PENGARUH Ca-Mg-Al HYDROTALCITE DARI BRINE WATER PADA SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HTLC-EVA
Disusun oleh :
WIWIEK KARINA M0311073
SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Oktober, 2015
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH Ca-Mg-Al HYDROTALCITE DARI BRINE WATER PADA SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HTLC-EVA” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka
Surakarta, Oktober 2015
WIWIEK KARINA
PENGARUH Ca-Mg-Al HYDROTALCITE DARI BRINE WATER PADA SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HTLC-EVA WIWIEK KARINA Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36A, Kentingan, Surakarta 57126 ABSTRAK Ca-Mg-Al hydrotalcite-like compound (Ca-Mg-Al HTlc) disintesis dengan metode kopresipitasi menggunakan brine water. Struktur Ca-Mg-Al HTlc ditentukan dengan analisis X-Ray Diffraction (XRD) dan Fourier Transform Infrared (FTIR). Ca-Mg-Al HTlc dimanfaatkan sebagai filler pada matriks polimer etilen vinil asetat (EVA). Komposit dengan konsentrasi filler berbeda dibuat untuk mengetahui pengaruh Ca-Mg-Al HTlc pada sifat termal dan mekanik EVA. Keberadaan Ca-Mg-Al HTlc dalam komposit dianalisis dengan FTIR. Sifat termal komposit dianalisis dengan Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA), Derivative Thermogravimetric (DTG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), dan bom kalorimeter. Penambahan Ca-Mg-Al HTlc pada matriks polimer EVA dapat memengaruhi sifat termalnya dengan kemampuannya menurunkan temperatur degradasi material, dapat menurunkan laju reduksi massa polimer. menurunkan dan menaikkan nilai entalpi pembakaran, dan mengubah tahapan reaksi ketika terdegradasi. Selain itu, sifat mekanik komposit ditentukan dengan uji tarik. Hasilnya menunjukkan bahwa tensile strength dan elongation at break komposit menurun dengan penambahan Ca-Mg-Al HTlc. Kata Kunci: Brine water, etilen vinil asetat, hydrotalcite, sifat mekanik, sifat termal
THE INFLUENCE OF Ca-Mg-Al HYDROTALCITE SYNTHESIZED FROM BRINE WATER TOWARD THERMAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF HTLC-EVA COMPOSITE WIWIEK KARINA Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University, Jl. Ir. Sutami 36A, Kentingan, Surakarta 57126 ABSTRACT Ca-Mg-Al hydrotalcite-like compound (Ca-Mg-Al HTlc) was prepared by co-precipitation method using brine water. The structure of Ca-Mg-Al HTlc was determined by X-Ray Diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FTIR) analysis. Ca-Mg-Al HTlc was studied as filler in ethylene vinyl acetate (EVA) matrix. Composites with different filler concentrations were prepared to evaluate the influence of Ca-Mg-Al HTlc toward thermal and mechanical properties of EVA. The presence of Ca-Mg-Al HTlc in the composite had been analyzed by FTIR. Thermal properties of composites were analyzed by Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Thermal Analysis (DTA), Derivative Thermogravimetric (DTG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and bomb calorimeter. The addition of Ca-Mg-Al HTlc influences thermal properties by its ability to reduce temperature of degradation, decrease the rate of weight loss, increase and decrease the enthalpies of combustion, and could change reaction stage of polymer degradation. Further, mechanical properties were determined by tensile test. The result shows that tensile strength and elongation at break of composites decrease relatively by Ca-Mg-Al HTlc addition. Keywords: Brine water, ethylene vinyl acetate, hydrotalcite, mechanical properties, thermal properties
MOTTO “The value of a college education is not the learning of many facts but the training of the mind to think” – Albert Einstein “You are always a student, never a master. You have to keep moving forward” – Conrad Lafcadio Hall
PERSEMBAHAN
Untuk: Bapak, Mama, Mbak Ndut, Mbak Ninuk, Mas Koko Atas kasih sayang, dukungan, nasihat, doa, dan inspirasi Astrid Olivia Nandika, Herlani Feliana Supardjo, Wireni, Shanti Astuti, Devita Dwi Arimurti, Diah Permatasari, Ima Yuli Fatmawati, Mutiara Novianti, dan Tria Siti Zulaeka Atas pengalaman selama empat tahun
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas seluruh limpahan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi dengan judul “Pengaruh Ca-Mg-Al Hydrotalcite dari Brine Water pada Sifat Termal dan Mekanik Komposit HTlc-EVA“ untuk memenuhi persyaratan guna memperoleh gelar Sarjana Sains dari Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia FMIPA UNS 2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Pembimbing I 3. Bapak Edi Pramono, M.Si selaku Pembimbing II 4. Bapak Dr.rer.nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si selaku Pembimbing Akademis 5. Kedua orangtua dan keluarga saya yang telah memberi kasih sayang, doa, dan dukungan 6. Bapak dan Ibu Dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS 7. Teman-teman kimia angkatan 2011 8. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh
karena
itu,
penulis
mengharapkan
kritik
dan
saran
untuk
menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL............................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... ii HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iii ABSTRAK ............................................................................................................ iv ABSTRACT .......................................................................................................... v MOTTO ................................................................................................................ vi PERSEMBAHAN ................................................................................................. vii KATA PENGANTAR .......................................................................................... viii DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiv BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................... 1 A. Latar Belakang ........................................................................................ 1 B. Perumusan Masalah ................................................................................ 2 1. Identifikasi Masalah ............................................................................ 2 2. Batasan Masalah ................................................................................. 3 3. Rumusan Masalah ............................................................................... 3 C. Tujuan Penelitian .................................................................................... 3 D. Manfaat Penelitian .................................................................................. 4 BAB II. LANDASAN TEORI .............................................................................. 5 A. Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 5 1. Brine Water ......................................................................................... 5 2. Hydrotalcite ........................................................................................ 5 3. Metode Sintesis Hydrotalcite-like Compound .................................... 7 4. Karakter Hydrotalcite ......................................................................... 7 a. Rasio Mol ...................................................................................... 7 b. Pola Difraksi .................................................................................. 8
c. Gugus Fungsi ................................................................................. 9 5. Material Tahan Panas .......................................................................... 9 6. Etilen Vinil Asetat (EVA) ................................................................... 10 7. Komposit ............................................................................................. 12 8. Karakter Komposit HTlc-EVA ........................................................... 13 a. Gugus Fungsi ................................................................................. 13 b. Sifat Termal ................................................................................... 14 1) Thermogravimetric Analysis (TGA) ......................................... 14 2) Differential Scanning Calorimetry (DSC) ............................... 15 c. Sifat Mekanik ................................................................................ 16 B. Kerangka Pemikiran ................................................................................ 17 C. Hipotesis ................................................................................................. 18 BAB III. METODE PENELITIAN....................................................................... 19 A. Metode Penelitian ................................................................................... 19 B. Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 19 C. Alat dan Bahan ........................................................................................ 19 1. Alat ...................................................................................................... 19 2. Bahan .................................................................................................. 20 D. Prosedur Penelitian ................................................................................. 20 1. Sintesis -Ca-Mg-Al HTlc dari Brine Water ........................................ 20 2. Karakterisasi Ca-Mg-Al HTlc............................................................. 21 3. Preparasi Etilen Vinil Asetat (EVA) ................................................... 21 4. Preparasi Komposit HTlc-EVA .......................................................... 21 5. Karakterisasi HTlc-EVA ..................................................................... 22 E. Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 22 F. Analisis Data ........................................................................................... 23 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 25 A. Sintesis Ca-Mg-Al HTlc dari Brine Water ............................................. 25 B. Identifikasi Senyawa Ca-Mg-Al HTlc Hasil Sintesis ............................. 27 1. Pola Difraksi Ca-Mg-Al HTlc ............................................................ 27 2. Gugus Fungsi Ca-Mg-Al HTlc........................................................... 31
C. Sintesis Komposit HTlc-EVA................................................................. 33 1. Gugus Fungsi Komposit HTlc-EVA .................................................. 33 D. Sifat Termal EVA dan Komposit HTlc-EVA ......................................... 35 1. Karakterisasi dengan TGA ................................................................. 35 2. Karakterisasi dengan DTA ................................................................. 38 3. Karakterisasi dengan DTG ................................................................. 40 4. Karakterisasi dengan DSC dan Bom Kalorimeter.............................. 42 E. Sifat Mekanik EVA dan Komposit HTlc-EVA....................................... 45 1. Karakterisasi dengan Uji Tarik .......................................................... 45 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 49 A. Kesimpulan ............................................................................................. 49 B. Saran........................................................................................................ 49 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 50 LAMPIRAN .......................................................................................................... 55
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water ................................................. 5 Tabel 2. Gugus fungsi hydrotalcite-like .................................................................. 9 Tabel 3. Data karakteristik dan sifat EVA .............................................................. 11 Tabel 4. Perbandingan persen berat EVA dan HTlc ............................................... 22 Tabel 5. Jumlah ion logam dalam brine water........................................................ 25 Tabel 6. Perbandingan nilai 2 theta dan d JCPDS Ca-Al HTlc, JCPDS Mg-Al HTlc, dan Ca-Mg-Al HTlc........................................................................ 28 Tabel 7. Parameter sel Ca-Mg-Al HTlc setelah refinement .................................... 30 Tabel 8. Bilangan gelombang spektra FTIR referensi dan Ca-Mg-Al HTlc........... 32 Tabel 9. Entalpi pembakaran EVA dan komposit HTlc-EVA (bom kalorimeter) .. 44 Tabel 10. Entalpi pembakaran EVA dan komposit HTlc-EVA (DSC) .................. 44
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.
Struktur hydrotalcite .......................................................................... 6
Gambar 2.
Difraktogram Ca-hydrotalcite-like dan Mg-hydrotalcite .................. 8
Gambar 3.
Struktur molekul etilen vinil asetat .................................................... 11
Gambar 4.
Spektra FTIR komposit LDH-EVA ................................................... 13
Gambar 5.
Termogram TGA komposit LDH-EVA ............................................. 15
Gambar 6.
Termogram DSC LDH-EVA ............................................................. 16
Gambar 7.
Sifat mekanik komposit LDH-EVA .................................................. 16
Gambar 8
Perkiraan struktur Ca-Mg-Al hydrotalcite hasil sintesis ................... 26
Gambar 9.
Difraktogram XRD (a) Ca-Mg-Al HTlc, (b) JCPDS (No. 870493) Ca-Al HTlc, (c) JCPDS (No. 890460) Mg-Al HTlc, (d) JCPDS (No. 851108) CaCO3 ............................................................. 27
Gambar 10. Spektra FTIR Ca-Mg-Al HTlc dan hydrotalcite komersial ............... 31 Gambar 11. Spektra FTIR (a) EVA, (b) HTlc 5%-EVA, (c) HTlc 3%-EVA, (d) HTlc 1%-EVA, (e) Ca-Mg-Al HTlc ............................................ 33 Gambar 12. Termogram TGA (a) EVA, (b) HTlc 1%-EVA, (c) HTlc 3%EVA, (d) HTlc 5%-EVA ................................................................... 35 Gambar 13. Termogram TGA dan DTA Ca-Mg-Al HTlc .................................... 37 Gambar 14. Termogram TGA dan DTA (a) EVA, (b) HTlc 1%-EVA, (c) HTlc 3%-EVA, (d) HTlc 5%-EVA.................................................... 39 Gambar 15. Termogram DTG EVA dan komposit HTlc-EVA ............................. 41 Gambar 16. Grafik elongation dan yield strength EVA dan komposit HTlcEVA ................................................................................................... 46 Gambar 17. Grafik elongation dan tensile strength at break EVA dan komposit HTlc-EVA .......................................................................... 47
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Perhitungan Mol Sintesis Ca-Mg-Al HTlc ........................................ 55 Lampiran 2. Perhitungan Rasio Mol dan Rumus Molekul Ca-Mg-Al HTlc .......... 57 Lampiran 3. Standar JCPDS................................................................................... 58 Lampiran 4. Perhitungan Kristalinitas Ca-Mg-Al HTlc ......................................... 60 Lampiran 5. Difraktogram XRD dengan Metode Refinement ............................... 62 Lampiran 6. Spektra FTIR Ca-Mg-Al HTlc, EVA, dan Komposit ........................ 63 Lampiran 7. Termogram TGA/DTG EVA dan Komposit ..................................... 66 Lampiran 8. Perhitungan Entalpi Pembakaran dengan Bom Kalorimeter ............. 68 Lampiran 9. Profil Uji Tarik EVA dan Komposit HTlc-EVA ............................... 75
