PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT DAN DI(HYDROGENATED TALLOW) DIMETILAMONIUM KLORIDA UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT
ZULFA
PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN MIPA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2006 M / 1427 H
PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT DAN DI(HYDROGENATED TALLOW) DIMETILAMONIUM KLORIDA UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT
Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mcmperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri SyarifHidayatullah Jakarta
Oleh ZULFA 102096026563
Menyetujui, Pembimbing II
Pembimbing I,
DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU NIP. 330001086
Mengetahui, Ketua Jurusan MIPA
DR. Agus Salim, M.Si NIP. 150294451
Syuhada, Dip!. Chem NIP. 680001585
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul "Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenated Tallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit" telah diuji dan dinyatakan ILilus dalam sidang Munaqosah Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Jakarta pada hari Kamis, 16 November 2006. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Sarjana Strata Satu (S 1) Jurusan MIl'A, Program Studi Kimia.
Jakarta, November 2006
Tim Penguj i
Penguji II
~_~~,.L T~~I~Xas
DR. NIP. 330 001 078
dan Teknologi
L$Y~fiian.syaJl
6
Jaya Putra, M.Sis
"1
KetLia Program Studi Kimia
(~~
....---Hendrawati, M.Si NIP. 150326906
PERNYATAAN DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRlPSI INI BENARBENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH D1AJUKAN SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU LEMBAGA MANA PUN.
Jakarta, November 2006
Zulfa l02096026563
RINGKASAN ZULFA, Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenated tallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit. (Di bawah bimbingan MIRZAN T. RAZZAK dan SYUHADA).
Pembuatan organoclay yang dapat digunakan dalam sistem nanokomposit, dilakukan dengan mencampurkan benton it yang dipurifikasi dengan surfaktan di(hydrogenated tallow) dimetilamonium klorida. Konsentrasi surfaktan dan
waktu swelling bentonit divariasikan, yaitu konsentrasi rendah (organoclay low) dan tinggi (organoclay high), dan waktu swelling 1 hari dan :2 hari. Hasil analisa XRD untuk organoclay low, didapatkan d-spacing sebesar 3,12 nm dan 3,36 nm, masing-masing untuk waktu swelling J hari dan 2 hari. Nilai d-spacing tersebut lebih besar dibandingkan organoclay high, yang masing-masing d-spacingnya hanya 2,28 nm dan 2,26 nm. Hal ini berarti bahwa organoclay low lebih membuka ruang untuk terjadi interkalasi dalam pembentukan nanokol11posit. Berdasarkan analisa TGA, suhu awal degradasi organoclay low yaitu 288,28°C, yang lebih besar dibandingkan organoclay high, 268,85°C. Dengan demikian organoclay low memiliki sirat yang lebih baik dibandingkan organoclay high untuk digunakan lebih lanjut dalam sistem nanokomposit.
KATAPENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT dengan segala rahmat dan
hidayah-Nya,
dan
atas
segala
kemudahan
yang
diberikan
dalam
menyelesaikan Penelitian di Sentra Teknologi Polimer (STP) PUSPIPTEK dan penyusunan Skripsi dengan judul: "Pembuatan Organoclay Dari Bentonit Dan
Di(Hydrogenated
Tallow)DimetiIamonium
Klorida
Untuk
Aplikasi
Nanokomposit", Selama penelitian dan penulisan skripsi ini penl1lis banyak mendapat banluan dan dukllngan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: I. Bapak DR. Mirzan T. Razak, M.Eng, APU selaku Pembimbing I yang telah meillangkan waktunya dan banyak memberikan masukan selama penelitian dan penulisan skripsi inL 2. Ibu Syuhada Dip!. Chern selaku pembimbing II yang telah meluangkan waktunya dan memberikan masukan selama penelitian dan penulisan skripsi inL 3. Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.SIS., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah. 4. Ir. Aglls Salim, MSc., selaku Kepala Jurusan MIPA Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatl1llah. 5. Ibll Hendrawati, M.Si., selaku Ketlla Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri SyarifHidayatuliah.
6. Bapak Drs. Wawas Swathatafrijiah, M.Sc., selaku Kepala Balai STP yang telah memberikan ijin untuk melakukan penelitian di STP. 7. Bapak II'. Rahmat Wijaya selaku manajer STP atas perhatian dan masukan dalam melakukan penelitian. 8. Bpk. Johan, lbu lea, Jbu Prima, Bpk. Bambang, Bpk. Saeful, Bpk. Dasep, Bpk. Heru, Malik, Njat dan seluruh staf STP yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan penelitian inl. 9. Seluruh dosen Program Studi Kimia Universitas Islam Negeri atas dukungannya. 10. Mama lersayang dan keluarga atas dukungan dan do'anya. 11. Fachri alas motivasi dan dukungannya selama penelitian dan penulisan skripsi inl. 12. Semua teman-teman di Bengkel Remaja Pentium (BRP) atas semua lasilitasnya. 13. Sahabal-sahabatku: Aisyah, Syarifah, Zayyanti dan Heni yang telah banyak memberikan semangat dan dukungannya. 14. Teman-temanku di lab: Andri, Santoso dan Dio yang telah membantu selama penelitian. 15. Seluruh teman-teman kimia angkatan 2002 khususnya untuk teman sepeciuangan, Fikrul Dzar AI-Ghifari, Anah dan Fitri P. 16. Danuntuk semua pihak yang telah membantu namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Jakarta, Oktober 2006 Penyusun
DAFTARISI
Halaman JlIdlil Lembar Pengesahan Pembimbing Lembar Pengesahan Ujian Lembar Pernyataan
. ii iii IV
RINGKASAN
V
KATA PENGANTAR
vii
DAFTAR lSi................................................................................................
viii
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR....................................................................................
xii
DAFTAR LAMPlRAN.................................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN
I
1.1 LataI' Belakang Penelitian............................................................
1
1.2 Perumllsan Masalah
"....................
2
1.3 TlIjllan Penelitian
'....................
3
BAB 11 DASAR TEORl...............................................................................
4
2.1 Lempling
4
2.1.1
Definisi Lempllng
4
2.1.2
Klasifikasi Lempllng Menllrut Struktllrnya
5
2.2 Bentonit
6
2.2.1
Klasifikasi Bentonit
7
2.2.2
Proses Pembentllkan Bentoni!..........................................
7
2.2.3
Jenis Bentonit
8
2.2.4
Manfaat Bentonit
9
2.2.5
Purifikasi Bentonit...........................................................
10
2.2.6
Struktur Monmorilonit.....................................................
13
2.2.7
Kapasitas Tukar Kation Bentonit
13
2.3 Organoclay 2.4 Slirkfatan
15
H................. 17
2.4.1
Pengertian Surfaktan
,..................
17
2.4.2
Klasifikasi Surfaktan........................................................
18
2.5 Nanokomposit Polimer-clay
20
2.5.1
Pengertian Nanokomposit Polimer-clay
20
2.5.2
Aplikasi Nanokomposit Polimer-clay...............................
21
2.6 Alat Uji
22
2.6.1
Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX)
22
2.6.2
X-Ray Diffraction (XRD).................................................
24
2.6.3
Thermal Gravimelly Analyzer (TGA)
25
BAB III M ETODE PENELITIAN
26
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian......................................................
26
3.2 Alat dan Bahan............................................................................
26
3.2.1
Alat
3.2.2
Bahan
26 "...................
27
3.3 Tahapan Penelitian
28
3.4 Cara Kerja...................................................................................
29
3.4.1
Preparasi Bentonit........................................
29
3.4.2
Prosedur Purifikasi Bentonit
29
3.4.3
Karakterisasi Bentonit Purifikasi......................................
32
3.4.4
Pembllatan Organoclay
33
3.4.5
Karakterisasi Organoclay
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Kapasitas Tukar Kation (KTK)
37 37
4.2 Analisa Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive by X-Rays (SEM-EDAX)
39
4.3 Analisa X-Ray Diffraction (XRD)................................................
41
4.4 Analisa Thermal Gravimetric Analyzer (TGA)
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
45
5.1 Kesitnpulan
45
5.2 Saran...........................................................................................
45
DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
46
LAMPIRAN
49
DAFTAR TABEL
Halanlan
Tabe! 1: Sifat fisik beberapa clay
6
Tabe! 2: Distribusi panjang rantai hidrokarbon surfaktan DTDA...................
19
Tabe! 3: KTK benton it dan bentonit purifikasi
37
Tabe! 4: KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi surfaktan
38
Tabe! 5: Data persentase berat beberapa unsur dari belltollit, benton it purifikasi dan organoclay (low, 2 hari)
39
Tabe! 6: Data XRD bentonit dan organoclay
41
Tabe! 7: Data analisa TGA dari organoclay (low & high, 2 hari)
43
DAFTAR GAMBAR
Halaman GambaI' I: Klasifikasi lempllng berdasarkan strllktllrnya...............................
6
GambaI' 2: Strllktur Monmorilonit
13
GambaI' 3: 1I11strasi swelling pada bentoni!....................................................
15
GambaI' 4: 1I11strasi surface treatment
16
GambaI' 5: Jenis susunan alkil dalam lapisan organoclay..............................
16
GambaI' 6: 1I11strasi struktur sllrfaktan
17
GambaI' 7: Struktur sllrfaktan DTDA
19
GambaI' 8: Strllktur komposit polimer-clay
20
GambaI' 9: Tortuosity Path............................................................................
21
GambaI' 10: Mekanisme flame retardancy pada nanokomposit
22
GambaI'll Alur kerja instrumen SEM-EDAX
23
Gam bar 12: Skema Mekanisme Coating..
23
GambaI' 13: Alur kerja instrumen XRD..................
24
GambaI' 14: Aim kerja instrumen TGA.........................................................
25
GambaI' 15: Tahapan penelitian
28
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran I: Perhitungan Kapasitas Tukar Kation (KTK) bentonit alam, benton it purifikasi dan organoc/ay
:..
49
KTK benton it pllrifikasi............................................................
52
Lampiran 2: Perhitungan konsentrasi surfaktan low & high berdasarkan
Lampiran 3: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it
53
Lampiran 4: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it pllrifikasi......................
55
Lampiran 5: Grafik spektrum SEM-EDAX organoc/ay (low, 2 hari).............
57
Lampiran 6: Grafik spektrllm XRD bentonit.................................................
59
Lampiran 7: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 1 hari)
60
Lampiran 8: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 2 hari)
61
Lampiran 9: Grafik spektrum XRD organoc/ay (high, I hari)
62
Lampiran 10: Grafik spektrllm XRD organoc/ay (high, 2 hari)
63
Lampiran II: Perhitllngan d-spacing bentonit dan organoc/ay......................
64
Lampiran 12: Grafik kestabilan panas organoc/ay (low, 2 hari)
65
Lampiran 13: Grafik kestabilan panas organoc/ay (high, 2 hari)
66
BABI
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Bentonit merupakan salah satu komoditi mineral industri yang akhir-akhir ini
mendapatkan banyak perhatian para industriawan karena pemanfaatannya luas
(Wibowo, 2005). Pemanfaatan benton it diantaranya untuk peltambangan minyak dan gas bumi, penjernihan kelapa sawit, pengolahan air lim bah dan bahan pengisi obat dan kosmetik (Anonimous, 2005). Teknologi penambangan bentonit relatif sederhana, karena umumnya kOll1oditi ini berada di dekat permukaan tanah dan bahkan sudah ada yang tersingkap di permukaan akibat adanya proses pelapukan
(Sudradjar,2004). Cadangan benton it di Indonesia seluruhnya sekitar 1,274 juta ton yang terse bar di beberapa kabupaten, yaitu: Tasikmalaya (Keeamatan Karangnunggal), Sukabumi (Kecamatan Lengkong dan Sagaranten), Cianjur (Keeamatan Campaka, Sukanagara, Cibinong, Pagelaran, Tanggeung dan Kadupandak), Sumedang (Keeamatan Tanjungkerta, Buahdua, Situraja dan Tomo), Kuningan (Kecamatan Luragung, Ciawigebang, Cimahi dan Cibingbin), Ciamis, Sumedang dan Garut
(Arijin, 1997). Salah satu aplikasi benton it di industri yaitu dalam bentuk organoclay.
Organoclay adalah bentonit yang sudah dimurnikan dari pengotor-pengotor tertcntu dan diberi surfaktan tertentu. Penambahan surfaktan ini bertujuan untuk merubah benlonil yang bersilill hidrolilik mcnjadi hidrof'obik dan bcrsifat non
2
polar. Hal ini bertujuan agar benton it bisa digunakan sebagai filler pada bahanbahan tertentu yang sifatnya hidrofobik. Salah satu industri yang memanfaatkan
organoclay sebagaifiller adalah industri polimer. Pada penelitian ini pembuatan organoclay akan diaplikasikan dalam bidang polimer. Dcngan adanya organoclay yang berfungsi sebagai filler berskala nano dalam sistcm polimer, sifat mckanik dan termal dari polimer murni dapat meningkat secara signifikan. Sistem komposit antam bentonit dan polimer ini discbut nanokomposit. Teknologi nanokomposit akhir-akhir ini menarik minat peneliti karena aplikasinya yang luas, diantaranya yaitu sebagai gas barrier pada sistcm pengcmasan makanan, reinforcement (penguat) danfiame retardancy pada sistem polimcr (Anonimous, 2006).
1.2
Peru m usan Masalah Bentonit sebagai bahan dasar pembuatan organoclay masih mengandung
pengotor-pcngotor seperti kalsit, kwarsa, besi, dan senyawa-senyawa asam. Pcngotor-pengotor ini dapat menghambat pembuatan nanokomposit dan dapat mcmicu rusaknya polimer pada saat pemrosesan dengan suhu tinggi. Pengotor tersebut dapat dipurifikasi dengan beberapa perlakuan kimia. Purifikasi benton it merupakan tahap awal yang menentukan pada pembuatan organoclay. Proses purifikasi ini dilakukan dalam em pat tahapan, yaitu menghilangkan karbona!, kadar besi, materi organik dan mincral-mineral pengotor (Ammann, 2003).
Organoclay sebagai nanofiller pada sistem polimer masih banyak kekurangan. diantaranya terjadinya collapse pada suhu tinggi. Untuk itu dilakukan
3
optimalisasi proses pembllatan lIntlik mendapatkan organoclay dengan stabilitas termal yang tinggi. Organoclay juga diharapkan memiliki jarak antar lapisan silikat (d-spacing) yang besar , karena d-spacing yang besar akan memuclahkan organoclay terclistribusi pacla saat pencampllran dengan polimer.
1.3
Tlljuall
Tujuan penelitian ini yaitu melakukan purifikasi bentonit clan memperoleh organoclay dari benton it hasil purifikasi dengan d-spacing dan stabilitas termal
yang !inggi. Organoclay tersebut c1iharapkan c1apat diaplikasikan c1alam pengembangan teknologi nanokomposit clan c1engan ini c1apat mengoptimalkan pemanfaatan bentonit yang merupakan sumber c1aya alam Indon.esia.
BABlI DASAR TEORT
2.1
LClllpung
2.1.1
Dcfinisi Lelllpung
Lempung (tanah liat) dileenal juga sebagai clay mempunyai beberapa definisi tergantung dari ilmu tinjauannya, di antara definisi tersebut adalah: 1. Bidang Geogoli
Lempung adalah bahan alam yang berasal dad dalam tanah yang sebagian besar
leo~~posisinya
adalah mineral yang berbentule lerista!.
Partileel lempung beruleuran sangat leecil, ukuran malesimal partikel lempung adalah 211m. 2. Bidang Keramile dan Industri Kerajinan Lempung adalah bahan yang berasal dad dalam tanah yang jika dicampur air akan menjadi lengket dan bisa diubah-ubah bentuknya. Jika sudah leering lempung akan menjadi keras dan rapuh selia tidak bisa lagi dibentuk. Jilea lempung ini dipanaskan sampai berwarna kemerahan maka akan bersifat lebih keras dan tidale bisa diubah lagi bentuknya walaupun diberi air Lcmpung terdir
dari sejumlah kelompok aluminium terhidrat,
magnesium dan silileat besi yang pada umumnya mengandung ion Na, Ca, K
5
dan ion-ion lain. Kelompok utama mineral lempung adalah kaolin, smektit, i1it, klorit, dan hormit. Lempung adalah bahan mentah yang jumlahnya berlimpah di alam, serta ll1empunyai berbagai sifat dan
kegunaan yang berbeda-beda.
Kegunaannya dalam bidang industri dipengaruhi oleh: Komposisi mineral lempung, kOll1posisi mineral non lempung, materi organik, jenis dan jumlah ion yang dapat dipertukarkan, kelarutan, dan tekstur (Astuti, 2005).
2.1.2
Klasifikasi Lempung menurut struktnrnya
Amore
]----C Kelompok Allophan Equidimensional contoh: kaolinit &
,..--
dickit 2 lapi••truktur, terdiri dari ]tetrahedron & oktahedron
~.
L-i
Elongate (memanjang) contah: halloy.!t
'--.
3 lapis struktur, tcrdiri dad
I- 2 tetrahedron yang mengapit f--I oktahedron
I
Kristal
f-
,..--
Expanding (mcmbe.ar) Kelornpok .mektit: MOl1morilonit,
vermiGulit, nontronit & saponit
H
Struktur lapisan yang tidak beraturan (kelompok chlorit)
~~ expanding (tdk
-
membesar) IIIIIn
-f
Struktur ranlai
(kelo-,?pok hormit)
Gambar I. Klasifikasi lell1pung berdasarkan strukturnya (Astuti, 2005)
6
2.2
Bentonit Bentonit adalah
salah
satu jenis clay yang
mengandung mineral
monmorilonit. Nama bentonit ini pertama kali digunakan oleh Knigh pada tahlln 1898 lIntlik slIatli jenis lempllng yang sangat plastis (koloid) yang terdapat pada formasi Bentone, Rock, Creek, Wyoming, Amerika Serikat Pada tahlln 1960 Billson menemllkan bahwa mineral benton it terdiri dari 85% monmorilonit dan sisanya merllpakan pengotor. Nama monmorilonit ini berasal dari jenis lempllng plastis yang ditemllkan di Monmorillon, Perancis pada tahlln 1847 (Arifin, 1996). Sifat dari clay terlltama monl11orilonit yang sangat penting sehingga banyak digllnakan dalam komposit adalah Kapasitas Tlikar Kation (KTK) yang besar, SlII.!Clce area yang besar dan lIkuran partikel yang kecil (Tabel 1).
Tabell Sifat fisik beberapa clay Ukurall Partikel (mm) 0,01 - 1,0
SUlface Area 700 - 800
KTK (meq/lOO "ram) 80 - 100
11 it
0,1 - 2,0
100 - 200
15 -40
Kaolinit
0,1-5,0
5 -20
3 - 15
Clay Monmorilonit
2 '(m /")
7
2.2.1
Klasifikasi Bentonit
Berdasarkan mineral penyusunnya, benton it dapat diklasifikasikan sebagai berikut (Kloprogge, 1998 dan Anon;mous, 2006): Rumus umum
: [Na,Ca]O,33 [AI,Mgh Si 4 010 (OH12 . n f-hO
Kelas
: Silikat
Sub Kelas
: Pilosilikat
Kelompok
: Smektit
2.2.2
Proses Pembentukan Bentonit Secara umum, proses pembentukan endapan benton it ada empat
macam. yaitu : I. Endapan Hasil Pelapukan Faktor utama dalam pembentukan endapan bentonit sebagai hasil pelapukan adalah komposisi kimia dan daya lalu air pada baluan asalnya. Mineralmineral utama dalam pembentukan bentonit antara lain adalah, plagioklas, kalium-feldspar, biotit, muskovit serta sedikit kandungan senyawa alumina dan ferromagnesia. Pembentukan bentonit dari proses pelapukan mineralmineral tersebut. Pelapukan ini diakibatkan oleh adanya reaksi antara ion-ion hidrogen yang terdapat dalam air tanah dengan senyawa silikat. 2. Endapan Proses Hidrotennal Larutan hidrotermal merupakan larutan yang bersifat asam dengan kandungan klorida, sulfur, karbondioksida, dan silika. Oalam proses ini komposisi larutan hidrotermal berubah karena adanya reaksi dengan
8
batllan lain menjadi larlltan alkali. Larutan alkali ini, selanjutnya terbawa keillar dan bersifat basa serta akan tetap bertahan selama lInslir alkali tanah tetap terbentuk akibat penguraian batllan asa!. Pada alterasi lemah, keterdapatan unSllr alkali tanah akan membentllk benton it.
3. Endapan Akibat Transfomlasi Endapan benton it dapat terbentllk dari hasil transformasi debll gunung api. Transformasi ini dapat terjadi dengan sempllrna apabila debu terendapkan di dalam wadah berbentllk cekungan yang mengandung mineral gelas gunllng api. Mineral-mineral ini secara perlahan-Iahan akan mengalami transformasi yang selanjutnya akan menghasilkan benton it.
4. Endapan Sedimen Bentonit dapat terbentuk sebagai cadangan sedimen keadaan basa. Mineral-mineral yang terbentllk secara sedimenter, salah satllnya adalah benton it yang terbentllk dalam cekungan yang bersit:1t basa (Anonimous, 2004).
2.2.3
Jenis Bentonit
Bentonit dikenal dalam dllajenis yaitu: I. Kalsillm Bentonit (Ca, Mg benton it) Bentonit jenis ini mengandllng ion Ca2+ dan Mg2+ yang relatif lebih banyak dibanding ion Na +. Bentonit jcnis ini kllrang mcnyerap air, akan tetapi secara ilmiah setelah diaktifkan dengan asam mempllnyai sifat
9
menyerap yang baik. Karena itu bentonit jenis ini banyak digunakan sebagai penyerap (absorben). 2. Natrium Bentonit (Na benton it) Bentonit jenis ini mengandl1ng ion Na + yang relatif lebih banyak dibanding ion Ca 2+ dan Mg2+. Jika dicelupkan ke dalam air, bentonit ini memiliki sifat mengembang yang sangat besar, hingga 8 - 15 kali. Dalam keadaan kering Na-bentonit berwarna putih atau krim, sedangkan pada keadaan basah bentonit berwarna mengkilap jika terkena matahari. (Arifin, 1996).
2.2.4
Manfaat Bcntonit
Bentonit banyak dimanfaatkan l1ntuk berbagai aplikasi, diantaranya sebagai berikut (Astuti, 2005): 1. Industri logam
Digl1nakan sebagai material pengikat l1ntuk persiapan lelehan besi dan blUa. Sclain itu dengan penambahan bentonit dapat memperbaiki laju alir selia stabi Iitas tennal produk. 2. Lingkungan Sifat adsorbsi dan absorbsi bentonit sangat berguna untuk pengolahan air Iimbah karena kemampl1annya untuk menyerap berbagai logam bera!.
10
3. Makanan dan minuman
Bentonit digunakan untuk menghilangkan pengotor dalam minyak sawit, selain itu juga sering dipakai untuk menjernihkan air mineral, gula dan madll. 4. Pertan ian
Bentonit digunakan sebagai penukar ion untuk mernperbaiki kondisi tanah yang kurang baik. Selain itu bila dipanaskan berfungsi sebagai material berpori untuk digunakan sebagai penyerap herbisida dan peslisida. 5. Farmasi dan kosmetik Bentonit digunakan sebagai pengisi pada sediaan farmasi dan kosmetik sehingga bisa terbentllk pasta yang dapat diaplikasikan untuk pembuatan krim dan lotion.
2.2.5
PUl'ifilmsi Bentollit
Purifikasi bentollit adalah proses pellghilangan pengotor-pengotor pada benton it untuk mendapatkan monmorilonit. Pengotor yang biasa terdapat pada benton it adalah seperti mineral feldspar (AlSbOg), kalsit (CaCO)). gipsllm (CaS04.2H20), kaolin it AbSbOs(OH)4, ilit (K,H 30) (AI,Mg.Feh(Si,AI)40IO[(OHh,(I-hO)], kwarsa, plagioklas, serta senyawa pengotor lain seperti besi oksida (Fe203) dan materi organik. Kalsit, besi oks ida dan materi organik dapat dihilangkan dengan perlakllan kimia.
11
Sedangkan kwarsa, feldspar dapat dihilangkan dengan pengendapan atau fraksionasi (Ammann, 2003). Selain itu proses purifikasi ini dapat merubah monmorilonit yang multiklltion (memiliki kation lebih dari satu) menjadi unikation (memiliki
satu kation) dengan jenis Na-Monmorilonit. Hal ini bertujuan agar kation anorganik tersebut lebih mudah dipertukarkan dengan kation organik dari surfaktan pada proses pembuatan organoclay. Purifikasi benton it terdiri dari 4 tahap, yaitu: I. Menghilangkan Karbonat Senyawa karbonat pada benton it dihilangkan dengan menggunakan larutan buffer asetat (Natrium asetat-asam asetat). Hal ini bertujuan untllk membebaskan karbonat yang terdapat pada benton it sebagai CaC03. Pada reaksi
ini dihasilkan gelembung gas C02 yang
mengindikasikan adanya senyawa karbonat. Reaksinya adalah CO/" + 2H+ -> H20 + CO 2 2. Menghilangkan Besi Mineral bentonit mengandung kadar besi yang clikup tinggi (±6,39 %). Bcsi pada bentonit hanls dihilangkan, karena besi dapat menjadi perusak prodllk akhir setelah organoclay dicampllrkan dengan material lain, misalnya bila dicampllrkan dengan polimer. Kadar besi diminimalisasi dengan menggllnakan larutan bufer sitrat (Nasitrat dihidrat, C6 HsNa307.2H20; Na-bikarbonat, NaHC03) dan Naditionat (Na2S204) untllk meredllksi besi oksida.
12
Reaksinya: s20l- + 2Fe 3+ + 40H" -- 2 S03 2- + 2Fe 2+ + 2H20 Setelah direduksi menjadi Fe2+ maka ion besi akan dikomplekskan oleh Na-sitrat dihidrat. 3. Menghilangkan materi organik Materi organik pada bentonit dihilangkan dengan menggunakan larutan Natrium asetat dan H202. Penggunaan larutan Na-aseta.t selain sebagai buffer juga bertujuan agar terjadi pertukaran ion antara Ca2+ dalam bentonit dengan ion Na + dalam larutan. Sedangkan H 20 2 berfungsi sebagai pengoksidasi materi organik. Reaksinya: Materi organik (CHO) + H202 -- C02 + HP 4. Fraksionasi Fraksionasi
atau
pengendapan
dilakukan
untuk
mendapatkan
monmorilonit dengan ukuran partikel yang seragam, dan juga untuk menghilangkan mineral pengotor seperti kwarsa, ilit dan kalsit. Fraksionasi dilakukan berdasarkan perbedaan massa jenis, prosesnya yaitu dengan mendispersikan bentonit dalam air selama beberapa waktu. Karena massa jenis monmorilonit lebih kecil dibandingkan mineral lain, maka mineral monmorilonit akan mengambang di permukaan air, sedangkan mineral pengotor akan mengendap (Ammann, 2003). Massa jenis mineral pengotor bentonit diantaranya ilit, kalsit dan kwarasa berturut-turut yaitu 2,75; 2,7; 2,65, sedangkan massaje:nis monmorilonit yaitu 2,4 (Anonimous, 2006).
13
2.2.6
Struktur Moumorilouit Struktur mineral monmorilonit terdiri dari tiga unit lapisan, yaitu dua
unit lapisan tetrahedral (mengandung ion silikon) mengapit satu lapisan oktahcdral (mengandung ion besi dan magnesium). Ketebalan tiap lapisan monmorilonit sekitar 0,96 nm dan d-spacing-nya sekitar 1,2 - 1,5 urn (Gungor, 2000). Struktur monmorilonit dapat dilihat pada Gambar dibawah
ini:
intcrlaycr
E c:
1'1.
~g}
layer I - tetrahedral
E
40+2011 }
'"~
40+2011
4(AI + Mg)
c:
~~}
exchange cations AIH
Mg'+ layer 2 - octahedral
layer 3 - tetrahedral
FcH Fe3+ Li+
AIH
Mg'+ Li+
=:::-~nr.::H,0
Cat... en'" exChonge cations Na· Nn-+
interlayer
11+
Na+
no} layer I - tet;ahedral
4S;
Cat+ AIH
Gamba .. 2. Struktur Monmorilonit
2.2.7
Kapasitas Tuka.. Katiou Bcntonit Kapasitas tukar katian bentanit adalah kapasitas benton it untuk
menyerap dan menukar kation (Laz, 2004). Katian yang tertukar disebut: exchangeable cations, sedang proses pertukaran disebut cation exchange
(pel1ukaran kation) (Elisa, 2004). Cara
penentuan
KTK
benton it diantaranya dilakukan
dengan
menggullakan amonium asetat. Prinsipnya adalah kation-katioll seperti Na+,
14
Mg2+ dan K+ dapat dipertukarkan dengan ion NH4+ dalam larutan amonium asetat (pH 7). Kadar ion amonium dalam sampel clay ditentukan dengan metode Kjeldahl. Metode ini menggunakan larutan NaOH 50% untuk memprotonasi sampelmenjadi amonia. Hal ini dilakukan dengan cara destilasi. Destilat direaksikan dengan asam sulfat (H2S04) untuk menangkap amonia. Destilat dititrasi dengan NaOH untuk mengetahui kelebihan asam sulfat dengan mengubahnya menjadi natrium sulfat (Na2S04),' Titrasi dilakukan dengan menggunakan indikator Conway (kisaran pH 4,2 - 6,2). Indikator ini merupakan campuran dari zat wama metilmerah danmetilen biru (Ammann, 2003). ->
Clay-NH 4 + NaOAc
->
NH3 +H20
H2SO4
->
(NH4hS04
NaOH
->
Na2S04
Clay-Na
+
NH3+
+
OH'
NI-!)
+
H2SO4
+
NH40Ac
Destilasi tanpa sampel bentonit diulangi sebagai blanko. Hal ini dilakukan untuk mengetahui ion amonium yang terikat pada organoclay. Besarnya ion amonium yang terikat ini merupakan nilai KTK. KTK = (mL NaOH blanko-mL NaOH sampel) x M NaOH x 100 mL NaOH sampel
Kapasitas Tukar Kation pada bentonit dipengaruhi oleh kandungan benton it, tipe bentonit dan kandungan bahan organik. KTK pada monmorilonit sekitar 80-100 meq/l00 gr (Pullman, 2004).
15
2.3
Orgllnocllly Organoclay terbentuk dari hasil penggantian kation anorganik, seperti
natrium, kalsium dan magnesium pada permukaan partikel bentonit dengan suatu kation organik yang berasal dari surfaktan tertentu. Pada saat pemasukan surfaktan ke dalam lapisan benton it, sebaiknya bentonit dalam keadaan mengembang (swelling). Berbeda dengan zeolit, bentonit memiliki sifat mengembang yang baik, pengembangannya bisa mencapai 15 kali. Dalam keadaan mengembang lapisan benton it akan terbuka atau d-spacing sedikit membesar, sehingga memudahkan surfaktan masuk ke dalamnya (Ammann, 2003). Gambar 3 merupakan ilustrasi bentonit sebelum dan sesudah swelling.
Swelling
Gambar 3. I1ustrasi Swelling pada bentonit Surfaktan yang digunakan dalam pembuatan organoclay biasanya adalah garam amonium kwartener (~Ntcr yang sedikitnya memiliki satu rantai alkil panjang. Amonium kwartener ini merupakan jenis kationik amonium klorida, yang mempunyai muatan positif pada salah satu ujung rantainya. Muatan ini diturunkan dari ion nitrogen pada gugus karboksil, pertukaran ion terjadi dengan ion Na, Ca, dan Mg pada permukaan monmorilonit. Hal ini bertujuan untuk mengubah bentonit yang bersifat hidrofilik menjadi hidrofobik (organofilik),
16
sehingga dapat berpadu dengan suatu bahan yang bersifat hidrofobik, contohnya polimer (Anonimous, 2006). Na-bentonit + H0 2C-R-NH/Cr Bentonit surfaktan
---~ H02 C-R-Nl-h+-bentonit + NaCI organoclay garam
Penambahan surfaktan bertujuan untuk mengurangi gaya tarik antar lapisan monmorilonit sehingga jarak antar lapisan dapat bertambah besar yaitu diatas 1,5 nm. Peningkatan d-spacing ini akan memudahkan polimer masuk ke dalam organoclay (intel'kalasi) dan lapisan organoclay akan mudah terlepas satu sama
lain atau tereksfoliasi (Gambar 8). Penambahan surfaktan pada organoclay disebut dengan surface treatment (Liza, 2005).
L
~
Surface Treatment
Gambar 4.
~
~» 7'
1'5nm
lIustr.si Surface Treatment
Posisi susunan rantai alkil (surfaktan) dalam organoclay mempengaruhi d,pacing organoclay. Susunan rantai alkil terdiri dari 3 jenis (Alexandre, 2000), yaitu:
Gambar 5.
Jcnis susunan alkil dalam lapisan organoclay. a) lateral satu lapis (monolayer); b) lateral dua lapis (bilayer); c) paraffin satu lapis (monolayer) dan d) paraffin dua lapis (bilayer).
17
Organoclay telah digunakan dalam berbagai bidang seperti pada industri cat, indllstri pembuatan kertas dan pemboran minyak bumi. Dalam bidang polimer pemanfaatan organoclay lebih maju lagi yaitu dalam bentuk nanokomposit. Berbagai
penelitian
terdahulu
telah
menemukan
bahwa
kandungan
5%
nanokomposit dapat memperbaiki sifat termal dan mekanik pada polimer
(Anonimous, 2006).
2.4
Surfaktan
2.4.1
Pengertian Snrfaktan Surfaktan (SUIface Active Agents) adalah suatu zat yang dapat
mengllrangi atau menllrunkan tegangan permukaan zat cai:r; misalnya sabun atau detergen, asam sulfonat, dan zat-zat organik tertentu. Surfaktan dapat pula disebut zat aktifpermukaan atau zat pembasah (Arsyad, 2002). Ditinjau dad sisi hasH penemuan dapat dinyatakan bahwa molekul zat aktif pennllkaan terdiri dari dua bagian yang penting yaitu hidrofilik (menarik air) dan bagian hidrofobik (menolak air) (Anonimous, 2006).
Gamba" 6. !lustrasi Struktur Surfaktan
18
2.4.2
Klasifikasi Surfaktan
Berdasarkan
gugus
hidrofilik
yang
dimilikinya
surfaktan
diklasifikasikan sebagai berikut (Anonimous, 1986): 1. Surfaktan Anionik
Surfaktan anionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya bermuatan negatif. Contohnya Natrium Stearat, CH3(CH2)16CO()"Na+. 2. Surfaktan Non lonik
Surfaktan non ionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya tidak berl11uatan (tidak terdisosiasi di dalam lamtan). Contohnya Poliostilen lauril ester, CI2H2S0(C2H40)sH. 3. Surfaktan Amfoter
Surfaktan jenis ini gugus hidrofiliknya dapat terionisasi l11embawa l11uatan positif atau negatif tergantung pH lamtan. Contohnya Dodesil betain, CH3(CH2)11 NHCH2CH2COOI-I. 4. Surfaktan Kationik
Surfaktan kationik adalah surfaktan yang mempunyai gugus aktif yang berl11uatan positif. Contohnya Dodesil trimetil amonium bromida, CH3(CH2)ISN(CH3)3+B(.
19
Pada penelitian ini digunakan surfaktan dari jenis kationik amonium kwartener, yaitu di(hydrogenated tallow)dimetilamonium klorida (DTDA). Stllrllktllr sllrfaktan DTDA dapat dilihat pada Gambar 7.
Gamba .. 7. Sturktur surfaktan DTDA (Anonimous, 2006)
Slirfaktan ini memiliki rantai karbon (R J dan R2) yang panjang dengan komposisi yang berbeda. Komposisi rantai hidrokarbon surfaktan DTDA dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Distribllsi Panjang Rantai Hidrokarbon Surfaktan DTDA
Cl2
Cl4
Cl6
CIS
1%
4%
31%
64%
20
2.5
Nanokomposit Polimer - Clay
2.5.1
Pengertian Nanokomposit Polimer - Clay Komposit polimer-cltry merupakan bahan dengan matrik polimer yang
diperkllat dengan nanojiller, Salah satu nanojiller yang digunakan untuk pembllatan nanokomposit polimer-cltry adalah bentonit. (Limpanart, 2005), Berdasarkan dispersi benton it ke dalam matrik polimer, formasi nanokornposit polimer dibagi menjadi 3 tipe: Pertama, komposit konvensional, dimana kumplilan lapisan bentonit berukuran mikropartikel atau tactoid. Kedua, nanokomposit yang terinterkalasi, dimana jarak antal'a lapisan bentonit diperbesar dengan masuknya matrik polimer dan sllsunan lapisan bentonit tidak berubah. Ketiga, nanokomposit yang tereksfoliasi, dimana lapisan bentonit terpisah menjadi lapisan individu dan terdistribllsi seeara aeak pada matrik polimer (Liza, 2005).
#~
Layered siHcale
Polymer
11\
.~.
Phll$e separated
(microcomposite)
Intercalated
{nanocomposlle)
Ex(ollaled
(nanocomposite)
Gambar 8. Struktur Komposil Polimer-Clay (Anonimous. 2005)
2]
2.5.2
Aplikasi Nanokomposit Polimer - Clay Aplikasi
nanokomposit polimer-clay sangat luas, akan tetapi
kontribllsi teknologi yang dikembangkan pada prinsipnya meliputi: gas
barrier. reinforcement, dan flame retardancy. 1. Cas Barrier
Peningkatan sifat gas barrier pada nanokomposit sangat bermanfaat dalam aplikasi kemasan makanan, baik kemasan fleksibel maupun rigid. Sebagai contoh dalam kemasan llntuk daging, keju, sereal dan makanan yang dididihkan dalam kemasan, selain itu juga minuman berkarbonasi
(Liza, 2005). Partikel nanoclay akan dapat menaikkan tortuosity, yang . dapat memperlambat transmisi senyawa-senyawa seperti oksigen, uap air dan
lain-lain.
Penggllnaan
nanokomposit
diharapkan
dapat
mcningkatkan ketahanan makanan tersebut (Cahyo, 2005).
'Tortuous Path..
Gambar 9. Tortuosity Path (Anonimous, 2005)
2. Reinforcement (penguat) Lapisan benton it dengan llkuran nano berfllngsi sebagai nucleating
agent, agar ukuran kristal menjadi kecil sehingga interaksi antar pcrmukaan pada kristal menjadi lebih besar dan material menjadi lebih
22
kllat sehingga dapat menaikkan slIhll heat deflection temperature (Liza, 2005). Selain itll dengan bersifat sebagai nucleating agent benton it dapat meningkatkan transparansi polimer (Anonimous, 2006).
3. Flame retardallcy Penambahan nanoclay dapat mengllrangi flammability dari material pol imer. Adanya partikel bentonit membantll pembentukan char (lapisan karbon) yang dapat menghambat oksigen pada permllkaan material yang terbakar tanpa menggllnakanflame retardant (Liza, 2005).
Polymer
Polymer
Gllmbar 10. Mekanisme Flame Retardanry pada nanokomposit (Al1ol1imous, 2006)
2.6
Alat Vji
2.6.1
Scalllling Electroll Microscope-Energy Dispersive By X-Rays
(SEM-EDAX) SEM-EDAX
Microscope -
merupakan
singkatan
dari
Scanning
Energy Dispersive Analysis by X-Rays.
Electron
SEM-EDAX
merupakan alat yang terdiri dari dua instrumen, yaitu SEM dan X-ray. Alat ini digunakan untuk melihat perbesaran suatu material, dan menerangkan unsur-unsur yang terkandung dalam suatll material.
dapat
23
Prinsip kerja alat ini yaitu berdasarkan radiasi sinar X yang mengeksitasi atom-atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada saat atom tersebut kembali ke keadaan awal, maka akan memancarkan energi yang spesifik untuk setiap unsurnya (Anonimous, 2006).
PO'iftt ),YlI", Si.>Pply ~"rtpllUf'1
AiUl!lg 10 o.~ll)r
C"nyerfi!( ' - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ IAct:!_ - - - J
Gambar II. Alur Kerja Instrumen SEM-EDAX (Perkes, 1999)
Sebelum sampel dianalisa, perlu dilakukan coating (pelapisan) dengan emas (Au) atau karbon (C). Hal ini bertujuan agar dapat menghantarkan elektron pada sampel yang berasal dari electron beam dar! instrumen ini.
.~. -_I[r-.:.,~.:::r Jh ~}
tl) l
Gambar 12. Skema Mekanisme Coating (Grunberger, 1999)
24
2.6.2
X-Ray Diffraction (XRD)
Analisa dengan XRD dilakukan untuk mengetahui jarak antar lapisan basal Vi-spacing) pada suatu material. Prisnip kerja alat ini yaitu berdasarkan difraksi sinar X yang menghasilkan sudut 28 yang spesifik untuk setiap unsur. Hubungan ini dapat diterangkan dengan persamaan Bragg: n A ~ 2 d Sin (3 (Kellner, 1998). Dimana,
n ~ nomor kulit atom (I, 2, 3) A~ panjang gelombang (A) d ~ jarak antar lapisan kristal (A) 8 ~ sudut difraksi
.. '_.-.-.- .... - .- .....
Focus
\
Oetector
I I I
,
I
;
,
,.I
, .'
.........
./ .. ·..... .Measunng .-._._.-Cltcl~ ..... .... ·""
o Glancing angle 20 Diffraction angle a. Aperture angle
Gamba .. 13. Ailir Kerja Instrumen XRD (Hull, 2004)
25
2.6.3
Thermal Gravimelly Analyzer (TGA) Instrumentasi TGA merupakan salah satu metode dasar untuk analisa
terma!. Prinsip kelja alat ini adalah mengllkur perllbahan massa sampel terhadap meningkatnya temperatur. Dengan alat ini dapat diketahui kestabi Ian sampel terhadap pengaruh pemanasan. Instrllmentasinya terdiri dari timbangan analitis,fiirnace dan sistem pengolah data (Kellner, 1998).
Gas in
,
Gambar 14. Alur Kerja Instrumen TGA (Hull, 2004)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Waktll dan Tempat Pellelitian Penelitian
dilakllkan
dari
bulan
Mei
sampai
September 2006
di
Laboratorium Kimia Analitik Sentra Teknologi Polimer (STP), Gedung 461, PUSP1PTEK Serpong.
3.2
Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
1. Alat Laboratorillm Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah peralatan gelas, lumpang dan mortar, timbangan analitik, oven, termometer sieve sheaker, magnetic strirrer
2. Alat Vji
-
Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX) tipe XL-30 Philips, USA Analisa dengan alat ini dilakukan untuk menentukan kandungan UIlSUr.
-
X-Ray Difji-action (XRD) Tipe XD-61 0 Shimadzu, Jepang Analisa dengan alat ini dilakukan untuk analisa jarak antar lapisan silikat (d-spacing).
27
-
Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) Mettler Toledo, !tali Analisa termal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan massa sebagai fungsi temperatur.
3.2.2 Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: -
Bentonit yang berasal dari daerah Bogor, Jawa Barat
-
Surfaktan DTDA [di(hydrogeneted tallow)dimetilamonium klm'ida]
-
Bahan-bahan kimia (pro analis) dari Merck, Jerman, yaitu: Natrium Asetat (CI-!}COONa), Asam Asetat (CH3COOH), Natrium Sitrat Dihidrat (C6HsNa307.2I-hO), Natrium Bikarbonat (NaHC03), Natrium Ditionat (Na2S204), Natrium Klm'ida (NaCI), Asam Klorida (HCI), Hidrogen Peroksida (H20 2), Etanol, 2-Propanol, Natrium hidroksida (NaOH), Asam suifat (H2S04), Amonium asetat (CI-!}COONf4),
-
lndikator Conway (campuran metilen merah dan metilen bim)
-
Air destilasi
28
3.3
Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalal11 skala laboratorium, dan secara garis besar
terdiri dari pllrifikasi bentonit, pel11bllatan organoclay, karakterisasi, selia analisa.
Bentonit
11'--......,:>
Bentonit Pllrifikasi
n U
"
Karakterisasi: • SEM • XRD • KTK
Karakterisasi: • SEM • KTK
I
Pel11buatan Organoclay
Organoclay
Karakterisasi: • SEM • TGA
• XRD •
KTK
Gambar 15. Tahapan Proses Penelitian Pembllatan organoclay dari benton it dibagi menjadi .3 tahap. Perlama, karakterisasi benton it, yang terdiri dari karakterisasi SEM, XRD dan KTK.
Kedua, puril'ikasi bentonit dan karakterisasi. Pllrifikasi ini dilakukan untuk mendapatkan bentonit yang bebas dari kontaminan yang tidak diinginkan, seperti besi, selanjutnya benton it pllrfikasi dikarakterisasi dengan SEMEDAX dan KTK. Keliga, pembllatan organoclay dan karakterisasinya.
29
Organoclay dibuat dari bentonit purifikasi, kemudian organoclay yang dihasilkan dikarakterisasi dengan KTK, SEM, TGA, dan XRD.
3.4
Cam Kerja Prosedllr penelitian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitll preparasi bentonit
dan karakterisasi awal, pllrifikasi, pembllatan organoclay dan karakterisasi akhir. 3.4.1
Preparasi bentonit
1. Sebanyak 300 gram bentonit digerus dengan menggunakan Ilimpang dan mortar, kemlldian diayak dengan sieve shaker yang memplinyai ukuran pori 63
!-lITI
(225 mesh). Selanjutnya bentonit dipanaskan di dalam oven
dengan sllhu 105°C selama 2 jam, dan siap untllk digunakan pada proses selanjutnya. 2. Bentonit yang sudah dipreparasi kemudian dikarakterisasi awal, yaitu penentuan Kapasitas TlIkar Kation (KTK), dan analisa dengan instrumen SEM-EDAX, dan XRD.
3.4.2
Prosedur Purifikasi Bentonit Prosedur purifikasi bentonit mengacu pada penelitian sebelumnya
yang dilakllkan oleh Retno tentang purifikasi bentonit dan pembuatan
organoclay
(Astuti,
2005).
Purifikasi
bentonit
dilakllkan
lIntuk
menghilangkan senyawa-senyawa pengotor seperti besi oksida (Fez 03), kalsilll11 karbonat (CaC03) dan materi organik (CHO) (Ammann, 2003). Prosesnya dengan menggllnakan pereaksi-pereaksi kimia yang dapat
30
mengoksidasi atau mereduksi pengotor tersebut. Selain itu dilakukan fraksionasi untuk menghilangkan mineral-mineral pengotor seperti ilit, kwarsa, kalsit, dan feldspar. Setelah dipurifikasi, bentonit dinamakan bentonit purifikasi. Proses purifikasi benton it dibagi menjadi 4 tahap, yaitu:
1. Mcnghilangkan karbonat Bentonit yang telah dipreparasi awal, ditimbang sebanyak 100 g, kel1llldian didispersikan dalam 200 mllarutan Natrium asetat-Asam asetat I N (82 g natrium asetat dan 60 g asam asetat dalam 1000 mL aquades), kel1llldian distirer selama 24 jam, sehingga gelembung C02 yang merllpakan indikasi adanya karbonat sudah tidak tampak pada larutan. Suspensi bentonit dan Na asetat-asam asetat disentriii.Igasi, kemudian filtratnya
dibuang.
Purifikasi
karbonat
dilakukan
2
kali
untuk
menyempurnakan reaksi. Endapan yang dihasilkan diproses ke tahap selanjlltnya.
2. Mcnghilangkan Bcsi Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 300 ml larutan buffer sitrat (115 g (0,37 mol) natrium sitrat dihidrat, 8,5 g (0,1 mol) natrium bikarbonat, dan 70 g (1,2mol) natrium bikarbonat dalam IL aqllades), dan ditambahkan 36,54 gr Natrium Ditionat. Suspensi bentonit distirer selama 70 jam, kemudian disentrifugasi dan dicuci sebanyak empat kali dengan larutan Natrium klorida-asam klorida. Prosedur ini
31
diulangi sebanyak dua kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan yang dihasilkan diproses ke tahap selanjutnya.
3. Menghilangkan Mated Organik Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 500 mL larutan natrium asetat 1 N, kemudian ditambahkan 170 mL 30 % w/w larutan peroxida. Suspensi distirrer pada suhu 90°C selama 10 jam, kemudian dilanjutkan pada suhu kamar selama 20 jam. Setelah itu suspensi tadi disentrifugasi, kemudian filtrat dibuang dan endapannya dieuei dengan larutan NaCI 1 N sebanyak 3 kali. Endapan tersebut di fraksionasi.
4. Fraksionasi Endapan benton it dari tahap sebelumnya dieuci dengan aquades, untuk menghilangkan kelebihan garam, kemudian disentrifugasi. Filtratnya dibuang dan endapan didispersikan ke dalam 9 L aquades dan didiamkan selama 60 jam. Suspensi benton it dari bagian atas sampai 5 em dari bawah diambil dan dipanaskan di hot plate, kemudian dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 70°C selama 24 jam. Setelah itu benton it digerus dengan mortar, dan didapatkan benton it purifikasi. Selanjutnya benton it purifikasi dikarakterisasi dan diproses menjadi organac/ay.
32
3.4.3
Karakterisasi Bentonit Pnrifikasi
1. Penentnan Kapasitas Tnkar Kation (KTK)
Penentnan KTK bentonit purifikasi dilakukan untuk mengetahui ada tidaknya perubahan KTK bentonit setelah purifikasi. Prosedur penentuan KTK bentonit sebagai berikut: 1. Persiapan sampel Sebanyak 1,00 gram sampel bentonit ditambahkan 20 ml larutan NH 4Ac 3 M, kemlldian distirrer pada sllhu kamar selama 24 jam. Setelah 24 jam, suspensi benton it disentrifugasi selama 10 menit dengan kecepatan 5000 rpm, ekstrak NH4 Ac dibllang. Prosedur ini dilakukan sebanyak tiga kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan bentonit dicllci dengan etanol, kemudian disentrifugasi (penclician dengan alkohol dilakllkan hingga 5 kali). 2. Destilasi Setelah dicuci endapan benton it dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu didih kemudian ditambahkan 100 1111 aqllades, 10 1111 NaOH 50% dan beberapa butir labu didih, kemudian didestilasi. Destilat ditampung dalam Erlenmeyer 250 ml yang berisi 12,5 ml H2S04 0,1 N dan 5 tetes indikator Conway. Destilasi dihentikan jika destilat yang ditampung mencapai kira-kira 100 ml.
33
3. Titrasi Destilat dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai warna larutan berubah menjadi hijau. Dilakukan destilasi tanpa sampel bentonit sebagai blanko.
2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX Karakterisasi
bentonit
purifikasi
dengan
instrumen
SEM-EDAX
dilakukan untuk mengetahui unsur atau pengotor apa saja yang dapat dihilangkan atau dikurangi pada proses purifikasi.
3.4.4
Pembuatan Orga/locfay Pcmbuatan Organocfay dilakukan dengan mereaksikan bentonit
purifikasi dengan surfaktan kationik jenis amonium kwartener [~N+Cr]. Surfaktan
yang
digunakan
tallow)dimetilamonium
klorida
yaitu
DTDA
atau
[R2N+(CH3h]CI',
di(hydrogenated komposisi
rantai
karbonnya dapat dilihat pada Tabel 2. Sebelum pencampuran dengan surfaktan, benton it disuspensikan dalam air. Hal ini bertujuan agar bentonit mengalami pengembangan (swelling). Waktu !>welling bentonit divariasikan I hari dan 2 hari. Konsentrasi surfaktan juga divariasikan, yaitu konsentrasi rendah sebesar satu kali KTK, dengan massa surfaktan 1,78 gram, dan konsenlrasi tinggi sebesar dua kali KTK bentonit, dengan massa surfaktan 3,886 gram (perhitungan lihat Lampiran 2). Konsentrasi surfaktan dan waktu
swelling divariasikan untuk mendapatkan kondisi optimal pembuatan organoclay. Prosedur pembuatan organoclay adalah sebagai berikut:
34
1. Sebanyak 4,00 gr bentonit disuspensikan dalam 100 mL aquades,
kemudian distirrer selama 24 jam (untuk 1 hari swelling) pada suhu kamar dan dilanjutkan pada suhu 50-70°C selama 30 menit. Pada saat suspensi benton it dipanaskan, dibuat larutan surfaktan. Sebanyak 1,78 gram surfaktan DTDA (untuk organoclay low) dilarutkan dalam 20 ml eampuran aquades : 2-propanol 1: 1 dengan eara distirrer pada suhu 5070°C selama 30 menit. 2. Setelah itu larutan surfaktan dituangkan perlahan-Iahan ke dalam suspensi bentonit sambil distirrer dengan keeepatan tinggi pada suhu 5070"C selama 2 jam. Endapan disaring kemudian dicuei sebanyak 4 kali dengan pelarut surfaktan (aquades: 2-propanoll:l) dan 1 kali dengan 2propanol. Peneucian dilakukan agar organoclay bebas dari surfaktan sisa (sllrfaktan yang tidak berikatan dengan benton it purifikasi) dan bebas dari ion CI". Endapan dikeringkan di dalam oven vakulTI pada suhu 70°C selama 24 jam. Setelah itu, endapan digerus dengan mortar dan didapatkan organoclay. Organoclay yang dihasilkan dikarakterisasi dan diallalisa.
3.4.5
Karaktcrisasi Organoclay I. Kapasitas Tukar Kation (KTK) Prosedllr penentllan KTK organoclay sama dengan penentuan KTK benton it purifikasLPenentllan KTK organoclay dilakllkan llntllk mengctahlli ada tidaknya perubahan KTK benton it purifikasi setelah dibuat organoclay.
35
2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX Karaktedsasi
dengan
SEM-EDAX
dilakukan
untuk
mengetahui
masuknya surfaktan dengan melihat persentase unsur karbon (C). Sampel yang dianalisa sebanyak I sampel, yaitu organoclay (low, 2 had). Prosedur: Sampel di coating emas (Au) dengan kondisi vakum 10,1 - 10'2 mbar dan inert. Setelah di coating sampel dimasukkan ke dalam chamber dalam alat SEM, dengan kondisi vakum sampai 2,7 . 10.3 bar. Kemudian detektor EDAX diisi dengan N 2 cairo Selanjutnya electron
beam dinyalakan, dan siap dianalisa.
3. Karakterisasi dengan TGA Karakterisasi dengan TGA dilakukan untuk mengetahui stabilitas tennal
organoclay dan komposisi kandungan mated organik (surfaktan) dan mated anorganik (bentonit). Sampel yang dianalisa sebanyak 2 sampel, yaitu organoclay (low, 2 hari) dan organoclay (high, 2 hari). Prosedur: Sebanyak 10 - 20 mg sampel dimasukkan ke dalam
crlli.~ible
aluminium
oksid, kemudian dimasukkan dalam chamber TGA yang telah di set program pemanasannya sebagai berikut: 50 - 600°C dengan aliran gas N2 80 mllmenit. Iso tennal pada suhu 600°C selama 5 menit dengan aliran gas N2 80 mllmenit. 600°C - 900°C dengan aliran gas Ch 80 mllmenit.
36
4. Karakterisasi dengan XRn Karakterisasi dengan XRD dilakukan untuk melihat ada tidaknya peningkatan d-;,pacing organoclay dari benton it. Sampel yang dianalisa sebanyak 5 sampel, yaitu benton it, organoclay (low, I hari), organoclay (low, 2 hari), organoclay (high, I hari), dan organoclay (high, 2 hari).
Prosedur: Sam pel dituang ke sample holder, kemudian dipadatkan dan diratakan pennukaannya. Selanjutuya sample holder tadi dipasang ke dalam goniometer yang telah diset parameter pengukurannya, yaitu dengan menggunakan radiasi CuKu dengan kecepatan 0,5°/l11enit dan 28 (1-10)°.
BABIV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Analisa Kapasitas Tllkar Katinn (KTK)
Kapasitas tukar kation bentonit dan organoclay perlu diketahui untuk memastikan adanya pertukaran kation dari benton it dengan kation organik (amonium) dari surfaktan DTDA. Perhitungan KTK dapat dilihat pada Lampiran 1. I-Iasil penentuan KTK bentonit dan bentonit purifikasi dapat dilihat pada Tabel
3 dan hasil penentuan KTK organoclay dapat dilihat pada Tabel4. Tabel 3. KTK Bentonit dan Bentonit purifikasi Sampel
KTK (meq/l 00 gr)
Bentonit
45,05
Bentonit purifikasi
80,56
Data pada Tabel 3 menunjukkan bahwa KTK bentonit purifikasi lebih besar dibandingkan bentoni!. KTK bentonit sebesar 45,05 meqll 00 gr dan KTK bentonit puritikasi yaitu 80,56 meq/IOO gr. Hal ini berarti pada benton it purifikasi te~jadi
peningkatan KTK sebesar 34,50 meq/l 00 gr dari bentoni!. Peningkatan ini
terjadi karena pengotor-pengotor pada benton it purifikasi seperti Besi (Fe), Materi Organik (CI-IO) dan mineral pengotor lain telah dihilangkan, sehingga tidak menghalangi benton it untuk bertukar kation.
38
Tabcl4.
KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi sllrfaktan
,I i I i
,
i
KTK Waktll swelling 1 hari 2 hari
Or~anoclav (meg/IOO
gr) Konsentrasi Surfaktan Low High 16,43 9,01 15,35 9,01
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa KTK organoclay yang dibuat dengan konsentrasi surfaktan rendah (organoclay low) yaitu 16,3 meqll 00 gr (untuk 1 hari swelling) dan 15,35 meq/] 00 gr (untuk 2 hari swelling). Sedangkan KTK organoclay yang dibuat dengan konsentrasi surfaktan tinggi (organoclay high)
sebesar 9,0 I meq/lOO gr, baik untuk I hari mauplln 2 hari swelling. Ini berarti bahwa organoclay low, baik untuk 1 hari mallpun 2 hari swelling, memiliki KTK yang lebih linggi dibandingkan organoclay high. Hal ini disebabkan pada organoclay low, pertukaran kation anorganik dari benton it dengan kation organik
dari surfaktan lebih rendah dibandingkan organoclay high. Selain itu pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa waktu swelling 1 hari dan 2 hari tidak berpengaruh seeara signifikan pada nilai KTK, baik pada organoc!ay low maupun organoc!ay high. Hal ini menunjukkan bahwa waktu swelling benton it selama I hari sudah optimal. KTK organoclay mengalami penurunan bila dibandingkan dengan KTK benton it maupun bentonit purifikasi (Lihat Tabel 3). Hal ini c1isebabkan kationkation anorganik pada organoc!ay telah dipeltukarkan dengan kation organik yang berasal dari surfaktan. Hal ini selanjutnya dapat dipastikan dengan data yang diperoleh dari analisa SEM-EDAX. Menllrut hasil analisa SEM-EDAX, persentase lInsur karbon pada organoc!ay meningkat dibandingkan bentonit
39
mallplln benton it purifikasi (Lihat Tabel 5). Hal ini menllnjukkan masuknya surfaktan DTDA yang memiliki rantai alkil panjang (Lihat TabeI2).
4.2
Analisa Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive by X-Rays (SEM-EDAX)
Analisa dengan SEM-EDAX pada benton it dilakukan untuk mengetahui unSllr yang terkandung. Pada benton it pllrifikasi analisa SEM-EDAX dilakukan llntuk mengetahui llnSllr atau pengotor yang dapat dihilangkan pada proses purifikasi. Sedangkan analisa SEM-EDAX pada organoc/ay dilakukan untuk memastikan masuknya sllrfaktan pada bentonit. Grafik spektrum SEM-EDAX dari bentonit, benton it pllritikasi dan organoc/ay (low, 2 hari) dapat dilihat pada Lampiran 3, 4, dan 5. Spektrllm terse but dirangkum pada Tabel 5. Tabel5.
Kandllngan beberapa llnSllr dari bentonit, benton it purifkasi dan organoclay (low. 2 hari) Persentase (%)
Sam pel
0
AI
Na
Mg
SI
39
0,83
1,77
31,66
10,88
0
41,71
5,56
1,79
36,33
13,17
2,71
31,38
0,23
1,09
19,29
7,36
C
Ca
Fe
Bentonit
5,86
2,61
5,89
Bentonit
0
0
37,3
0
purifikasi
Organoc/ay (lOll', 2 hari)
Hasil analisa SEM-EDAX bentonit purifikasi pada Tabel 5 menllnjukkan adanya penurllnan persentase berat beberapa unsur dari bentonit. Persentase berat Fe, C, dan Ca pada bentonit beliurut-turut adalah 5,89%, 5,86% dan 2,61%,
40
persentase berat unsur tersebut menjadi 0% pada benton it purifikasi. Hal ini menunjukkan bahwa purifikasi telah berjalan dengan baik, karena pada proses puritikasi dilakukan penghilangan karbonat, besi dan materi organik. Tetapi hasil SEM-EDAX pada organoclay menunjukkan adanya sebaran Fe dengan persentase berat 2,71 %. Kemungkinan hal ini disebabkan oleh penyebaran besi dalam sam pel yang tidak merata. Persentase berat Na pada bentonit purifikasi mengalami kenaikan dari bentonit, yailu dari 0,83% menjadi 5,56%. Hal ini dikarenakan pada proses puritikasi ditambahkan senyawa-senyawa kimia yang mengandung unsur Na, seperti Natrium karbonat (Na2C03), Natrium bikarbonat (NaHC03), Natrium klorida (NaCI), Natrium asetat (CI-I 3COONa), dan Natrium ditionat (Na2S204). Dimana Na tersebut akan bertukar dengan kation surfaktan pada proses pembuatan organoclay. Selain itu pada Tabel 5 menunjukkan bahwa persentase berat lInsur C pada
organoclay mengalami peningkatan dari bentonit purifikasi, yaitu dari 0% menjadi 37,3%. Hal ini menllnjukkan masllknya surfaktan DTDA yang memiliki rantai hidrokarbon panjang (Lihat GambaI' 7). Selain itu kandungan lInslir Na dan Mg pada organoclay mengalami penurunan. Penllrllnan persentase berat Na dan Mg berturllt-tllrllt yaitu dari 5,56% dan 1,79% menjadi 0,23% dan 1,09%. Hal ini dikarenakan kation Na dan Mg pada organoclay telah dipellukarkan dengan kation organik (amonium) dari surfaktan DTDA.
41
4.3
Analisa X-Ray Diffraction (XRD)
Analisa dengan XRD dilakllkan lIntllk mengetahlli d-spacing Uarak antar lapisan mOllmorilonit). Analisa dilakllkan pada bentonit lIntllk mengetahlli d-
spacing awal sebeillm surface treatment dan pada organoclay lIntllk mengetahlli ada tidaknya peningkatan d-spacing setelah penambahan sllrfaktan. Grafik spektrum XRD bentonit dan organoclay dapat dilihat pada Lampiran 6 sampai 10. Perhitungall d-spacing bentonit dan organoclay dapat dilihat pada Lampiran 11. Data ini dirangkllm pada Tabel 6.
Tabel6. Data XRD bentonit dan organoc/oy Sam pel
1. Bentonit
d-spacing (nm) 1,49
2. Organoclay
- (low, I harl)
3,12
- (low, 2 harl)
3,36
- (high, I harl)
2,28
- (high, 2 hari)
2,26
Data XRD pada Tabel 6 menunjukkan adanya peningka!an d-spacing pada
organoclay dari benton it. Peningkatan d-spacing ini mengindikasikan masuknya moleklll sllrfaktan dan mengisi ruang antar lapisan bentonil (Lihal iluslrasi surface
treatment pada Gambar 4). Nilai d-spacing organoclay low untllk I harl dan 2 hari swelling berturulluru! sebesar 3,12 nm dan 3,36 nm, sedangkan d-spacing organoclay high lInlllk I
42
hari dan 2 had swelling berturut-turUl sebesar 2,28 nm dan 2,26 nm. Ini berarti bahwa orgalloc!ay low baik untuk 1 hari maupun 2 had swelling, memiliki dspacing yang lebih tinggi dibandingkan organoc!ay high. Peningkatan d-.\pacing organoc!ay (low, 2 had) dari benton it sekitar 1,87 nm, yaitu dari 1,49 nm menjadi
3,6 nm. Peningkatan ini jauh lebih besar dibandingkan organoc!ay (high, 2 hari), yang peningkatannya hanya O,77nm yaitu dari 1,49 nm menjadi 2,26 nm. Hal ini menllnjukkan bahwa organoc!ay low, yang konsentrasi surfaktannya sebesar I kali KTK benton it purifikasi, terjadi peningkatan d-spacing yang optimal, karena penambahan sllrfaktan sesuai dengan KTK benton it. Sedangkan pada organoc!ay high, yang konsentrasi surfaktannya sebesar 2 kali KTK benton it pllrifikasi, dspacing nya hanya mengalami sedikit peningkatan dari benton it. Hal ini
kemungkinan dikarenakan suspensi organoclay mengalami kejenuhan dan surfaktan pada lapisan bentonit tersusun seeara lateral 1 lapis (Lihat GambaI' 5), Waktu swelling benton it, baik pada organoc!ay low maupun organoc!ay high, tidak berpengaruh seeara signifikan terhadap d-spacing organoc!ay. Hasil
analisa ini sesllai dengan hasil penentuan KTK pada organoc!ay, yang juga tidak mengalami perubahan dengan waktu swelling. Hal ini menunjllkkan bahwa dalam waktu 1 hari pengembangan bentonit sudah optimal.
43
4.4
Analisa Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) Analisa dengan TGA dilakukan untuk mengetahui kestabilan organoclay
terhadap panas dan komposisi kandungan mater! anorganik (benton it) dan mater! organik (surlilktan). Grafik kestabilan panas organoclay (low & high, 2 hari) dapat dilihat pada Lampiran 12 dan 13. Data ini dirangkum pada Tabe! 7.
Tabel 7. Data Analisa TGA dari Organoclay (low & high, 2 har!) Sampel
Organoclay (low)
288,28
Residu / Bentonit (%) 63,03
Organoclay (high)
268,85
49,96
Onset
te)
Weight loss / Surfaktau (%) 36,97 50,04
Data pada Tabel 7 didapat suhu degradasi awal pada organoclay low yaitu 288,28°C, sedangkan pada organoclay high sebesar 263,85°C. Hasil tersebut menunjukkan
bahwa
organoclay
low
lebih
stabil
terhadap
pemanasan
dibandingkan organoclay high. Hal ini dikarenakan pada organoclay low, konsentrasi surfaktan yang tidak berlebihan atau sesuai dengan kapasitas tukar kation benlonit. Sedangkan organoclay high, menunjukkan konsentrasi surfaktan yang berlebih. Hal ini kemungkinan dikarenakan pada proses pemurnian surfaktan bebas (Lihat bab 3.4.4 no. 2) tidak sempurna, sehingga surfaktan yang berlebih masih terdapat diluar benton it (tidak terikat dengan benton it). Kelebihan surfaktan tersebut tidak baik untuk organoclay yang nantinya akan dipadukan dengan polimer yang memiliki suhu proses tinggi.
44
Hasi I ini sesuai dengan penelitian yang diakukan oleh S. Limpanart dkk., bahwa pelnpisan surfaktan (surfactant coverage) yang berlebih akan menghalangi masuknya polimer ke dalam organoclay. Sehingga pencampuran antara keduanya tidak sempurna atau masih dalam dua fasa, ini beratii organoclay masih sebagai mikrokomposit atau komposit konvensional. Sebaliknya dengan surfactant coverage yang rendah pencampuran antara polimer dan organoclay lebih baik
atau terbentuk nanokomposit interkalasi (Limpanart, 2005). Hasil yang sama juga dikemukakan oleh S. Apiwantrakul, dkk., bahwa sur/ixtanl coverage clay yang rendah dapat meningkatkan formasi nanokomposit (Apiwal1trakul, 2005).
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimplllan
1. Hasil uji XRD dari organoclay low menllnjukkan peningkatan d-spacing yang tinggi dari bentonit alam, yaitu dari 1,49 nm menjadi 3,12 nm untllk 1 hari swelling dan 3,36 nm untuk 2 hari swelling. Hasil uj i TGA dari organoclay low menunjukkan kestabilan panas yang baik dengan suhll awal terdegradasi yaitu 288,28 2. Sedangkan
hasil
uji
XRD
°e.
dari
organoclay high
menunjukkan
peningkatan d-spacing yang lebih keeil dibandingkan organoclay low, yaitu sebesar 2,28 nm untuk 1 hari swelling dan 2,26 nm untuk 2 hari
swelling. Hasil uji TGA pada organoclay high menllnjllkkan kestabilan panas 20°C lebih keeil dibandingkan organoclay low, yaitll sebesar 263,85°C. 3. Berdasarkan kedlla hasil analisa XRD dan TGA tel'sebut diatas dapat disimpulkan bahwa konsentrasi sllrfaktan bel'pengal'uh terhadap sifat
organoclay. Organoclay dengan konsentrasi sllrfaktan rendah memiliki sifat yang lebih baik dibandingkan organoclay dengan konsentrasi surfaktan tinggi.
5.2
Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memadukan organoclay low
yang memiliki sifat lebih baik dengan polimer, sehingga dapat diketahui apakah dapat menghasilkan nanokomposit dengan sifat-sifat yang lebih baik dad polimer murni.
DAFTAR PUSTAKA
Alexandre, Michael, Philippe Dubois. 2000. Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, propertiesand uses of a new class of materials. Materials Science and Engineering, 28, 1±63. Ammann, Lars. 2003. Cation Exchange and Adsorption on Clays and Clay Mineral. Disertation Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Christian - Albrechts - Universitat. Kiel-Jerman. Anonimous. 1986. Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry. vol A25. VCH D6940. Jerman. Anonimous. 2004. Proyek Kerja Dinas Pertambangan www.distam-propsu.go.id. 3 Juli 2006.
Sumatera
Utara.
Anonimous. 2005. Pemanfaatan Bentonit. Dinas Pertambangan dan Energi. Propinsi Jawa Baral. http://www.distamben-iabaI..go.id/modules.php? name=News&fiIe = article &sid =35. 29 Agustus 2006. Anonimous. 2005. Nanomaterials, Nanotechnology and Their Relevance to Polymers. www.plastemart.com. 10 April 2006. Anonimous. 2006. Clay. http://en.wikipedia.org/wikilClay. 10 April 2006. Anonimous. 2006. Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy. http://en.wikipedia.org/wikilwavelength dispersive x··ray spectroscopy. 8 September 2006. Anonimous. 2006. http://www.biomininc.com/sediment%20barriers.htm. Sediment Stabilization And Permeable Barriers With Organoclay. 12 April 2006. Anonimous. 2006. Materi Training Teknologi Plasik. Dasar-Dasar Kimia Polimer. Scntra Teknologi PolimeI', 4 s.d 6 April 2006. Anonimous. 2006. Processing Polymeric Nanocomposites, www.plastictrends.net/articles/pnc.htm. 8 September 2006. Anonimous. 2006. Produet Identification Chemical Land. Bis (hydrogenated Tallow Alkyl) Dimethyl Chloride. http://www.ehemicalland21.com /specialtychem/spmenuOl.htm. 16 Juni 2006. Anonimous. 2006. Surfaetants. http://www.lboro.ac.uk / departments / cg / Projects / 2002 / mulcare / Pw theory.htm. 6 Agustus 2006.
47
Apiwantrakul. S. dklc, 2005. Insitu Intercalative Polymerization of the Polistiren. Journal of Polymer Science. vol 95, 85. ArUin, M. I-Iasanuddin dan Haswi P, Suwoto. 1996. Bentonit Indonesia. Majalah BPPT Edisi No LXXVI/Nopember/1996. Hal 92 - 96. Arinn, M. Suhala, Supriatna. 1997. Bentonit di Indonesia. Bahan Galian Industri. PPTM. Arsyad, M. Natsir, 2002. Kamus Kimia. Penerbit Gramedia, Jakm1a. Astuti, Retno Hadi. 2005. Purifikasi dan Modinkasi Organoclay. Skripsi Program Sarjana. Departemen Kimia Program Ekstensi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Indonesia. Cahyo, Ariel' & Heru S. 2005. Pengemasan Teknologi Nano (Pembungkus Makanan Lebih Awet. Majalah Sentra Teknologi Polirner, Vol 4, No. 17, Januari - April 2005. Elisa., 2004. Kimia Tanah. http://elisa.ugrn.ac.id. 9 April 2006. Gungor, N., 2000. Effeet of The Adsorption of Surfaetant on The Rheology of Na-Bentonite Slurries. Journal of Applied Polymer Science. Vol 75, 107 - 110. Griinberger, A., 1999, Training on Plastics Engineering, Scanning Electron Microscopy (SEM), Polimer Lab, Indonesia. Hull, Richard. 2004. The Bolton Fire Material Library. Thermal Analysis, httr:llwww.bolton.ac.ukJftre/TGA.png. 27 Agustus 2006. Kellner, R. Mennet & J. M. Otto. 1998. Analytical Chemistry. Willey-VCH, Jerman. Kloprogge, J. T. 1998. Synthesis ofSmectites and Porous Pillared Clay Catalysts: A Review. Journal of Porous Materials 5, 5-4 L Las, Thamzil. 2004. Potensi Zeolit Untuk Mengolah Lirnbah Industri dan Radioaktif. http://p2plr,batan.go.id/artikel/zeolit.html. 9 April 2006. Limpanart, S., S. Kuthon, P. Taepaiboon, P. Supaphol, T. Srikhirin, W. Udomkichdecha, Y. Boontongkong. 2005. Effect of The Surfactant Coverage on The Polystyrene-clay Nanocomposites Prepared by Melt Intercalation. Elsevier: Material letters, 59, 2292-2295. Liza, Chandra. 2005. Pengaruh Konsentrasi Organoc/ay Pada Pendispersian Lapisan Silikat Nanokomposit Polipropilen-Organoc/ay Dengan Compatibilizer PP-g-MA. Tesis Program Pascasarjana Fakultas
48
Matematika dan IImu Pengetahuan Alam. Program Studi IImu Material. Universitas Indonesia. Nhap,
Mo Tai Khoan. 2005. Polyme Nanocompozit. Dang & httj]://vi.wikipedia.org/wikilPolyme nanocompozit. 2 Mei 2006.
Osgerby, Stephen, Dipak Gohil, dkk. 1998. Measurement of Growth Strain in Oxide Scales by Parallel Beam X-Ray Diffraction. h1!I2://m idas.npl.co. uk/midas/content/images/mn27fig l,gif. 12 April 2006. Perkes,
Paul. 1999. Scanning Electron Microscopy (SEM). http://acept.la.asu.edu/PiN/rdg/elm icr/elmicr-sem.gif. 12 Apri I 2006.
Pullman. 2004. Cation Exchange Capacity. Washington State University. Tree Fruit Research and Extension Center. http://soils.tfrec.wsu.edu /webnutritiongood /soilprops/04CEC.htm. 12 April 2006. Sudrajat, Adjat. 2004. Bentonit. Bahan Galian Industr!. PPTM. Wibowo, Arif. C. 2005. Nanoclay Potensi Untuk Kemasan Superior. Majalah Sentra Teknologi Polimer. Vol 4, NomoI' 19, Oktober·- Desember.
49
Lampiran 1
Perhitungan Kapasitas Tukar Kation (KTK) bentonit alam, benton it purifikasi dan organoclay
1. Standarisasi NaOH dengan asam oksalat Keterangan: N asam oksalat = 0,1 N V asam oksalat = 10 mL Standarisasi dilakukan dua kali karena stok larutan NaOH awal habis, sehingga dibuat larutan NaOH baru dan distandarisasi lagi. Data titrasi asam oksalat dengan NaOH Volume NaOH (mL) Standarisasi 1
Standarisasi 2
9,4
10,1
9,4
10,1
9,4
10
9,4
10,07
Perhitllngan N NaOH - Standarisasi 2
- Standarisasi I Milickivalcn NaOH = milickivalcs Asam oksalat =
V oks • N oks 10 mLx 0,1 N
9,4mL =
0,106 N
10 mLx 0,1 N 10,07 mL
=, 0,099 N
50
2. Data titrasi sam pel dengan NaOH a. NNaoll = 0,106 N
Volume NaOH (mL) ----
Blanko
Bentonit purifikasi
Organoclay (low, I hari)
Organoclay (high, I hari)
Organoclay (high, 7 hari)
21,00
13,40
19,80
20,30
20,20
21.20
13,60
19,80
20,20
20,30
2L10
13,50
19,55
20,25
20,25
--
b. NNaOl1 = 0,099 N
Volume NaOH (mL) Blanko
Bentonit alam
Organoclay (low, 2 hari)
22,20
18,10
21,00
23,10
18,10
21,20
22,65
18,10
21,10
3. Perhitungan KTK (1110'1 /100 gr) = (mL NaOH blanko- mL NaOH sampel)x N NaOI-' x 100 massa sampel
a. NNaOl1 = 0,106 N KTK
b~ntonit purifikasi = (2 ],1 0 -13,50)mL x 0,106 fllC%L x 100 gr = 80,56 mcj{oo I gr
r
'
KTK organoclay (I0H', 1hari) - (21, 10 ~ 19,5S)mL x 0,106 mC%L x 100 gr == 16A3 mC,%Xlgr I gr
KTK organoclay (high I har;) - (21,10 - 20,25)mL x 0, 106 ""%, 1()O _ 9 0' , " I x . gr - , gr
m,q/
KTK organoclay (high, 2 har;) - (21,10- 20,25)mL x 0, 106 ~% .. x I00 gr = 9,01 I gr
m,y,;.,.
/WOgr
51
b.
NN"OII
= 0,099 N
KTK bcntonit alam
(22,65-18,1 O)mLx 0,099"";;;;,1. I OA~ =45 05""'/ I gr
KTK organoclay (low , 2 had)
=
x
vgr
(22,65 - 21,10 )mL x 0,099 m"%L I gr
X
,
!IOOgr
100 gr -_I :->,.)) - ,,- me'l/ /J()()gr
52
Lampiran 2
Perhitungan Konsentrasi Surfaktan Low dan High berdasarkan KTK Bentonit Purifikasi
1. Keterangall KTK belltonit purifikasi Mr surfaktan DTDA
=
80,56 meq/lOO gr = 3,224 meq/gr
= 552 gr/mol
Dicari Illassa surfaktan untuk 1 KTK dan 2 KTK 2.
Perhitullgan
I Massa surfaktan untuk 1 KTK . pun'fik' Illassa I x KT I( bcntomt 1 aSl = - mr 1
x 3,224
III
11111101
552
= 3,224 mmol x 552 mg/lllmol
III
= 1780 mg = 1,78 gr
2 Illassa surfaktan untuk 2 KTK 2 x 3,224 III
m
11111101
552 = 6,448 mmol x 552 mg/mmol =
3556 mg
=
3,556 gr
nnpiran 3 Clrafik spc\;!rum SEi';t·-EDAX bentonit C:IEelsIUS mOrcler ED/IX\2006VIgusllbentonitIRaw Bentonile3.spc Label:Rclw Bentonile3
kV:W.O TiltC.O
T8ke-olf:358
Del Type:SUTW'
Res:130
Tc:50
: 3257 Leec: 100
01< SII< I
Cal<
0.70
1.30
1.90
2.50
1<1< .. ,,.,
. ,~.
-"-
--.. _-,-
-"-"--+~'-I-------l--'"'-----'-l-
3.10
~~-"""~'-"
3.70
,.
-
Fel<
,,-
4.30
.. J--
4.90
5.50
EDAX ZAF Quantification (Standardless) Element Normalized SEC Table: Default
'!it_·._%._ _A_t_'1_._I< - R,:..'::..t
_E I_em_e_n_t
c
I(
S.fJG
0 I( Nal(
39.00 0.83
t-'lgK
1. Tl
AIK SiK
10.88 3 ~_ . 66
I(
I(
CaK Fel<
Total
0 "---_-=-
,=-'
10.22 51. 06 0.76 1. 53 0.15 23.62
. '19
O.BO
2.61 .5.89 100.00
1. 30 2.21 100.00
~
0.01<13 0.2217 0.0057 O.Ol~~
0.0926 0.2766 0.0133 0.02~0 0.0~89
-'-'-
_
6.10
670
54
,-'--,---------------------------------- ------- ---------------" --'I I:'., ,, ,', K
o K NaK l"lgK
/ilK
SiK elK K K F'eK
I[ILt~.
10. ,} I} lTl.5G 31.35 0.73 ~)
'1 • ·1 C
201.77 19.29 4,30 1.81
Int.
ELTOI
PIB
3. 1::\
'1.05
2.81 41. 68
Cj • '19 " , 91 ') . 31
0.7 J 1. 98 6.40 1.4'7 0.72
~J
•
11
3.98 3,97 0,90
2.71 8.14
10.50
6.17 1 . 14
10. ,1 'I 39. ,19 4. 85
1.08 2.01
55 piran 4 Grafik spektrul11 SEM-EDAX bentonit purifikasi .. _-~-------
;:\Eds\USR\Order EDAX\2006\Jun\bentonit\Clay A-4.spc .abel:Clay A-4 V:10.0 TiltO.O
Take-off:363
Det Type:SUTW+
Res:130
3: 3302 Lsec: 100
Tc:50 1l-Nov-200610:49:2
o
Si
Al Na
Mg K --
_. __
!--_."
.~--~\.,--
0.60
.---!--,~-------~
1.60
..,_.,+
2.10
- -..
_._-~._~
2.60
---_..'!----'
3.10
._--_..
~._-+._.------:
3.60
4.10
EDAX ZAF Quantification (Standardless) Element Normalized SEC Table: Default
Element a K NaK MgK A1K SiK K K Total
Wt 41.71 5.56 1. 79 13.17 36.33 1. 43 100.00
~(,
At 54.99 5.10 1. 56 10.30 27 .29 0.77 100.00
,~
K-Ratio
0.2607 0.0410 0.0148 0.1130 0.3153 0.0126
Z
1. 0385 0.9644 0.9848 0.9528 0.9781 0.9180
A 0.6016 0.7622 0.8292 0.8917 0.8872 0.9631
F
1. 0004 1. 004 0 1.0078 1.0100 1.0001 1.0000
4.60
_-~
56
Element 0 K
NaK MgK A1K Si.K K K
Net Inte. 107.20 17.00 0.90 41. 93 101.60 1. 91
Bkgd Inte. 4.20 5.16 0.62 0.13 0.07 1. 80
Inte. Error 1. 00 3.01 6.97 1.72 1. 04 12.29
PIB 25.54 3.39 1. 06 8.17 20.00 1. 06
57 lpinm 5 (J1"~"ik SPCkll"lI111 SE~I-EDAX orgalloc!ay (lOll', 2 har!) ---'-"-~-'---'---'''''''''---''-''-------'----~------
EDM~1:'006\A'JlIsl\benlonit\Benlonile<
C\EcJs\USmOrder
DTA tow2.spc
Label: Bentonite'" DT i\ low2
"s : 4708
Oet Type:SUTW+
'Take-off:35.8
kV:10.0 TiILOO
Res:130
Tc:50 29-Aug·;\006 12:03:4
Lsec: 100
01<
SiK ,
:KI ., .
.'
!
~ !
AIK
i .
MgK,
NaK. ----~--+-.
-
0.80
1< .. K
,
--.. I
1.50
2.20
2.80
,
,
3.60
4.30
5.00
EOAX ZAF Quantification (Standardless) Element Normalized SEC Table: Default
,It %
Element C K a 1< Nal(
1"9K AlK
Sit, i< K FeK
Total
37.30 31 . JFJ
o
r\
r"
.""
] .09 7.36 19 . :29 0.62 :2 . '7l lOIJ.OO
l<-Ratio
At %
50.53 j 1 . ~l ] [) .17 0.73 .1.
~ ~
1l.11J 0.26 0.79 100.00
0.1311 U. -\-'1;J G 0.0017 0.0089 0.0626 lJ.l.698 lJ.n055 0.0218
--.. --_._--------
'I
I
,
Z
1.0367 1.0135 0.9396 0.9586 0.9282 0.9535 o. 8 9~ 7 0.803-,
A
0.3389 1J.~673
O. '7 ~
6~
0.8~90 0.910~
0.9229 0.9850 1.002~
5.70
F,l"< 6.40 7.10 --_._--
58
C 1< K t131< Hgl\
o
11. ,I, >' J
"i.92
~>13.=q
7.9L: ~) . 51
? , ~I S 1·1,
j
6
10.;;0
1\1.I(
92,49
\) , 15
SiK !< 1< ,'eK
218.20
(1.78
3.79
3.96 1. :2 8
1. -; ':
1 .00 0.66 15,89 4 . 11 1.14 0.70 10. 1 8 11.
n
11.4;;
30.72 0.31 1.41 10.11 2<1.85 0.83 1. 36
59 ~iran
6 Gratik spektrum XRD benton it
1000 800
2'
"::>
600
0
~ >.
"""
Ul
I
I
400
(])
.5
200 0 0
4
2
8
6 2 theta angle (deg)
---
... _ - - - ~
28 (0)
Intensitas
5.710407 5.723982 5.737556 5.751131 5.764706 5.778281 5.791855 5.80543 5.819005 5.832579 5.846154 5.859728 5.873303
775 743 785 740 681 767 821 746 684 754 717 757 726
10
12
60 piran 7 Grafik spektrum XRD organoclay (low, 1 hari)
1000
-
~
U> C ::l
0
.!:~ U>
c
.'"=
800 600 400 200 0 0
-_._-
2
4
6
8
2 theta angle (deg)
28 (0) 2.751131 2.764706 2.77828 2.791855 2.80543 2.819005 2.832579 2.846154 2.859729 2.873303 2.886878 2.900453 2.914027
Intensitas 356 344 374 387 385 351 391 362 370 363 356 361 329
10
12
61 piran 8 Grafik spektrum XRD organociay (iow, 2 hari)
800
:§' 600
~
c:
::l
o(.)
~ 400 til
c:
2
.E 200
~
o
o
2
4
6
8
2 theta angle (deg)
29 (0) 2.547511 2.561086 2.574661 2.588235 2.60181 2.615385 2.628959 2.642534 2.656109 2.669683 2.683258 2.696833 2.710407
Intensitas 269 247 239 246 267 234 270 228 236 216 206 223 254
10
12
L~
OL
pinm 9 Grafik spektrum XRD organoclay (high, 1 hari)
1000
"'-
800
<:
::l 0
-':!. ~ fJ) <:
600
-
400 -
.l!l <:
200 0 0
_
'2
6
4
8
2 theta angle (deg) ... __
. ~ -
28 (0) 2.873303 2.886878 2.900453 2.914027 2.927602 2.941176 2.954751 2.968326 2.9819 2.995475 3.00905 3.022624 3.036199
Intensitas 173 171 201 192 192 182 183 161 175 175 156 173 166
10
12
63
,piran 10 Grafik spcktrum XRD organoclay (high, 2 hari)
--'-"~'
~._---
1000
-
~
II>
800
<::
::J
0 ~
:?i' II>
<::
600 400
Q)
.5
200 0 0
2
4
6
8
2 theta angle (deg)
28 (0)
Intensitas
3.864254 3.877828 3.891403 3.904977 3.918552 3.932127 3.949701 3.959276 3.972851 3.986425 4 4.013575 4.027149
135 137 136 132 131 134 143 128 126 123 122 163 142
'10
12
64
Lampiran II: Perhitungan d-spacing benton it dan organoclay Keterangan,
A ~ 1,542
A
I1A~2dSin(l
d
~
A/ 2 Sin (l
1. Bentonit 2(l
~
5,79"
d
~
1,542 / (2 Sin 2,895)
2(l
~
3,95 0
~
1,49 nm
d
~
1,542/ (2 Sin 1,94)
~
2,28 nm
4. Organoclay (high, 1 hari)
2. Organoclay (low, 1 hari) 2(l ~2,83" d
~
1,542/ (2 Sin 1,42)
~
3,12 nm
3. Organoclay (low, 2 hari) 2(l
~
2,63"
d
~
1,542/ (2 Sin 1,315)
~
3,36 nm
5. Organoclay (high, 2 hari) 2(l
~
3,90
d
~
1,542/ (2 Sin 1,95)
~2,26
nm
65
liran 12 «rull!: kc::wbilaIlIX1I1
-----------.u
;n r---------- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
"I
"g E JB
- ..I
))
o
"ro
,0
::J
•
D
0
:'l
"
N
w w
,""
'I
c' 0
)
,-, , ,.
',1'
,
ro
~
QJ 0 0
0
ro
ro
,
"
""
..,
on
,-
I'-
0 0
," n,
.
0
<,
I'-
".
0
on
i:;
\-'1
'"
c-
I C )
I
a
" ,',,- , ".
0
'"0
,I'
d;
(.)
1
[
t.~1
w
""'"
,[,
,,,
>:
'"<,c, ",",
',-
u .-1 ,"1
'"
0,
;!.i rl:11 ,, , r:
,:
0
'0 ,'~
",c
'", ,
(')
'" '"
ill
lJ.l
:2:
a '0
-
c,
",
,.-I
fJo-
-
.,
u)
n",
,n
.1I W '0
e" "I: 1"
0
0
,. ,. , , , [)
<>
,"
n,
I-
fr::
I'-
N
(
~
0
7-~
'-'",
.',,,, ,-,,
1• 1•
"
7-~
0
C'I
0
Cl
'" ~
.,)'
rc> ,n
I
~,
".",
u·
Co
I-
f-
C~,
,
fr:: C/')
0
"u
,
~..,
C/')
0'
~
~
__
~
on
0
<>
",.0
------- ""-,
0 ,0
0 '0
.'.
~
~
I", IUJ
0
,.,"
N
:2:
'"
"..' 0'
t: ,0 -, ,'. "ro '" ,-, 0
,
,0
".(;-
"'" ".
-
0 0 N
co
N
~
ill
.S '" ~
"'6 0..
.~
0 0
on ~
0 ~
"'6 ~
13.07.2005 13:04:26
oemonn: + U IlJA High (TGA)
-
'1
I
-2.0066 t
-0.<:182 't
".s:
B€"~::.cniL
-i-
Be':l:.oni t
-=::z;:,\
CO""
,;s.,,'(
~
.:-i:;;h
(TG.~)
I
13.07.20S6
DTDP. :-:.igrJ
(Tel'.;
1
2 C• S 7 2 ~ :l:-;;
DTDl~
ll:':;2:~=:6
II r,
I I
\1 ~
~
'"""
I
>:
z
1
s:~: -24.l2e, •
1\'""'
:.;-, ".SS leu",
:2
';S.SS9C~
o
~
~
;S
~ \~ ~
I
\
I
\
;:;-
, I
\1~
;;
,,~ /....l ~
'"
~.
~
See" -18.C<21 ;
~
I
-3.767:~q
~
Seep -'.6610 , -1.0146 mg ",~.
_. _ _•
ISO
2eO
250
1/11111111111', 10
15
20
300
350
I'1'11'1' j i I
2S
30
lologi Polimer: METTLER
40:)
450
500
550
'II II I'I " l. " j , I I "i i '' I ' ill I
35
40
45
50
:.0600600
-i_
650
700
I III'" I , 'v l l l l ] !~"'" .:" 1111111 ':5
60
65
70
750 j
" "I ' I'", J, 75
(
~kl E~O
eoo
i II" , 80
j
oc/
I j I I 'j I t I i "' ,\ 85
!7,:,n
I
G' G'
