaninfra merah PP-g-AAm SpektnllD infra merall untuk PP-g-AAm dengan kadar pencangkokan 56 0/0,164 %, dan 240 % dapat dilihc1t pada Gambar 4, 5, dan 6. Pita serapan yang ditampilkan memiliki persamaan daD perbedaan dalam posisi bilangan gelombang serta intensitasnya hila dibandingkan dengan polipropilen aSc11. Posisi pita pita serapan yang khas polipropilen, seperti metil ( 2975 -2950 cm-1 ), metilen ( 2940 -2915 cm-1 rnasih terlihat. Hal ini menunjukan sifat serat PP asal masih ada. Perbedaan yang nyata ditunjukan munculnya pita serapan vibrasi ulur gugus alnina (v (N-H» pada daeralt serapan3500 -3400 cm -I yang tajam dan melebar. Selain itu dapat diarnati adanya pita serapan vibrasi ulur gugus karbonil (v(C=O» pada daerall1700 -1600 cm -I dengan intensitas yang meningkat dengan meningkaUlya kadar
Gatnbar 6. Spektruln infra merah PP -g- AAm -240 %
pencangkokan.
lntensitaspita serapangugus karbonil yang makin besar menunjukankadar pencangkokanmonomer akrilamoda yang lnakin besarpula. Analisis pita serapangugus metil dan isopropil pacta PP-g-AAmcukup menarik.Pada seratpolipropilen yang belum dicangkokan( asal) serapangugus metil muncul pada daerah serapan2970 -2930 cm -I yang
Gambar 4. SpektruIn infra merall PP- g- AAm
288
-56 %
merupakanvibrasi ulur (v(C-H) ) gugus metil dan metilen. Untuk vibrasi tekuk(8(C-H» munculpadadaerahserapan 1373 dan 1458 cm-J dan untuk serapangugus isopropil munculpadadaerall1170-1140 cm . Untuk polipropilen yang telah dicangkokan denganakrilamidaserapangugusmetil (2970-2920 cm-l) berkurangdenganmakin tingginya kadar pencangkokan. demikianpula intensitasgugus isopropil menurundengan makintingginyakadarpencangkokan.Hal ini disebabkan karena terjadinya pemutusan ikatan C-H dari isopropil akibat dc'lriradiasi dan fragmentasisenyawainduk yaitu pemutusanikatanC-C.
Peneliliandon Pengembangan Ap/ikasi Isotop donRadiasi. /999
KESIMPULAN Berdasarkan basil percobaan ini dapat disimpulkanbahwapadaprosespenCaIlgkokan akrilamida pada sernt polipropilen temperntur reaksi yang optimum adalah400C denganwaktu reaksiselalna2jam. Kenaikan temperatur daD lamanya reaksi penCangkOkaIl hanya menyebabkankenaikan kadar pencangkokanyang tidak terlalubesar. Hasil analisis spektmm sernpan FfIR membuktikan telah terjadi pencangkokan monomer akrilamidapada serntpolipropilen denganmunculnyapita sernpanvibarasi ulur gugus karbonil dan vibrnsi tekuk gugusamina yang intensitasnya naik dan semakintajam, sertamenurunnya intensitasvibrnsi ulur gugus isopropil denganbertambalmyakadarpencangkokan.
DAFTARPUSTAKA 1 Chapiro, A.,Radiation Chemistryofpo/imeric System.
New York: Willey-Interscience,(1962).
2. Charlesby,Atomic Radiation and Polymer. Pergamon press,(1960). 3. Spinks J.W. and Woods R.j., An Introduction to Radiation Chemistry. 2 nd Edition, John Wileyu and Son, New York, (1976). 4. Et.Sayed., Hegazy., Maher., Et.Dessouky., and EI.Shambasy.,1986. Some Investigation on the Post radiation Graftiung of Acrylamide Onto PolyethyleneFilms. Radiat.Phys.Chern. Vol, 127, No.5, pp. 323-328.,(1986). 5. Mehta. K., Sunil Kumar., Chauhan.,and Misra. B. N., Grafting onto Isotactic PolypropeleneIII. Joornal of Applied Polymer Science,Vol. 41, 1171-1181 (1990). 6. Sundardi.F., Graf Copolimerization of Hydrophylic Monomersonto Irradiated Polypropylene Fibers. Journal of Applied Polymer Science,Vol. 22, pp 3163-3176,(1978).
DISKUSI PRATIWI SAPTO
ZAINUDDIN
Si!mn. Istilah pra iradiasibukan teljemahanyang baik dari "pre-irradiated". Bila temperatur dan lama reaksi divariasi seyogyanya dituIiskannilainya. Apa rnaksud: karaktersvektroskoQi IR. Mungkin : karakterspektrumIR ? Simpulan: membuktikantelah teljadi pencangkokan ,~ ~ denganjudul : aJilllisis spektnunIR dst.
1. a. Kenapaterjadi lanjutan derajat pencangkokandari temperntur30 ke 40°C, sedangkanpada suhuyang lebih tinggi (> 40°C)tidak terjadi ? b. Apakah hat tersebuttidak ada kaitannya dengan energiaktivasi? 2. ApakahAnda membuktikankalau pencangkokanyang terjadi secara kimia atau fisis, bagaimana Anda membuktikanataumembedakankeduanya?
GATOTT.R. "Pre-irradiated" ~ Pm iradiasi, karenaini wnum yang telall digunakan. Ada padalampiranpenelitianpadajudulbeda. ya, benar.Karenajudul anaIisisartinya sangatluas,akan sayaperbaiki. DADANG SUDRAJAT
GATOTTR. 1. a. Temperaturmenaikanmobilitas monomer, reaksi lebih tepat 2 b. > 40°C reaksi terbentuknyahomo polimer lebih dominan sebagai larutan lebih kental mengakibatkanmonomersulit untuk menuju pusat akhir. 3. Tidak, disini hanya membuktikanpencangkokantelah terjadi atau tidak, bentuk pencangkokan tidak dianalisa.
Apakall perbedaaIlkopolimer congkok dengan metodegrafting?
GATOTT.R. Salnasaja,grafting = kopolimercangkok. Metodepencangkokan: metodesimulasi,peroksidasi,dan pra iradiasiradikal terjebak.
289
