VolumeX,Nomor 1, Juni2010
POLIMERISASI AKRILAMIDA DENGAN METODE,MIXED SOLVENT PRECI PI TATION MENGGUNAKAN INI SIATOR KALIUM PERSULFAT EndangSulistyawati JurusanTeknikKimia, FakultasTeknologiIndustri UnivenitasPembangunan Nasional"Veteran',, Jln. SWK 104Condongcatur, Yogyakarta,Indonesia, 55283.
Ahtrak Poliakrilamidanrerupakanhasil polinrerisasiadisi-radikalbebas menggunakan -:-inisiasi,monomerakrilamidadan inisiatorkalium penulfat.Polinprisasiini nreliputitiga tahap,yaitu propagasidan terminasi, Metodeyang digunakanadalahMbredSolventPrecipitationdengancampuranpelarutetanol-air.penelitian bertujuanmengetahui penganrhsuhu dan waktu terhadapkonveni, kinetika reaksi dan berat nrolekul polinrcr.PenelitiandilakukandenganmercalsikanrnonomerakrilamidadengancamLpuran pelarutetanoldan air (perbandingan3:l)sertainisiatorkaliumpersulfat.Reaksidilakukanpadasuhu40oC,50oC,60oC oCdan 75 oC. Dari hasil polinrerisasi akrilamidadiperolehpersamaankbnstantakecepatanrealsi sebagai fungsi suhudan padakonsentrasimononpr 20%o,suhu reiksi 70 oC, waktu reaksi 240 npnit diperoieh konversi58,Wo danberatmolekul6l580,83 g/mol. Katakunci: polinrerisasi,poliakriamida,mixedsolventprecipitation 1.Pendahuluan Poliakrilamidamerupakansalah satu jenis polimer yangmemiliki berbagaikegunaan, antaralainsebagai flokulan dan koagulan pada proses pengolahan limbah;sebagaisalahsatukomponenzatpelapispada industri kertas, at additif pada industri telstil, substansi analisis teknis pada gel permeation chromatogrq hy dangel electrophoresis. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati pengaruhwaktu dan suhu terhadapkonversidan mempelajari kinetika laju reaksi polinrerisasi akrilamida dengan metode mixed solvent p r ecip itat ion menggunakaninisiator kaI ium persulfat. Selanjutnyamenentukanberat nrolekul polimer denganmetodeviskositasintrinsik. 2. TinjauanPustaka Proses polimerisasi secara umum dapat dibagi menjadidua macam,yaitu: polimerisasi kondensasi dan polimerisasiadisi. Polinrerisasiadisi radikal bebas merupakanreaksi rantai dengan pembawa rantai berupa at reaktif yang mempunyai satu elektnrnbebas tidak berpasangan(radikal bebas). Contohpolimeryang terbentukdari reaksi ini yaitu poliailana, polimetil metakrilat, dan polistirena. (Cowd, l99l) Pada umumnya polimerisasiadisi dilakukan dengan bantuan inisiator. pada polimerisasi akrilamida untuk nrnghasilkan poliakrilamida dapat dipakai inisiator kalium persulfat.Radikal bebas dari kalium penulfat ini
berfungsisebagaiinisiatoruntuk memicuterjadinya reaksipolimerisas i. Mekanisnre polimerisasi akiamida secara adisi radikalbebasadalahsebagaiberikut: 2.1.Inisiasi a. Dekomposisi inisiator o leh panas Terjadi pemecahansetryawa menjadi sepasang radikalbebasyangakandigunakan sebagaiinisiator, Dekomposisiyang terjadi pada kalium persulfat adalahsebagaiberikut:
? ? r-fso:ost-K -f o o kaliumpersulfat
?
....( l
2 K- ?so. o radikaI kalium persulfat
b. Adisi monorrcrpadaradikalbebas Te{adi adisi radikal bebas kalium persulfatpada monomerakilamida yang menghasilkan monomef aktif.
?
?
-* K-?SO.+ cH2=cHcoM{z o
f
K-?so-cHr? ....(?) o coNH"
2.2.Propagasi Propagasinrerupakantahap pembentukanrantai aktfi dirnana monorner aktif bereaksi dengan molekulmonomer lain membentukrantaiaktif yang cukuppanjang:
2l
I EKSERGI
karenakuinon bereaksidenganradikal bebasyang terbentuk nrenghasilkanradikal yang mantap' yang pentingadalahsebagai penghambat Penggunaan pemantapmonomer.
? f K-?SO-CH2?
+ CH2{HCONH2coNH2
o
? f i K-?so-cH2i-or? _ """(3) CONH2 coNH2
o
e
f
f
+ ncH2{HcoNH2 K-?SO-cH2f -Cr? coNH2 CONH2 o
9
l
o
c0NH'
r-pso-cHrf -tcHzcncoNnr)"*'.'.(4)
2'3. Terminasi Terminasi merupakan langkah reaksi yang pertumbuhanpolimer hingga terbentuk mengal:Jhiri polimeryang stabil.Prosesterminasiada2 rncam: (couPling) a. Penggabungan dua monomeraktif ' Merulakan penggabungan menjadimolekulYanglebihbesar'
il t ? ,? ,,I ^.i K-?so-cH29-qHz?+ K-flso-cntt^,:'t.,.: @NH2 @NIlz
o
,,,
,"" "'' '
6
coNH2 CONH2
?
f _!
O
CONH2 CONH2 CONH2 CONH2 O
^,.?., i _ tccH2-oso-K'..(5)
K-?so-cH2f-Gr!_l?cnr-
b. DisProPonionasi Merupakan reaksi dua mononpr aktif yang jenuhdantak jenuh' senyawaberikatan mengirasilkan
il t ? .? -i ..I K-?so-cH29-cHtt + K-flso-ctttt:l"t?^-.,:o
c0NH2 coNHz
6
coNH2 coNtl2
I i ? ..? t i K-?so-cH29-cH'f-l K-?so-cH29-,5::f) coNH2 coNFI2 6 cor'+r, tot'+t2 o
,
kju dan derajatpolinrerisasidapatdikendalikan dengan nrenggunakanzat yang dikenal .sebagai bereaksi dengan ptn ghurnbut(i * tUuor)' Penghambat itu terbentuk' bebas radkal begitu iaaif.f bebas, terpakai' habis penghambat Segera setelah luiu polimerisasimendetatihargayang sanradenganlaju polimerisasitak terhambat'Kuinon dapatbertindak bagibanyaksistempolinrerisasi penghambat sebagai
22
dengan3 akilamidadapatdilakukan Polimerisasi cara: l). LarutanBerairEncer(Aqueoussolution) PolinBrisasiakrihmida dengannrctodeaqu@us solution dilakukandalam mediacair' Media pelarut yang biasa digunakan antara lain air, formamide' asam formiat, asam asetat dan dinretil sulfolsida' Inisiator yang digunakandalam reaksi ini adalah persulfat,sistemredoksdansinarUV' terjadipada8'10/o larutanencerdari Polinrerisasi akrilamidadengan kehadiransistem redols dalam ,su^u* Nz. Polimerisasidimulaipadasuhu20-25'C' tetapi padasaatbereaksisuhu nrcningkatmenjadi 354O'b.'Hasil polinrrisasi didapatkandalam bentuk gel. Froduksipolinrerakrilamidadalamaqueoussolution merupakannBtodeyang bersih untuk lingkungan' produkdari pelarutsulit Namun,prosespemisahan untuk dilakukan karena produk yang dihasilkan berupagel. 2). Mixed solventPreciPitation Polinprisasiakilamida dilakukandalamair dan mediaorganiksebagaipelarutnpnornerdan sebagai bahan pengendappolinrer'Pada awal polimerisasi' campuranreaksibirsifat homogen,namun selama polimer,campuranterjadi pada ptoto pengendapan londisi heterogen. Pelarut organik yalg biasa digunakansebfiai cosolventadalahalkohol rantai luirs dengan berat molekul rendah (metil, etil' isopropil, dan tenier butil), dioksan, aseton, dan ut"tonittit. Inisiator yang biasa digunakanadalah persulfat, perborat, benzoil peroksida, AIBN (azobisisobtrtyronitrile)atausinarUV' Polinrerisasiakilamida dengan nntode mixed solvent precipitation teqiadi pada suhu 40-70'C monomerl0'3ffi/o selamag-Ojam dengankonsentrasi rnassa.Per6andinginvolumeantaraair dan pelarut organikyang biasadigunakanantaral:2 sampail:4 keler.com) (.www.bo oksearch/hun gerat motetut polimer yang dihasilkan dari polinrcrisasi pengendapanrelatif lebih rendah si aqueoussolution, selain iibandingkan polinrerisa nptode ini berbentrkcal+e potlrn"risasi itu hasilirctit pemisahannya' proses sehingganBmudahkan 3). ' Dispersi on PolYmerizati on PoiimerisasiOispersidibagi menjadidua jenis' emulsi' dan polimerisasi suspensi yaitu 'Padapolimerisasi polimerisasisuspensi,proses terjadi pada
VolumeX,Nomor 1, Juni2010
larutan monomerterdispeni dalam bentuk droplet dengandiameter0,l-5 mm danpengadukan dalamair dan cairan organk yang tidak saling bercampur dengan kehadiraninisiator. Inisiator yang sering digunakanadalahinisiatoryang dapatlarutdalamaii misalnyapersulfat,peroksida,senyawaazo, sistem redola, dll. Pada metode suspensi, digunakan stabilizeruntuk npningkatkankestabilan,mengontroI berat molekul polimer yang terbentuk dan npnstabilkan polimer dalam proses pengeringan. Polimer yang dihasilkan berbentuk butiran arau serbulgtergantungpada konsentrasistabilirer dan kondisi pengadukannya. [arutan akrilamida pada polinrerisasiemulsi didispersikandalam larutanorganik hid rofobik secara kontinyu, misalnya arornatih alifatik atau hidrokarbon yang rnengandunghalogen dengan kehadiranemulsifier water-in-oil (misal: sorbitan monooleat, stearat, asam lennk dan alkohol poliatomik).Inisiatoryang biasa digunakanadalah inisiator yang larut dalam minyak (oil solubleinisiator) sepefti benzoil peroksida, AIBN (azobisisobutyronitrile) dan inisiator yang larut dalamair (water soluble-inisiaror)sepertipenulfat, sistemrcdoks,dll. Poliner yang dihasilkanberupa emulsikoloidaldari partikelpolimerhidrofilikyang terdispenidalamfase organikdenganukuran l-10 prn Penelitian ini dilakukan dengan cara mixed solventprecipitation karena nretode ini memiliki kelebihan-kelebihan antaralain transferpanasbailg distribusi berat molekul lebih bailg penanganan kondisireaksidanprodukakhir lebihmudah. Fahor-faktoryang berpengaruhpada polinerisasi akilamidaantaralain: L lnisiator Inisiator yang dipakai adalahkalium persulfat. Kehadiraninisiator akan nrempercepatlaju reaksi polinrerisasi. Inisiatoryang digunakanberkisarantara 0,01-lyo didasarkanpada berat mononrer.(KirkOthmer,l993) 2. SuhuPolimerisasi Polimerisasi akilamida dalam mixed solvent precipitationterjadipadasuhu 40-20.C. pada suhu yang semakintinggi, konversi polimer hasil yang didapatkanakan senrakinbesar dan konstantalaju rcalainya semakinbesar. 3. WaktuPolimerisasi Semakin lama waktu reaksi, maka semakin bertambahbesar pula konversi yang dihasilkan. Waktureaksipolinrerisasi akrilamidaberkisaranrara 3-6jam.(Kirk-CIhmer,1993) 4, KonsentrasiMonomer
Polimerisasiakilamida dilakukan dalam mixed solvent precipitation terjadi pada konsentrasi monomer 10-30 % berdasarkanrnassa, karena konsentrasiyang lebih pekat diperlukan energi aktivasireaksidan faktor frekuensitumbukanyang besar (Kirk-Othmer, I 993). Hal tersebutdisebabkan semakin banyaknyapartikel-partikelyang harus diaktifkandan frekuensitumbukanantar partikel semakin besar. 5. Pengadukan Pengadukandimaksudkanuntuk memperbesar harga faktor frekuensi tumbukan atau untuk mempercepatkontak antar partikel dalam sistenl karena pada molekul yang bertumbukan akan mempermudah terjadinya transfer massa. Pengadukan dilakukandengankecepatan 200rpm. 3. LandasanTeori _Penentuanlaju realsi gabunganpada tiap-tiap suhu reaksi dilakukan dengan anggapan bahwa nrkanisme reaksi polinrerisasiakilamida sesuai denganrnekanisme umum untuk reaksipolinrrisasi adisi dengan inisiator radikal bebas seperti telah dijelaskandidepan. Kinetika polinnrisasi adisi radikal bebas poliakrilamida adalahsebagaiberikut: 3.1.Inisiasi a. Dekomposisi inisiator menjadisepasang radikal bebas 1---s--s2p. ....(7) taju dekomposisi inisiator dinyatakan dengan persamaan:
-dtll =2a[71
.... (8)
,l
b. Adisi monomer,M denganradikal primer, ft. menghasilkan rantairadikal,RM. R.+M kd >Mr, (9) Persamaankecepatanreaksi inisiasi rantai radikal keseluruhan adalah: ( dlt' "
,' , = t ' : ' l l = zr f * ar r. l t l . . . ( l o ) \
dr
),
dimana/adalah efisiensiinisiator,yakni fralsi dari radikal terbentuk yang berhasil memulai proses inisiasimembentukrantai. 3.2.Propagasi Padatahapini, terjadipertumbuhan polimerdari Mr' hasilrealaisesuaipersarnaan (9) menjadirantai radikal yang lebih panjang dengan penambahan rrnnorner.ReaIsi yang terjadi dinyatakandengan persamaan :
M,a. * M --L)M,. M".*M
--k-)Mr+r.
....(ll) ....(12)
23
EKSERGI
tetap,karenatidak teryantungdari panjang Nilai kp 'Laju' ieaksi propagasi dinyatakandengan *nlui. persarnaan
=rpfulu.l ..'(r3) r^=-(M\ ( & 'P
)o
3.3. Terminasi langkah reaksi Tahap pemberhentianmerupakanyun! *ngulihiri pertumbuhansehinggaterbentuk ini dapat dilakukan ;;llfu; t;"g ttu'bit. rahap dengan2cara,Yaitu: (couPling) a. Penggabungan ....(14) Mr'* My' -Y+M'*y
',=\#),"=rtdu'f' b , Disproporsionasi M,. * My. -t4M
. . . .( l 5 )
x * Mr
.'..(16)
,,=-(#),u=ualu')'
.....(17)
kt=ktc+ktd : Laju reaksiterminasikeseluruhan
....(18)
',,= ' _(olr. I d t ) , =ztdu.f
.....( le)
.]\
Padakeadaanawalkecepataninisiasi lebihbesar realsi terminasi'Namunsemakin daripadakecepatan ilL'-Uunyut rantai polinrcr aktif yang.terbentuk kecepatanreaksiterminasisemakin mengakibatkan besar.Padasuahrsaat tercapaikeadaansetimbang yaitu kecepataninisiasi sama dengan kecepatan state' ierminasi. Keadaan ini disebut steady tidak polimerisasi kecepatan (19) untuk i;;;;;"" karena langsung secara digunakan Oujut fungtung radikal' Konsentrasi radikal i.riuput io*-.nt.ii (-10" y), sehinggasulh rendah harganyasangat itu, diinginkan untuk karena olei' Jiu[ut.' (19)' t]Aati persarnaan nrengeliminati [M ri = rt
""' (20)
r, =2kd1r1.12
.....(21)
',%
r w\=lhl
.....(22)
( l0) dan(21)diperoleh: Daripersamaan
W.l=(ftdIIl\Y'
,..Q3)
inisiasi mengkonsumsihanya satu, maka laju propagasi dianggap sebagailaju pol imerisasi' inisiator nrerupakanreaksi orde satu b.[oipotiti (8) : sePertiPada Persarnaan
-il=nalil
dt (8) adalah: persamaan intergrasi Hasil
' [r]= [r,Ie-u
,...(2s)
(23)' Persannan(25) disubtitusikanke penamaan : nrenghasilkan
( f kd.V )."-, ,\%
lM')=l-
.,126)
\ K I ) (13) Substitusi peniamaan(26) ke persamaan propagasi reaksi laju dilakukandenganmenganggap tiJ* Aip.ngu=.hi uku*n polinrer aktif, sehingga konstantahju realsi propagasi,kp dapat dianggap
n (Z)').dengan,o#"* persanna Hasil integrasi : tn untuk[u]= [U,], dan untukIMJ=LMI' adalah
=zkd -"'\kt.kd ,,W_4 {V,"!), t,_ ' "' \ "_o.sw,) ) lu| ...(28) atau: y = K(dengan:
t e''skt )
"' (2e)
,=r^ffi ""(30 *=*4H)'
'(3r
Dimana K adalahperkaliandari konstantalaju ,.utti tuUrngandenganakarkuadratinisiatormulay mula. Untuk memperolehpersarnaanhulyngan ke diubah persamaan{29) J"ngunt yang liniei,maka : Urniut p.ouitun differensialsebagaiberikut 2 dy ....(32) K = '! + ; i kddt
Persamaan(32) diselesaikandengan transfonrnsi
\ftr )
'r=ool'{ry)'
....(24)
Karena ProPagasimelibatkan sejumlah besar molekul-molekulnrononrerPer rantai sedangkan
24
atau : I y(s)
=
2 K.kd
,t*" K
....(33
IGI
VolumeX, Nomor1,Juni2010
hju
(33)dilakukansebagaiberikut Inversidaripersamaan
llfu
I ,s
....(34)
- : - t z
Sehingga diperolehpenarnaan:
| = 2 !*l
r) z3),
y
.... (35)
K.kdt K
Jikadiketahui : ful=lU"l(t-x),
nnka hargay
dapatdinyatakan dengan:
...(36)
!=In
6) Atau: ,13) Basi gga gap
) t=0 h:
I ... (37) =- ,l . y Inlt - x) (35) merupakanpersamaangaris lurus Persamaan ., dengan slope " K.kd (31)didapatkan Daripersamaan :
=t( H \k K.kd *pl-t*atnl)
....(38)
atau: ....(38) sehingga penarnaan (35) dapat dinyatakan sebagai berikut :
l
.2e) 30)
:31) laju ulan y hke
In(l-.r)
l l :__:_
K,ftol/zt
l
X
....(3e)
Dengandimisalkan k'= K'flol%, dinranak' merupakan lajureaksigabungan, konstanta sehingga persamaan (34)dapatdinyatakan sebagai berikut: l f - r )L -lT - l ..,.(40) --T=r
Inll-x) \k')t K Hubungan antara suhu dan konstanta kecepatan reaksidapatdinyatakandenganpersamaan Arhenius, yaitu :
. - (xET )l t = , e e'r \o R
...(41)
(32) msi
(33)
Padapenelitianini ditentukanpula beratmolekul polimeryang terbentukpadahasilyangrelatifbaik. Penentuan berat molekul d ilakukan dengan memanfaatkan hubunganantaraviskositaspolimer dalam suatu sistempelarutdenganberat molekul polimersesuaidenganpenamaanMark-Houwinkyaitu : Sakurada, n / _ r : - - - r y - q u_ t - t u . . . . ( 4 2 )
= I'"iXn'"% Lnl= 4W;;='T:
lrtl=trr.t t'
...(43)
Ky dan a ditentukansecaraeksperimental dengan menggunakanfralsi polinrer monodispersi.Harga dari eksponencenderungbervariasidari 0,5 hingga 0,8untukpelarutyangbaik,meskipun kesatuan harga berlebihtelah diukur untuk rantai polimer secara luas.Ketikaviskositasintrinsikd ihubungkan dengan berat molekul,kita juga dapat menggunakan datadataekperimentaluntukmenghubungkan viskositas relatifpadakonsentrasi yangtelahditentukandengan berat molekul.Hubunganantaraviskositasintrinsik dengan berat molekul biasanya digunakandalam praktek industri, dan secara signifikan dapat mengurangi kerja yang dibutuhkan untuk uji (Billmeyer, 1984) Untuk eksperimental. poliakrilamida padaT = 30'C dalampelarLrt air dan beratmolekul20.000-500.000, nilai Kv: 6,il.l0'3 dana = 0,8,(BrandrupandImmergut,1975) 4. Metodologi Bahan Akilamida Berupa padatan kistal, tidak berwama,berat molekul71,08;titik didih pada0,67kPa adalah 103oC,beratjenispada30 oCadalah1,122glml (g/100pada30 "C) padaair adalah dankelarutan 215,5; pada metanoladalah155,0; dan pada etanol adalah86,2.Kemurnian99Yo.Bahan ini diperolehdari toko kimia di Jl. C Simanjunta( Yogyakarta. Kaliumpersulfat Bahanini berbentukkistal putih,tidak benvama dan tidak berbau,bersifatstabil,oksidatorkuat, densitas uap 9,3dan kemumian99o/o. Bahanini diperolehdari laboratoriumTeknologiPolimer Tinggi,JurusanTeknikKimia,UGM. Etanol Pada keadaanatmosferberbentukcairanyang ringan, tidak berwama, mudah menguap dan mudah terbakar.Berat molekul 46,07; specific gravity0,789padasuhu20oC;titik leleh -ll2oC dan titik didih 78,4"C.Kemumian99,8yo.Bahan ini diperoleh dari toko kimia di Jl. C junta( Yogyakarta. Siman Hidrokuinon Bahanini berupakristalpadatmenyerupaijarurq berwamacoklatdenganberatmolekulI l0,ll dan titik didih 285 "C serta spesificgravity 1,332.Bahanini diperoleh daritokokimiadiJl. C Simanjunta(Yogyakarta Alat Dalam pelaksanaan penelitian ini rangkaian alat sebagaiberikut:
digunakan
25
EKSERGI
I dalamovenpadasuhu+l10oC-selama dikerinekan kemudian dingin telah ;"tpel keringvang ;;'ffi;il pelarut dan iititUung dengan asunsi bahwa semua (PC)' mononBisisatelahteruapkan penamaan Konversi poliakilamidad ihitung dengan sebagaiberikut: Pc-'ll 'rcooto x= CxM
dimana: C = beratsamPel PC= beratPolimer : TS = berat sistemawal beratmonomernulamula+berat inisiator+beratpelarut M = beratmonomerawal
Keterangan: t WaierUattt 2 Pendinginbalik 3 Termometer + SamPet 5 labu lehertiga
samPel 5' Pengambil statif 6' 7' motorPengaduk 8' Pengadukmerkuri
viskositas Analisis berat molekul denganmetode dengan dilakukan molekul berat Perhitungan ggunakan metodev iskJsitasintrinsik dengan men Ostwald.Prinsip dasar v isko.nBter v iskometer Ostwaldadalahmengukurwaktuyang diperlukan antara p"f".t ataularutanpolinrr untuk nrengalirdi duatanda,xdanY. adalalt Perhitungan untuk mengukur viskositas sebagaiberikut: a. MenghitungviskositassPesifik
akrilamida alat potinrerisasi Gambar1. Rangkaian Cara Penelitian monomer Penelitian diawali dengannrenyiapkan gf m dan akilamida dengan berat 23'5456 dan air 50 ml .u*puran pelarut etanol 150 ml inisiatorkalium persulfat $rifunOingun 3:l) serta etanol-air dan igJ,+io ilg campuran pelarut leher airitamiaa dimasuhkandalam labu *io*, larutan ,* tunt dilanjutlon dengan Pet*n9:11. ,unu yangtiinginkan (40oC'50oC' hinsearnencapal reaksttercapar' Ooo"czo"c din 75'C)' Setelahsuhu ke dirnasukkan iniri*ot kaliumpenulfat secaracepat dengan dilanjutkan yang dalam campuranreaksi pengaduknBrkuri pada putaran200 nrenghidupkan pada saat rp.l W.f.r" ttutoipolimerisasidimulai sistern d1lal ke nnsuk inisiator kalium persulfat setiap dilakukan ml 5 i;."g.r"Uif." -menit samiel sebanyak kemudian jam' Sampel. selann 4 30 5 tetes Al,uUiff.undenganhidroquinon270sebanyak hasil Analisa analisa' oirurturtin k;;-iiui ;;;k analisa dilakukan dengan -O nretode gravinrtri .dan itas viskos metode dengan itatutan ilti- ""f.mt intrinsik. AnalisisHasil metode Penentuankonversi akrilamida dengan gravimetri: dengan SamPelditimbangkemudiandistabilkan samPel Kemudian (C). T/o larutan hidrokuinon
26
-t-to to 4o = Viskositas larutan t
n' s P _= r-t - 4 !
dinrana:tl Poliakrilamid = Viskositas Pelarutmumt n:to = ViskositassPesifik Tlrp perhitunggn Dilakukan pendekatan dengan harga npnentukan viskositas spesifft untuk viskositastereduksi' b. Menghitungviskositastereduksi 4 ' P- r t - 0 0 = t - t o lo'c c 1o'c peningkatan Persamaanin i menggambarkan (c) polimerisasi' oleh disebabkan viskositasyang larutan polimer' sedangkan adalahkonsentra'si (r1'o/c)disebut persamaan dari t u.it yung didapat tereduksi' viskositas c.
Menghitungviskositasintrinsik n-^ r 1 limf =tryl
tak terbatasdisebut 4,rlc padapelarutan viskositas intrinsic dan diberi lambang [ 4 ]' "nlc dibuatgrafrkhubunganantaraQ Selanjutnya,
;;;."
ke dan konsentrasi(c)' Ekstrapolasi harga ]' [ nol menghasilkan 4
konsentrasi
iI
VolumeX, Nomor 1, Juni 2010
I n n
beratmolekulpoliakrilamida d. Menghitung yang digunakanuntuk menghitung Persamaan berat mdlekul poliakilamida adalahpersamaan Mark & Houwink-Sakurada.
hf=K' 't't" Dimana M adalah massa rnolekuI nisbi sedangkanKy dan a adalahtetapanyang khas untuk sistem polimer-pelarut tertentu. Untuk poliakrilamida padaT : 30oCdalampelarutair nilai Ky : dan beratmolekul20.000-500.000,
6,31.10-3dan Immergut,l975)
0,8.
(Brandrup and
5. Hasil Penelitian 5.1PengaruhWaktu danSuhu Pengaruhwaktu reaksiterhadapkonversipada berbagaisuhureaksidapatdilihatpadaTabelI dan Gambar2.
Tabel l. Hubunganwaktu reaksi terhadapkonrarsi padakonsentrasiakrilamida20 yo dan inisiator potassiumpersulfat 17opada berbagaisuhu realsi. Konversi (X) %o beral monomer zJ.)4)o Pram
t (menit)
407
507
607
70r c
75rc
E,7Z l5,93
22,40
32,6Q
JJ,tU
60
6,43 10,23
28,57
39,04
39,70
90
1J,21)
l6,4
J6,4't
t20 t50
t5,24 2 0 , 16
20,77
39,54
2tJ,64
46,t4
180
| 9.80
21.92
210 240
21,73
24,10 25.86
47.5Q 49,69 50,88
30
21,46
70 60
E 'E 5 0 40
l.o
9 2 0
t
t
;ll
) fl
1 a
t
^
a
a
1
I A
A r
A I
10
.
^
*
*
r
. a
!
r
t
a
l
"
o
O
60
120
180
240
300
waktu (menit)
rt antarawakturcaksiterhadap Gnmbar2.Hubungan suhu(oC):(t),40; (r), konvenipadaberbagai 50;(A),60; (x)' 70;(+)'75.
ut
I. lc si
Dari Tabel I dan Cambar2 dapatdilihat bahwa pada suhu 40 oC sampai 75oC, konversi yang dihasilkansemakinmeningkat.Hal ini disebabkan karenasenrakintinggi suhu polimerisasi,kecepatan reaki polimerisasinrenjadisernakintinggi yang konversi.Untuk waktu berakibatpada meningkatnya realsi yang tetapdan suhusenlakintinggi, konversi juga sennkin meningkatkarenaenergikinetik yang senrakinnreningkat dimiliki oleh molekul-molekul
Itl, l4
48.02 53,81 55.4l
57,46 58.07
+4,24
49,01
54,56 57.70 59,94
6t . 8 0
sehinggatumbukanyang menghasilkan realsi kimia sennkin banyak.Hal ini sesuaidenganpe$amaan (Odian,I 991). Arrhenius. Padaawal realsi, kenaikankonversirelatif kecil terutannpadawaktu 30 menit.Hal ini nrenunjukkan bahwa pada awal reaksi, dekomposisi inisiator berjalan lambat. Sedangkanpada waktu 60-180 menit, laju dekomposisiberjalanlebih cepatseperti terlihat pada kenaikan konversi yang cukup signifikan.Padawaktu 210 - 240 menit,laju reaksi pembentukanrantai berjalan lambat. Hal ini dikarenakan sistemmulaikehabisanmonomeryang bereaksidenganinisiatorsehinggatingkatkenaikan juga semakinmenurun. (Billmeyer,1994) konversi 5.2 KonstantaLaju Reaksi Gabungansebagai Fungsi Suhu (k') Harga k' didapat dari hubungan-llln (l-x) (40). Diperoleh terhadapl/t sepertipada persamaan harga konstanta kecepatanreaksi gabungan (k') padaTabel2. sebagaimana Dari data pada Tabel 2, apabila dibuat grafik hubunganantarallT terhadapln k' maka diperoleh besamyahargafrekuensitumbukan(A) = 2,5 xl0o (E): 12907,7507. danenergiaktivasi Sehingga harga konstanta kecepatanrealsi gabungan ft')sebagai fungsi suhu pada konsentrasimononrer2V/o dapat dinyatakandenganpersamaan :
27
EKSERGI
k'=2,s8r,0."*(qff) digunakanadalahpoliakilamida hasil reaksi pada suhu70 oC,waktu reaksi240 menitdengankonversi 58,07o/o. Berat molekul r€rata poliakilamida ditentukan dengan peniamaanMark & HouwinkdenganhargaKy = 6,31x lO3 dan hargaa Sakurada : 0,8. (Brandrup-Immergut, 1977)Hasil analisis berat molekul poliakrilamida diperoleh sebesar g/mol. Dengandemikianhargaini masuk 61.580,83 kisaranberat molekulpoliakilamida yaitu 20.000500.000g/mol. Tabel2. Konstantrlaju rtaksigabungan(k') sebagai konversi50%(menit)
I{
5. Kesimprlan Dari hasil percobaandan perhitunganyang telah sebagai berikut: dilakukandapatdiambilkesimpulan Polimerisasi rmnomer akrilamida menjadi poliakrilamida dapat dilakukan dengan metode mixed-solvent precipitation nrenggunakancampuran pelarut etanol-air dan inisiator kalium persulfat. Konversi polinrcrisasiakan meningkat sebanding dengan kenaikan suhu dan waktu polimerisasi. Kondisi polinrerisasiakilamida relatif baik pada waktu polimerisasi240 nrenit,suhu 70 "C dimana dan beratmolekul didapatkonveni sebesar58,07o/o rata-ratapoliakrilamida sebesar61.580,83g/mol. Konstantalaju reaksigabungansebagaifungsi suhu polinrerisasiadalahk' = -'""^'2.58r1oo-'-(. "*(lzgol,tsol), T )
28
5,3Penentuan Berat Molekul Poliakrilamlda Penentuanberatmolekulreratadilakukandengan mengukurwaktu alir larutan poliakrilamidadengan viskometer Ostwald. Poliakilamida hasil yang reaksi nrengikuti orde I terhadap konsentrasi monomer. UcapanTerimakasih Ucapanterimakasihdisampaikankepada Rina Nur Ismawatidan Vetti Adinitya D. yang telah data. dalampengambilan rnembantu Daftar Pustaka Billmeyer,JR, Fred,W., 1994,TextbookOf Polymer Science,3'o ed., John Willey and Sons, New York. Brandrup, J.,E.H., Immergut, 1975. Polymer Publiser,John Handbook,2* d., Interscience WilleyandSons,New York Braun.D, Cherdon.H.2004..PolyrnerSinthesis: Theory and Practice,4t" ed, SpringerBerlin, New York. Heidelberg, Cowd, M.A., 1991.Kimia Polimer, PenerbitlTB, Bandung Mc Ketta, J.J,. 1993. Chemistry Proccesing Handbook,MarcellDekkerInc, New York d., Odian,C., 1970.Principleof Polymerization,3'd New York. Mc Graw-HillBookCompany, Othmer, Kirk., 1960, Encycopedia of Chemical Willey, 3'o ed., vol.l, Interscience Technology, New York. EngineersHqndbook,Ttned.,McClaw-Hill Book Company,New York. www.books earch/ch eremisinoff com wwrv.booksearch/fl ory.com nt earch/hunkeler.co www.books www.book;earch/kurenkgv.com b/pacrylamide www.nrst.edu/-wl fl/synthes
