Pembentukan Poliblend antara Polistiren dengan Kitosan serta Karakterisasinya
SKRIPSI
Fitriana Rahmawati NIM 10503056
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
Pembentukan Poliblend antara Polistiren dengan Kitosan serta Karakterisasinya (Preparation of Polyblend Polystyrene with Chitosan and Its Characterization)
SKRIPSI
Fitriana Rahmawati NIM 10503056
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
Abstract Polystyrene is one of the synthetic polymers that is widely used, especially as plastics. The inability of microorganism to degrade polystyrene in nature, makes it one of the source of plastic waste. Modification of polystyrene could be done by mixing it with natural polymer, to obtain polystyrene with different characteristics. In this research, preparation of polyblend was done between polystyrene and chitosan using mechanical blending method. The addition of nitrated polystyrene into the polyblend was aimed to increased the compatibility of the two polymers. Functional group analysis showed the interaction that occurs is physical interaction. Addition of nitrated polystyrene increases the compatibility of the two polymers, so polyblends becomes more homogeneous. Thermal and surface analysis showed that polyblends are more homogeneous with the increase of chitosan. Degree of cristallinity as well as mechanical properties, such as: stress(σ); strain(ε); and Modulus Young (E), increased as the composition of chitosan increases. However, mechanical properties of the polyblend decreases compared to that of pure polystyrene. The addition of chitosan into polyblend, resulted in a significant change to the characteristics of polystyrene.
ii
Abstrak Polistiren merupakan salah satu jenis polimer sintetik yang luas penggunaannya, terutama sebagai bahan plastik. Ketidakmampuan mikroorganisme untuk menguraikan polistiren di alam, menjadikannya sebagai sumber sampah plastik. Modifikasi terhadap polistiren dapat dilakukan melalui pencampuran dengan polimer alam agar dihasilkan polistiren dengan karakteristik yang berbeda. Pada penelitian ini, telah dilakukan pembentukan poliblend antara polistiren dengan kitosan melalui metode blending secara mekanik. Polistiren ternitrasi ditambahkan ke dalam poliblend dengan tujuan untuk meningkatkan kompatibilitas antar kedua polimer. Analisis gugus fungsi menunjukkan interaksi yang terjadi pada poliblend merupakan interaksi secara fisik. Penambahan polistiren ternitrasi meningkatkan kompatibilitas antara kedua polimer,sehingga poliblend yang terbentuk lebih homogen. Analisis termal dan analisis permukaan menunjukkan poliblend yang dihasilkan cenderung lebih homogen dengan meningkatnya komposisi kitosan. Derajat kristalinitas serta sifat mekanik, seperti: kekuatan tarik (σ); regangan (ε); dan Modulus Young (E), meningkat dengan bertambahnya komposisi kitosan. Akan tetapi, terjadi penurunan sifat mekanik dibandingkan polistiren murni. Penambahan kitosan dalam poliblend menghasilkan perubahan yang signifikan terhadap karakteristik dari polistiren.
iii
Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Menerangkan bahwa Skripsi yang disusun oleh : Nama : Fitriana Rahmawati NIM
: 10503056
telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Kimia
Pada tanggal ……………………
Pembimbing
Dr. I Made Arcana
iv
Aku…. Hidup dalam keterbatasan Duniaku… Luas tanpa batas Dalam keterbatasanku… Kuingin melakukan sesuatu yang tak terbatas Telah kulakukan semua Yang terbaik dari diriku Untuk orang-orang yang terbaik dalam hidupku Dunia…. Terimalah persembahan kecilku ini
Kupersembahkan untuk kedua orangtuaku dan adik-adikku yang telah memberikan makna hidup sesungguhnya… v
Ucapan Terimakasih Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir dan penulisan skripsi yang berjudul : “Pembentukan Poliblend antara Polistiren dengan Kitosan serta Karakterisasinya”. Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. I Made Arcana selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan selama penulis menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Mamah dan ayah atas kesabaran, dukungan, kasih sayang, dan doa yang selalu dipanjatkannya. 3. Adik-adikku, Fazlur dan Fajar, atas pengertian dan semangat yang selalu diberikan. 4. Lisa Yanuar (Nyeu2) , thanks for everything and always being there for me .Could not have done it without you bu... 5. Febrinaldo (Naldo) , atas segala perhatian, dukungan dan semangatnya. Thanks for the quote do… 6. Ery Ferdian, atas kesabaran dan perhatiannya. Thanks for bringing colours into my life 7. Teman-teman yang banyak memberi dorongan moril: Rini, Adin, Dian, Mita, Titi, Dea, Bambang, Ferra, WP’ers, atas segala suka dan duka yang pernah kita lewati bersama. 8. Teman-teman MS: Fifi, Rina, Melly, Emma, Anggi dan Icha, atas segala hal yang telah dilewati bersama. 9. Teman-teman dan senior se-lab : Titi, Alex, Adit, Titik, Ristny, Felicia, Mita, teh Lia, k’Randi, k’Lenggana, dan teh Mia. Terima kasih atas bantuan dan telah berbagi ilmu dengan penulis. 10. Ibu Entin dan pak Wahyo, staf karyawan Lab KF, yang telah membantu penulis selama melakukan penelitian di Lab KF 11. Seluruh staf pengajar dan Karyawan Program Studi Kimia ITB. Terima Kasih atas semua bantuannya.
vi
12. Teman-teman 2003: Kiki, Kocu, Pradanti, Keni, Erma, Fitri, Dani,Ami,Anna,Ocha,Yeni, Dicky,Howie, Tomi,Andri,Mail,Minda, Tri, Geta, Heru,Maya,Margie,Yessi,Anggi,Budi, Amran, Arman, Yoga, Arfan, Tian, Syifa, Nila, Meta, Dewa, Risang, Novita, Mira,Soni, Puji, Iman, Fenti,Mukti dll, yang telah menjadi bagian hidupku selama di ITB. Terima Kasih atas segala pengalaman menarik yang telah dilewati bersama. 13. Teman-teman angkatan 2000,2001,2002,2004,2005 dan angkatan yang lainnya, yang telah banyak membantu penulis. 14. HMK AMISCA yang telah memberikan banyak pengalaman pada penulis. 15. Semua pihak yang telah banyak membantu penulis,namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, terdapat banyak kekurangan baik dari segi penyampaian maupun isi. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang konstruktif sebagai bahan perbaikan bagi penulis. Semoga apa yang tertulis dalam skripsi ini bermanfaat bagi pembaca dan dapat dijadikan referensi untuk penelitian lebih lanjut.
Bandung, September 2007
Penulis
vii
Daftar Isi Abstract.................................................................................................................................... ii Abstrak.................................................................................................................................... iii Ucapan Terimakasih ............................................................................................................... vi Daftar Isi ............................................................................................................................... viii Daftar Tabel ............................................................................................................................ xi Daftar Gambar ....................................................................................................................... xii Daftar Lampiran.................................................................................................................... xiv 1 Pendahuluan...........................................................................................................................1 1.1
Latar Belakang.............................................................................................................1
1.2
Tujuan Penelitian .........................................................................................................2
1.3
Ruang Lingkup Penelitian ...........................................................................................2
2 Tinjauan Pustaka....................................................................................................................3 2.1 Polimer...............................................................................................................................3 2.1.1 Klasifikasi Polimer .........................................................................................................3 2.1.2 Polimerisasi.....................................................................................................................4 2. 2 Polistiren ............................................................................................................................5 2.2.1
Sintesis Polistiren.........................................................................................................5
2.2.2
Struktur dan Sifat Polistiren.........................................................................................6
2.2.3 Nitrasi Polistiren ..............................................................................................................8 2.2.4 Aplikasi Polistiren............................................................................................................9 2. 3 Inisiator : Benzoil Peroksida.............................................................................................9 2.4 Poliblend ..........................................................................................................................10 2.5 Kitosan sebagai Turunan Kitin ........................................................................................10 viii
2.5.1
Kitin ...........................................................................................................................10
2.5.2
Kitosan.......................................................................................................................11
2.6 Karakterisasi Polimer........................................................................................................13 2.6.1
Analisis Gugus Fungsi ...............................................................................................13
2.6.2
Analisis Termal..........................................................................................................14
2.6.3
Analisis Mekanik .......................................................................................................14
2.6.4
Analisis Kristalinitas..................................................................................................15
2.6.5
Analisis Permukaan ...................................................................................................16
3 Percobaan............................................................................................................................17 3.1 Tahapan Penelitian Secara Umum ....................................................................................17 3.2 Alat dan Bahan..................................................................................................................18 3.2.1 Alat ................................................................................................................................18 3.2.2 Bahan ............................................................................................................................19 3.3
Cara Kerja..................................................................................................................19
3.3.1 Sintesis Polistiren..........................................................................................................19 3.3.2 Nitrasi Polistiren ...........................................................................................................20 3.3.3 Isolasi Kitin dari Kulit Udang.......................................................................................21 3.3.4 Transformasi Kitin Menjadi Kitosan ............................................................................22 3.3.5 Pembuatan Poliblend ....................................................................................................22 3.3.6 Karakterisasi Polimer....................................................................................................23 4 Hasil dan Pembahasan ........................................................................................................25 4.1 Sintesis Polistiren.............................................................................................................25 4.1.1 Analisis Gugus Fungsi ...................................................................................................25 4.1.2 Analisis Permukaan Polistiren .......................................................................................26 4.1.3 Analisis Kristalinitas dan Sifat Termal Polistiren..........................................................27 ix
4.2 Nitrasi Polistiren ...............................................................................................................28 4.3 Isolasi Kitin dan Transformasi Menjadi Kitosan ..............................................................29 4.3.1 Isolasi Kitin dari Kulit Udang........................................................................................29 4.3.2 Transformasi Kitin Menjadi Kitosan .............................................................................30 4.4 Pembentukan Poliblend ....................................................................................................32 4.4.1 Analisis Gugus Fungsi ...................................................................................................32 4.4.2 Analisis Termal..............................................................................................................33 4.4.3 Analisis Kristalinitas......................................................................................................36 4.4.5 Analisis Permukaan ......................................................................................................38 5 Kesimpulan dan Saran ........................................................................................................40 5.1 Kesimpulan ......................................................................................................................40 5.2 Saran .................................................................................................................................40 Daftar Pustaka.........................................................................................................................41 LAMPIRAN ...........................................................................................................................43
x
Daftar Tabel Tabel 3. 1 Komposisi Poliblend..............................................................................................23 Tabel 4. 1 Puncak serapan spektrum IR Polistiren .................................................................26 Tabel 4. 2 Rincian Massa dan Rendemen Proses Isolasi Kitin ...............................................29 Tabel 4. 3 Puncak Serapan Spektrum Inframerah Kitin .........................................................30 Tabel 4. 4 Data analisis gugus fungsi menggunakan FTIR ...................................................33 Tabel 4. 5 Data analisis TG/DTA ...........................................................................................34 Tabel 4. 6 Perbandingan berat kitosan yang terdekomposisi..................................................35 Tabel 4. 7 Data analisis derajat kristalinitas ...........................................................................36 Tabel 4. 8 Data hasil analisis uji mekanik ..............................................................................37
xi
Daftar Gambar
Gambar 2. 1 Struktur Polimer...................................................................................................4 Gambar 2. 2 Reaksi polimerisasi nilon 66 ................................................................................4 Gambar 2. 3 Reaksi polimerisasi polistiren ..............................................................................5 Gambar 2. 4 Mekanisme sintesis polistiren ..............................................................................6 Gambar 2. 5 Polistiren ataktik ..................................................................................................7 Gambar 2. 6 Polistiren sindiotaktik ..........................................................................................7 Gambar 2. 7 Polistiren isotaktik ...............................................................................................7 Gambar 2. 8 Mekanisme nitrasi polistiren................................................................................8 Gambar 2. 9 Struktur molekul Benzoil Peroksida ....................................................................9 Gambar 2. 10 Struktur Kitin ...................................................................................................11 Gambar 2. 11 Struktur Kitosan ...............................................................................................12 Gambar 2. 12 Spektrum IR kitosan yang menunjukkan perbandingan A1655 terhadap A3450. .12 Gambar 3. 1 Diagram alir tahapan penelitian secara umum ...................................................17 Gambar 3. 2 Diagram alir sintesis dan pemurnian polistiren..................................................20 Gambar 3. 3 Diagram alir tahapan isolasi kitin secara umum ................................................21 Gambar 3. 4 Diagram alir pembentukan poliblend................................................................22 Gambar 4. 1 Spektrum Inframerah Polistiren .........................................................................26 Gambar 4. 2 Mikrograf polistiren dengan perbesaran 200X ..................................................26 Gambar 4. 3 Difraktogram Polistiren......................................................................................27 Gambar 4. 4 Termogram Polistiren ........................................................................................27 Gambar 4. 5 Spektrum Inframerah Polistiren ternitrasi.........................................................28 Gambar 4. 6 Spektrum Inframerah Kitin ................................................................................30 Gambar 4. 7 Usulan mekanisme reaksi deasetilasi kitin.........................................................31 xii
Gambar 4. 8 Spektrum inframerah poliblend PS:PSn:Kitosan (65:5:30) ...............................32 Gambar 4. 9 GabunganTermogram Polistiren dan Poliblend .................................................34 Gambar 4. 10 Mikrogram Poliblend dengan perbesaran 200X ............................................38 Gambar A. 1 Spektrum FTIR Kitosan ....................................................................................43 Gambar B. 1 Spektrum FTIR Polistiren (Film) ......................................................................44 Gambar B. 2 Spektrum FTIR Poliblend PS: Kitosan (90:10)................................................45 Gambar B. 3 Spektrum FTIR Poliblend PS:PSn: Kitosan (85:5:10) ......................................46 Gambar C. 1 Termogram Poliblend PS:Kitosan (90:10) ........................................................47 Gambar C. 2 Termogram Poliblend PS: PSn: Kitosan (85:5:10) ...........................................48 Gambar C. 3 Termogram Poliblend PS: PSn: Kitosan (65:5:30) ...........................................49 Gambar D. 1 Difraktogram Poliblend PS : Kitosan (90:10) ...................................................50 Gambar D. 2 Difraktogram Poliblend PS :PSn: Kitosan (85:5:10) ........................................50 Gambar D. 3 Difraktogram Poliblend PS :PSn: Kitosan (65:5:30) ........................................51 Gambar E. 1 Mikrograf Poliblend PS:PSn:Kitosan (80:5:15) ................................................52 Gambar E. 2 Mikrograf Poliblend PS:PSn:Kitosan (75:5:20) ................................................52 Gambar E. 3 Mikrograf Poliblend PS:PSn:Kitosan (55:5:40) ...............................................53
xiii
Daftar Lampiran LAMPIRAN A Spektrum FTIR Kitosan ...............................................................................43 LAMPIRAN B Spektrum Hasil Analisis FTIR .....................................................................44 LAMPIRAN C Termogram Hasil Analisis TG/DTA .............................................................47 LAMPIRAN D Difraktogram Hasil Analisis XRD ................................................................50 LAMPIRAN E Mikrograf Hasil Analisis Permukaan ............................................................52 LAMPIRAN F Data Uji Tarik ................................................................................................54
xiv
