"'(I.fidi'l{!
Pertemuan //m;ah Sa;ns Mater; /997
/SSN /4/0 -2897
KARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER STlRENA FORMALDEHID SECARA FTIR1 Ditta Mutiara2, M. Muhidin2 dan Aniek S. Handayanr
ABSTRAK KARAKTERISASI
HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER STIRENA FORMALDEHID SECARA FTIR. Blok kopolimer stirena formaldehid diperoleh melalui kopolimerisasi anionik menggunakan inisiator logam natrium naftalen dalam pelarut tetrahidrofuran. Reaksi polimerisasi dilangsungkan dalam reaktor batch dalam rasa homogen dan lingkungan nitrogen pada tekanan atmosfir dengan kondisi suhu operasi -20"C dan konsentrasi monomer stirena berbanding konsentrasi monomer formaldehid pada rentang 0.1-0.5. Penelitian diarahkan untuk membentuk blok kopolimer stirena formaldehid dengan struktur BAB (A adalah blok polimer stirena dan B blok polimer formaldehid). Penentuan struktur dilakukan dengan menggunakan metoda spektrofotometri FfIR (Fourier Transform Infra Red). Terbentuknya blok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat dari analisa FTIR, yang ditunjukkan oleh adanya puncakpuncak yang berasal dari ikatan H-C- pada rentang 2800 -2000 cm.' dan 5 00-450 cm-1 , ikatan \ I H II
C=C
0 I \ pada rentang 750-697 cm-1 dan ikatan C-H berada pada rentang 1500-1350 cm-l. Kandungan mikrostruktur blok B, terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, mikrostruktur blok A terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadap formaldehid 0.3 dan mikrostruktur B2 terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadap formaldehid 02. Selain mikrostruktur dan kandungan mikrostruktur, parameter lain yang diuji adalah berat molekul dan persentaseyield. Berat molekul kopolimer terbesar diperoleh pada perbandingan monomer stirena terhadap monomer formaldehid 0.5 yaitu sebesar 54.876.91521 gr/grmol. Persentase yield terbesar diperoleh pada perbandingan monomer stirena terhadap formaldehid 0.5 yaitu sebesar 87%. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa hasil maksimum diperoleh pada perbandingan monomer stirena dan formaldehid sebesar 0.5. Dari hasil percobaan terlihat bahwa parameter yang terukur sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, meskipun uji lanjut masih perlu dilakukan.
ABSTRACT RESULT
OF CARACTERISTIC OF SYNTHESIS BLOCK COPOLIMER STYRENE FORMALDEHID BY FTIR.
Block copolymer styrene formaldehyde is synthesied through anionic copolymerization by sodium naftalen inisiator in tetrahidrofuran solvent. Polymerization is performed directly in homogen phase of nitrogen atmosferin normal pressure, operation tempherature -20"C and the ratio concentration styrene monomer is proportional to formaldehyde monomer in the range of 0.1-0.5. Research was directed for synthesis of block copolymer styrene formaldehyde with BAB structure (A is styrene block polymer and B is formaldehyde block polymer) Determination of form block copolymer styrene formaldehyde structure was done by FfIR analysis (Fourier Transform Infra Red). It was shown by peaks from bond H-C- in range 2800-2000 cm.1 and 500-450.1, bond \ I in range 750 -679 cm.1 and bond C-H
in range 500 -450".
II
C -C
0
I
\
The biggest content of microstructure block B1 is reached ror ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.5. tile biggest microstructure block A reach for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.3, the biggest microstructure block B2 is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.2. Excepted microstructure and microstructure content, the other result are moleculer weight and percentage of yield. The biggest molekuler weight of copolymer styrene formaldehyde reach for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer of 0.5 was 54.876.915,21 gr/grmol. The biggest percentage yield of copolymer styrene formaldehyde is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.5 was 87%. The result of analysis conclude that maximum result is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer of 0.5. The research notes that the parameter are suitable with the spesification, althought through further test still need to be done. KEY WORD
Block Copolymer,Styrene,Formaldehid
stabilitas
tennal
yang
tinggi
sehingga
tidak
menyebabkan perubahan struktur selama proses
PENDAHULUAN
pencetakan. Blok kopolimer stirena fonnaldehid bersifat fleksibel dan elastis, namun tetap keras dan Blok kopolimer stirena formaldehid kuat. Selain itu pula jika diproses secara molding merupakan polimer yang terdiri daTi dua monomer lebih efisien (mold shrinkage = 0.033) dibandingkan sebagai bahan baku pada industri komponen listrik, dengan homopolimer fonnaldehid dan random film, fiber clan pelapisan. Selain itu pula blok kopolimer stirena formaldehid merupakan bahan kopolimer stirena fonnaldehid. Ditinjau dari penelitian yang dilakukan oleh baku pembuatan asetal resin. Szwarc pemilihan inisiator menentukan mikrostruktur Blok kopolimer stirena formaldehid menghasilkan distribusi aliran yang merata clan kopolimer, karena inisiator dapat mengaktitkan ujung I Dipresentasikanp~aPertemuanIlmiah sains Materi 1997 21nstitutTeknologiIndonesia 180
rantai monomer. Dengan menggunakan inisiator logam alkali kompleks seperti natrium naftalen dihasilkan blok kopolimer dengan struktur BAB, dimana B merupakan blok poliformaldehid daD A merupakan blok polistirena. panjang dari blok polistirena (A) tergantung pada jumlah rantai yang berikatan selama tahap polimerisasi formaldehid [ 1 ]. Pada penelitlan ini dipilih polimerisasi dengan sistem tarutao. Keuntungan dari sistem ini adalah pengontrolan reaksinya lebih mudah clan polimerisasi yang dilakukan mempunyai rasa yang homogen. Pada metode polimerisasi anionik dibutuhkan pelarut untuk melarutkan kedua monomer. Walaupun demikian metode ini lebih menguntungkan secara kualitatif karena produk yang dihasilkan lebih homogen. Pelarut mempengaruhi struktur polimer daD produk yang dihasilkan [ 1 ]. Pada pembuatan blok kopolimer stirena formaldehid
tinggi clan tanpa kehadiran reaksi samping selama polimerisasi. Panjang rantai blok clan struktur dari blok kopolimer dipengaruhi oleh konsentrasi monomer-monomer clan konsentrasi inisiator [I]. lnisiator yang dapat digunakan pada anionik blok kopolimer diantaranya adalah inisiator organo alkali kompleks clan organo alkali. Kedua jenis inisiator ini menghasilkan rasa yang homogen clan sangat aktif menyerang anion organik pada species monomer. Reaksi cepat clan kehadiran komponen dengan atom hidrogen yang aktif tanpa perpindahan rantai atau terminasi [2]. Ada empat metode yang dapat digunakan pada pembuatan blok kopolimer BAB [ 3 ], yaitu : a. Proses tiga tahap dengan menggunakan inisiator
menggunakan pelarut polar seperti tetrahidrofuran, karena dengan menggunakan pelarut non polar dapat menghentikan proses polimerisasi blok kopolimer stirena formaldehid [4].
Berdasarkan
basil
perumusan
masalah
b.
diatas, penelitian ini ditujukan untuk memperoleh blok kopolimer stirena formaldehid dengan mikrostruktur BAB, dimana A adalah blok kopolimer stirena clan B adalah blok kopolimer formaldehid dengan berat molekul besar clan persentase yield yang
difungsional.lnisiator yang digunakan pada proses ini adalah dialkali kompleks contohnya natrium naftalen atau dilithium kompleks clan pelarut tetrahidrofuran. Tahap pertama pada proses ini adalah inisiasi monomer A, sehingga membentuk blok A dengan dua ujung aktif yang merupakan pusat dari blok kopolimer. Tahap
tinggi. Variabel-variabel perbandingan
monomer
konsentrasi
formaldehid
yang dipelajari adalah monomer stirena terhadap terhadap
molekul atau panjang formaldehid.
kedua adalah propagasidua blok B oleh dua
mikrostruktur,
kandunganmikrostmktur, persentaseyield, ran tai blok kopolimer
berat stirena
c.
Kopolimer adalah polimer yang terbentuk lebih dari satu jenis monomer. Struktur kopolimer cukup bervariasi dipengaruhi oleh metode polimerisasinya. Beberapa perubahan pada struktur daD sifat polimer dapat mempengaruhi terbentuknya blok atau graft kopolimer. Hal yang terpenting dari jenis kopolimer blok atau graft adalah struktur rantai, dimana secara normal dapat digabungkan melalui ikatan kimia [ 2 ].
d.
TEORI
Mekanisme anionik salah satu cara untuk membentuk blok koplimer, karena sistem ini mempunyai atom C yang lebih elektronegatif yang berikatan dengan logam alkali yang bermuatan positif, kemudian secara aktif mengadisi monomer. lnisiator organo alkali kompleks digunakan untuk membentuk blok kopolimer pada rasa homogen. Blok kopolimer yang balk mempunyai kemumian yang
1.81.
monofungsional. Tahap pertama proses ini adalah pembentukan blok polimer B menggunakan inisiator n-butyl lithium dalam pelarut benzena. Tahap kedua adalah tahap perpanjangan rantai dengan polimerisasi monomer A. Tahap ketiga adalah adisi kembali monomer B kemudian blok diterminasi. Proses dua tahap dengan menggunakan inisiator
ujung aktif dari pusat blok kopolimer. Setelah itu blok kopolimer diterminasi Proses dengan menggunakan inisiator monofungsional dan coupling agent Monomer B dipolimerisasi secara terpisah dengan monomer A. Kemudian kedua rantai digabungkan sehingga membentuk ABBA blok copolimer. Metode ini digunakan untuk menghasilkan blok kopolimer dengan ujung rantai asetat menggunakan inisiator n-buthyl lithium dan pelarut xylena. Terminasi dilakukan dengan penambahan gugus asetat. Proses dua tahap menduplikasikan copolimer. Penambahan monomer B pertama pada sistem hidrokarbon organo lithium menghasilkan blok
homopolimer B.
Tahap kedua campuran
monomer B clan monomer A ditambahkan blok homopolimer B clan diikuti pemumian jung monomer B yang kedua. MekaDisme
Reaksi daD KiDetika
pada oleh
Kopolimerisasi
Mekanisme reaksi pembentukan blok kopolimer stirena formaldehid meliputi tahap reaksi inisiasi, propagasi dan terminasi, mengikuti reaksi sebagai bt:iikut:
Tahap inisiasi -[---CH2O-)m -CH2O-) -~a Na +
Na+
00 Na+ 00
Padatahaptenninasidipilih metanolsebagai penghentireaksi,karenametanolmemiliki sifat yang mudahlamt daDkecepatanmentenninasiyang tinggi dibandingudara.
~ CXJ -+ CH=CH2
Tahap terminasi
Na+-[---CH-CH2}+ 00
0 Padasistempolimerisasiini, monomerradikal anion mempropagasi pada kedua ujung rantai aktif. Biasanya,radikal anion menjadidimer melaluiujung bebasyang membentukdianion.
0
0
0
-[--CH2-0-]m-CH2-D-] H + 2CH3CONa
2 Na+-[;...cH-CH2]
0
CARA KEItJA
Na[ -CH-CH2-CH2-CH-}Na
0
-[..-:-.cH2-O---]m-CH2-0-]~a + 2CH30H H[-CH -CH2~[-CH -CH2- ]n-CH2-CH~
0
Setelah tahap ini terjadi , ujung-ujung aktif mulai memperpanjang rantai melalui reaksi propagasi daD membentuk blok kopolimer stirena.
Tahap propagasi
Cara kerja dibagi menjadi empat tahap yaitu : 1. Merancang alat seperti pactagambar 1. 2. Persiapan percobaan , dilakukan setiap kali akan melakukan percobaan. 3, Pembuataninisiator. lnisiator dibuat dalam Reaktor inisiasi (1) dengan mereaksikan logam natrium, naftalen dalam pelarut tetrahidrofuran. Pacta kondisi 60°C dan tekanan atmosfer, serta kondisi inert nitrogen. Percobaanpolimerisasi, untuk pengambilan data. Percobaan polimerisasi dilakukan dalam reaktor polimerisasi (17) pactakondisi operasi -20°C dan tekanan atmosfer selama 4 jam ( 2 jam waktu polimerisasi blok stirena dan 2 jam waktu polimerisasi blok formaldehid ) 5. Analisa mikrostruktur dengan FTIR 6. Analisa berat molekul dengan alat viskosimetri oswald (C=O.OO1316) dengan pelarut toluen pacta kondisi 27-30oC. 7. Analisa yield dengan piknometer
4.
Na+.[.--cH-CH2-[-CH-CH2]n~CH2-CH-r~a
0 0
0
Penambahanformaldehid menyebabkan blok polimer stirena memperpanjang rantai dengan mengikat gugus formaldehid sehingga terbentuk blok kopolimer stirena formaldehid.
DATA EKSPERIMEN * Perbandingan Mstirena/Mformaldehid * Volume inisiator Na-Naftalen * Volume terminator metanol * Temperatur * Waktu polimerisasi
182
= 0.1-0.5 =20ml = 10ml
= 20oC = 4 jam
.. -~ .-,-,-
HASIL DAN PEMBAHASAN
...
Penelitian diarahkan untuk meerrninator mbentuk blok kopolimer dengan struktur BAB ( A adalah blok polimer stirena daD B adalah blok polimer forrnaldehid). Terbentuknya blok kopolimer stirena forrnaldehid dapat dilihat daTi analisa FTIR,
"1
j ~
~~i
"1
yang ditunjukan oleh adanya puncak-puncakyang berasal daTi ikatan H-C- pactarentang 2800-2000 cm0
'I. ;
dan 500-450cm-1, ikatan \
/ H pactarentang
-i1»
-.-. -.
'1---'-
C=C / \ 750-697 cm-) daD ikatan C-H berada pada rentang 1500-1350 cm-I,
I ..
I(
-,"
r~
I J
J j\~
~.
;
~
f"1\ i~{)
..~
"1~ 1 JVi !
v
I
j
", ' I
- -
1\J
i~
-
~-.,~
----.
..+~~
--
:\1 '-:-~
-.
KM~
Gambar I. FTIR untuk perbandingan konsentrasi AI konsentrasi B ~ 0.1
...
::~ -'-
"..,,1
~
Gambar4. FfIR untukperbandingankonsentrasiN konsentrasiB = 0
)\V ""111V
-"---'--r
Menghitung kandungan mikrostruktur adalah dengan menggunakan tinggi puncak padagambar FTIR yang merupakan nilai absorbansi. Nilai absorbansi ini dikonversi ke % transimitan dimana nilai absorbansi merupakan kebalikan % transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakan fraksi dari % transmitan.
'"
0.0.+-,"
-. ..-
~
.:f
:
I
.-.
I
! i\
:I
-
~--,-'
Gambar3. FfIR untukperbandingankonsentrasiN konsentrasiB = 0.3
' ~.
: I'
! ;\ ~ 'I .'; Ii / ' :' I
-r
-.
~
... -.
~
~
~
Gambar2 FTIRuntuk perbandingankonsentrasiN konsentrasiB = 0.2
183
Tabel3. !/~I~
--;;-
.I (j)
'
Hasil Analisa % Yield Blok Kopolimer Stirena Formaldehid
.'
, '.rrJ
-
~\
;.j'j)
"-..
..~--\I. .,.,
-.
I' i I
if'., r;
'
,
/
CD, ,',
ii i 't'
-.
-,--"
.11 'V " :; 11 ~ ., r "
!''. /1;:'"!
Ii \
-. ----.,
\.v
I
KESIMPULAN
r-,-
"'::..
Puncak-puncakyang menunjukan kebera-
Gambar 5 FTIR untUk perbandingan konsentrasi A / konsentrasi B = 0.5
daan blok kopolimer stirena formaldehid pada peta FTIR, yaitu puncak yang menunjukan ikatan H-CII P Kandungan mikrostruktur blok B1 terbesar 0 dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasi pada rentang 2800 -2000 cm-1 dan 500 -450 cm-l, ikatan \ / pada rentang 750 -697 cm-1 dan monomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok A c-c terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi / \ monomer stirena terhadap formaldehid 0.3. ikatan C-Hberada pada rentang 1500-1350 cm-l. kandungan mikrostruktur daTi blok kopolimer stirena Kandungan mikrostruktur blok B1 terbesar formaldehid dapat dilihat daTilabel berikut : dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasi Tabel I. Hasil Analisa Kandungan Mikrostruktur Blok monomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok A Kopolimer Stirena Formaldehid
terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi
Pengaruh perbandingan konsentrasi monomer A berbanding konsentrasi berikut monomer B terhadap blok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat dari
tabel2. Menghitung kandungan mikrostruktur adalah dengan menggunakan tinggi puncak padagambar FTIR yang merupakan ni!ai absorbansi. Nilai absorbansi ini dikonversi ke %transimitan
dimana nilai absorbansi merupakan kebalikan % transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakan fraksi dari % transmitan. Tabel2. HasilAnalisa BeratMolekul Blok Kopolimer StirenaFormaldehid
monomer stirena terhadap formaldehid 0.3. Kenaikan dari rasio konsentrasi monomer A berbanding konsentrasi monomer B berbanding lurus dengan kenaikan berat molekul blok kopolimer stirena formaldehid Rasio konsentrasi monomer A terhadap monomer B berbanding lurus dengan % yield dari blok kopolimer stirena formaldehid yang dihasilkan. Dari label diatas dapat dilihat bahwa blok yang BAB terbentuk mempunyai panjang blok A yang lebih kecil dibandingkan blok B.
DAFTARPUSTAKA [1] MORTON, M., Anionic Polymerization Principles and Practice, Academic Press, AcademicPress,New York, (1983). [2] KEN NORO et. all, Anionic Polimerization of Aldehydes,Japan,(1964),35-55. [3] W.E. SMITH et. all, Block Copoymerizationof Formaldehyde,USA, (1966),1659-1671. [4] STEPHEN, L. ROSEN., Fundamental Principles of Polymeric Materials, John Wiley &
Sons,New York, (1982).
184
LAMPIRAN
Merancamg Peralatan Percobaan Rangkaian alat yang digunakan untuk oercobaan terdiri dari satu reaktor inisiasi dan satu reaktor polimerisasi, rangkaian alai tersebut dapat dilihat pada gambar di atas. Keterangan gambar:
I. 2. 3.
Reaktorinisiasi Magnetikstirer Tennometer
I I. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
4. Kondensor 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Penampunginisiator Propitet Elektromantel Meja penyangga Botol trap gas keluar Botol trap gasuntukvakum
185
Pompa vakum Botol berisi parafin Botol berisi silika gel Tabung nitrogen Pengaduk listrik Labu pengumpan Reaktor Polimerisasi Waterbath berisi nitrogen daD metanol Pendingin (es dan air es) sambunganlubang termometer
