ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri 1996
METODE:
SINTESIS DAN KARAKTERISASI LAPISAN TIPIS KOMPOSIT POLIVINILKLORIDA-POLIPIROL I Budiarto2,Wuryanto2,Azis. K.y.2, A.Arslan2,Yustinus.p2,Subagio.K.S2, dan Fuji S.2 ABSTRAK
SINTESIS
DAN
KARAKTERISASI
LAPISAN
TIPIS
KOMPOSIT
POLl
VINIL
KLORIDA(pVC)
-
POLIPIROL(PPY). Telah dilakukan sintesis lapisan tipis komposit PVC-PPY dari pirol yang didifusikan kedalarn matrik lapisan tipis PVC pada media n-heksan dan aseton, dilakukan polimerisasi oksidasi dalarn media carnpuran asetonitril dan metanol elektrolit FeCI) I M. Hasil yang diperoleh berupa lapisan tipis komposit PVC-PPY berwama hitam dan bersifat arnorf, ini terlihat tidak adanya puncak difraksi, dari termograrn DSC terlihat ikatan silang (crosslinking) pada suhu IO7,2S.C dan l69,IS.C serta suhu transisi gelasnya(T.) 81,S4.C. Spektra infra merah dari lapisan tipis komposit PVC-PPY menunjukkan adanya gugus fungsi yang sarna terhadap lapisan tipis pry dan matrik lapisan tipis PVC. Sifat konduktifitas menurun dengan bertambahnya tebalnya lapisan tipis komposit PVC-PPY.
ABSTRACf SYNTESIS AND CHARACfERIZATION OF THIN FILM POLY VINYL CHLORIDE(pVC)POL YPYRROLE(PPY) COMPOSITE. The thin film composite of PVC-PPY was synthesized from pirol, by diffiJsion into PVC thin film matrix, in a n-hexane and acetone medium. Oxydation and polimerization were carried out in a mixture of asetonitril and methanol in a electrolyte FeCI} 1M. The final results was a PVC-PPY thin film composite, which is black in colour and of amorphous nature. This is indicated by an absenceof any x-ray diffraction peaks. DSC thermogram shows peaks indicativ of the presence of crosslinking peaks at IO7,27°C and l69,15°C respectively, along with a glass transition temperature(T.) of 81,54°C. The infra red spectra of PVC-PPY thin film composite show the same, cluster-function with respect to the pry thin film and its matrix PVC. The electrical conductivity decreases with increasing composite thickness.
PENDAHULUAN Bahan polimer di Indonesia lebih banyak dikenal sebagaibahan komoditi seperti berbagai jenis bahan kemasan plastik( botol plastik, karung/ kantong plastik ), alai dan perkakasrumah tangga sertabahan bangunan. Padahal perkembanganbahan polimer sudah jauh melampauibatas-batasbahankonvensional dan telah mernasuki bidang aplikasi yang canggih sebagaibahan fungsional khusus (I) . Polimer penghantar listrik, banyak dipergunakan untuk, bahan elektroda(2-3), piranti elektronik(4-6)dan sensor(7). Telah dipelajari elektrosintesis PPY dan karakterisasinyaoleh Budiarto,dkk (8-1~.Dari sudut pandang penerapan polipirol daD kompositnya, merupakan salah satu polimer konduksi yang palang menarik, karena stabil dalam kondisi tertentu dan merniliki daya hantar listrik yang tinggi. (11-12) .Diharapkan bahan-bahankomposit memberikan perbaikan pada sifat-sifat fisik maupun mekanik daTi lapisantipis PPY. Hasil sintesis lapisan tipis komposit PVC-PPY dikarakterisasi terhadap derajat kristalinitas denganDifraktometersinar-X; sifat konduktifitasdenganFour Point Probe,dan sifat
termal dengan Differensial Scanning Calorimeter Tujuan penelitian ini adalah membuat lapisantipis kompositPVC-PPYdenganmetode difusi dan polimerisasi oksidasi serta mengkarakterisasinya.
METODOLOGI BAHAN: Pirol , FeCI3,MetanoI,Aseton, KBr daTiMerck, Polivinilklorida, Asetonitril dari Aldrich ALAT: Magnetik Slifer dan pemanasmerk Thermoline, Difraktometer sinar-x tipe XD610 merk Shimadzu, Spektrofotometerinframerah merk Perkin Elmer, Four Point Probemerk Keithley, DifIerensial Scanning Calorimeter tipe DSC7 merk PerkinElmer.
Lapisantipis PVC tebal3~m dimasukkandalam beakerglassyang berisi pirol 2,4 CC,aseton9,8 cc,dann-heksan87,8 cc untuk prosesdifusi dan pelunakan(swelling), selanjutnya dikeringkan dengan kondisi udara. Proses polimerisa$i oksidasi dilakukan dalam elektrolit FeCl31M dalam media campuranasetonitril daDmetanol,
1 Diseminarkan pada PERTEMUAN ILMIAH SAINS MATERI, PPSM, BATAN, 2
SERPONG, Tangga122-23 Oktober-1996.
PPSM-BATAN Serpong
241
waktu bervariasi: 1; 3; 5; 7; 9 dan 11 jam pada suhu O°C,selesaiproses ini laIu dicuci dengan aquades. Lapisan tipis komposit PVC-PPY yang terbentukdikarakterisasisebagaiberikut : 1. PenentuanDerajat Kistalinitas menggunakan peraIatan Difraktometer sinar-X,merk ShimadzutypeXD610. Cuplikan lapisan tipis kompositPVC-PPY dipotongsesuaiukuran lubang tempatcuplikan, selanjutnyadilekatkan denganbantuanperekat. Kemudian tempat cuplikan dimasukkan kedalam wadahnya dan aIat dihidupkan. Hasilnya akan terekam berupa difraktogram pada kertas berskala. Kondisi aIat meliputi : Tegangan listrik 20 kv, Arus listrik 20 mA, Kecepatan (Scanning) gonio 4°/menit, Present time 1 secan,28= 10 -90°. 2. Penentuan sifat konduktifitas lapisan tipis komposit PVC-PPY menggunakan aIat Four point probe merk Keithley, yang mana cuplikan ditempatkanpada pemegangcuplikan, dipasang kawat tembaga diameter sekitar O,25mm dan dilem deilganpastaperak kemudiandiukur daya hantarlistriknya. 3. Penentuangugus fungsi dari lapisan tipis PVC, PPY daDlapisan tipis kompositPVC-PPy menggunakanaIat Spektrofotometer infra merah merk Perkin Elmer.Sampellapisan tipis PPY, PVC dan PVC-PPY dipotong dengan ukuran 3xlcm, kemudian dimasukkan /ditempatkan pada sampel holder, selanjutnya basil spektrogramnya dianaIisa terbadap gugus fungsinya daD dibandingkan spektrogramdari standard. 4. Penentuansifat termal Telah dilakukan karakterisasilapisantipis komposit Poli vinil klorida -Polipirol, tebal lapisantipis 3~m denganwaktu difusi 9jam, di media 0,1 M HCIO4 ,terhadap sifat termaI dilakukan dengan aIat DifferensiaI Scanning calorimeter,tipe DSC7, merkPE~ ELMER. Dengan kondisi operasi : Kecepatansapuan10 o/menit,jangkauan suhu = 50°-200°C,kecepatan aIiran gas Nitrogen 5 Itr/menit dan berat sampel 3,.1mgr.. 5. Penentuantebal sampel Telah dilakukan penentuantebal semua sampel dengan rnikrotester secara manual, sampel dipenitrasi dengan jarum dan basil terbacapadaaIat.
242
BASIL DAN PEMBAHASAN 1. PenentuanDerajat krista/initas Gambarla, Ib, dan lc memperlihatkan difraktogram dari powder PVC, lapisan tipis kompositPVC-PPYdenganleba! cuplikan 3 ~m daD lapisan tipis komposit PVC-PPY dengan leba! cuplikan 15~m.
Ketiga Difraktogram tersebut, menunjukkan bahwa cuplikan powder PVC, lapisan tipis komposit PVC-ppy tidak mempunyai puncak difraksi (struktur molekul ), berarti ketiga cuplikan tersebut struktur molekulnya amorf. Sehingga dengan demikian cuplikan powder PVC, cuplikan lapisantipis kompositPVC-PPY tidak dapat dihitung harga derajat kristalinitasnya. 2. Sifat konduktijitas
Dari basil pengukuran sifat konduktifitasnya Tabel I, terlihat bahwa semakinteballapisan tipis kompositPVC-PPY , konduktifitasnya menurun. Hal ini disebabkan
..
;
~I
3. Analisaguguslungsi Spektra infra merah sampelPVC standard,PPY standard, PVC-PPY standard dan lapisan tipis komposit PVC-PPY basil sintesa dapat dilihat pada gambar 2 -5, dan tabel2.
i.:.n
.=. .. ,.
~
-!'~""---"-"V ."..
;f :.
(
...
(0(;
G'C'
..
11-1/
tot , I '
wi.
1000 )000 ),iX> "'"
1.-
1000 '"'"
wo"
()ambar5 .1 Spektra
p1rol(
".,.,
"""
(. --0)
1nCre alereh der1 fo11v1n11klor1da-fol1
Reference ).
Pada bilangan gelombangdari 640 Cm-l, ada puncak serapanyang khas untuk vibrasi regang C-CI; pada bilangan gelombangdari 970, 975 Cm-l, ada puncak serapan yang khas untuk vibrasi regang C-C; pada bilangan gelombang 1100Cm-l, 1250 Cm-r dan 1430 Cm-l, 1450 Cm ada punCak serapan yang khas untuk vibrasiregangC-H; Pada bilangan gelombang daTi 2940 Cm,l, adanyapuncak serapanyang merupakanciri khas dati lapisan tipis PVC, lapisantipis komposit PVC.PPY standarddan lapisan tipis komposit PVC-PPY basil sintesa. Adapunoadabilarlgan gelombangdaTi900 Cm, 1040 Cm,l, dan 1600 Cm-1ada -I
,{".,,"".,
, tin-', ada puncak serapan yang khas untuk vibrasi regang -CH3; pada bilangan gelombangdari 1180 Cm-l, 3440 Cm-l adanya puncak serapanyang khas untuk vibrasi regang N-H, adanyapuncak serapanyang khas diatas
243
-
~
! m 11600 ill
merupakan ciri khas dari lapisan tipis PPY, lapisan tipis komposit PVC-PPY standarddaD lapisan tipis kornposit PVC-PPY basil sintesa. Dan spektra infra rnerah terdapat kesamaan gugus fungsinya, ha1 ini menunjukkanbahwa sintesalapisantipis kornpositPVC-PPY berhasil dibuat.
',5, IlL.'"
',0, 2,S; I
2,0. 1, S~ 1,0.
o.~ Tabel 2.: Data Bilangan gelombang, Gugus fungsi dari lapisan tipis ,PVC; PPY; lapisan tipis komposit PVC-PPY dan PVC-PPY
reference(*)
o,v -0,5 0-
5b.
-1.00"'
T e In per
150
2"00'250
--,.00
a t u r ("0)
G...bar 6. Tcmaocr- DSCpoIiplnllpad. media1MHOO. ~pak_pa(an r-a l0oClDlCftIt
Gugus fungsi
N-H
3440 ~3. I
2920
29401 -
I
11320
1600
1430 1335 1250
2920 1600
1100
1430 1335 1250 1180 1100
970
970
640
640
1180 11040 I ~ 900 640
~
-CH2.l
c-c c-c C-H -CH3
C-H N-H C-H C-C C-C C-C C-CI
4.Analisasifal lermal Gambar 6 -7, terlihat terrnogramDSC dari lapisantipis PPY dan lapisantipis komposit Polivinilklorida{ PVC ) -Polipirol{ PPY ) menunjukkan adanya puncak crosslin,king{ pengikatansilang ), ini menandakanterjadinya pembentukan ikatan silang antara makromolekul(PVC dan PPY) yang terjadi selamasintesapolimer atau selamapemrosesan polimer linier. Denganadanya2 puncak eksotermik,pada suhu 107,25° C dan 169,15°C ini menunjukkan bahwa lapisantipis kompositPVC-PPY tersebut bersifat termal; terrnogram DSC yang sarna, terlihat juga pada lapisan tipis polipirol di media HCIO4. Selain daTi pada itu terrnogram DSC lapisan tipis komposit PVC-PPY, juga terlihat adanya suhutransisigelas (TJ pada suhu 81,54°C dan
244
temyata lebih kecil dibandingkan suhu transisi gelas dari PVC yaitu 97°C pada suhu proses O°C[14J,ini menunjukkan bahwa deformasi sangatlambatkarenapolimer bersifat gelasdan kaku. Dan data difraktogram lapisan tipis komposit PVC-PPY,tidak terlihat adanyapuncak difraksi, hal ini menunjukkan bahwa lapisan tipis kompositPVC-PPYbersifatamon. Dengandemikian prosespengikatansilangPPY terjadi pada rase amorphous dari molekul lapisan tipis komposit PVC-PPY, ini sesuai dengan basil penelitian TABATA,dkk(15) yang menyatakan bahwa tidak terjadi pemutusan rantai(chain scission) maupun pengikatan silang( crosslinking ) pada rase kristal dan pengikatansilanghanyaberlangsungdalam rase amorphous.
9.
KESIMPULAN -Sifat konduktifitas lapisan tipis kompositPVCPPy menunm dengan bertambah tebalnya lapisan, ini disebabkanoleh doping pirol kurang dalam. .-Sifat termal lapisan tipis komposit PVC-PPy menunjukkan adanya Tg : 81,54°C dan terbentukcrosslinking pada suhu 107,25°C dan 169,15°C. -Lapisan tipis komposit PVC-PPy bersifat amort.
BUDIARTO, WURYANTO dan pun SULISWORO,Lokakarya sehari JURNAL NUSANTARA KIMIA, Berkala setengan tahunan,JNK94 II.I-B,93-106(1994) 10. VORKAND, F.T.A., and JANSSEN,L.J.J., J. Electrochimica Acta, vol. 33, No.ll,
1513-1517(1988) 11. KANAZAWA, K.K., DIAZ, A.F., GARDINI, G.P., GILL, W.D., GRANT, P.M., KWAK, I.F., and STREET, G.B., Synth.Met., 1 (1980)329
UCAPANTERIMA KASm Padakesempatanini kami mengucapkan terima kasih kepada. Drs. Mawardi selaku Pimpro PPSM dalam mengelola dana untuk mempelancarpenelitian ini, juga Agus Sunardi serta rekan-rekan yang telah membantu penelitianini.
12. ASAVAPIRIYANOLT,S., CHANDLER, G.K., GUNAWARDENA, G.A., and PLETCHER, D., J. Electroanal. Chern., 177,229(1984) 13. DIAZ, A.F., CASTll.LO, J.I., LOGAN, J.A.,and LEE, W.Y., J. Electroanal.Chern. 129,115-132(1981)
DAFTARPUSTAKA M.O.TnA, DisarnpaikampactaKIPNAS VI, tanggal 11-15 September 1995, Serpong, JurusanFisika, ITB, Bandung. MAC DIARMID, A.G., and HEEGER, H.G., Synth.Met.,1 (1980)101
3. WALATKA, V.W., LABES, M.M., and PERLSTEIN, I.H., Phys. Rev. lett., 31 (1973)1139 4. BECRGAARD, Ko, JACOBSEN, CoSo, MORTENSEN, K., PEDERSEN, R.J., and THORUP, N., Solid State Cornm., 33 (1980) 1119 5. KRATSCHMER,
6,
15. TABATA, Y.,MIRZAN, T.R., OTSUHATA,K., OHASIHI,F., and TAKEUCHI, A.,J. Appl. Polyrn. Sci., 36,(1988)633 16. COLLINS,E.A., DANlELS,C.A., and WITENHAFER, D.E., Handbook of Polymer, V, 60-69 (1995) 17. DIAZ,A., ChemicaScripta, 17 (1981) 145148.
W., LOWELL, D., FOSTIROPOULUS, D.
LAMB,
K., and
R.H.,
Nature 347 (1990) 354
TOURILLON,
14. TAE, J.K., MIYATA, S., and MIYAKI, Y., PolymerBulliten, 31, 593-599(1993)
K.K., and GARNIES, F.
Electroanal.Chern., 135(1982)173
7. PFLUGER,
M. KROUNBI, and G.B. STREET, J. Chern. Phys., 78(6)3212(1983)
8
BUDIARTO dan WURYANTO, Seminar Nasional KIMIA DAN INDUSTRI, Univ. Indonesia, Jakarta, Tanggal 27-29 Juli 1993.
245
