SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG. Disusun oleh : DENY IRAWATI M

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG

Disusun oleh :

DENY IRAWATI M0308009

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Januari, 2013 commit to user

i


digilib.uns.ac.id

commit to user

ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG” ini adalah benar-benar karya saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Januari 2013

Deny Irawati

commit to user

iii


digilib.uns.ac.id

SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG

DENY IRAWATI Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi poli(butilen itakonat) dengan penambahan gliserol sebagai agen pengikat silang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui poli(butilen itakonat) dapat dibentuk melalui proses polikondensasi suhu tinggi (175 ± 5 oC) dengan waktu yang relatif singkat serta untuk mengetahui pengaruh penambahan gliserol terhadap stabilitas termal poli(butilen itakonat) yang diidentifikasi dengan TG-DTA. Poli(butilen itakonat) disintesis dari asam itakonat (AI), 1,4-butandiol (1,4-BDO), agen pengikat silang gliserol dengan katalis Ti (IV) butoksida dalam pelarut toluena. Poli(butilen itakonat) disintesis dengan cara polikondensasi pada suhu 175 ± 5 oC dengan variasi waktu 1 jam; 1,5 jam; 2 jam; 2,5 jam; dan 3 jam. Perbandingan gliserol yang ditambahkan terhadap 1,4-butandiol pada poli(butilen itakonat) divariasi 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% (mol Gliserol:1,4-BDO). Gugus-gugus fungsi di dalam poli(butilen itakonat) tanpa dan dengan penambahan gliserol diidentifikasi dengan FTIR. Karakterisasi poli(butilen itakonat) dengan menggunakan FTIR menunjukkan adanya pergeseran bilangan gelombang dari 1703 cm-1 ke 1728 cm-1 pada gugus karbonil poli(butilen itakonat) yang menunjukkan adanya gugus C=O ester. Hasil uji bilangan asam dan viskositas dari poli(butilen itakonat) menunjukkan bahwa bilangan asam poli(butilen itakonat) menurun dan viskositas cenderung meningkat seiring dengan peningkatan waktu sintesis. Karakterisasi menggunakan TG-DTA menunjukkan ketahanan termal paling tinggi terjadi pada waktu sintesis 3 jam dan pada penambahan gliserol 10%. Kata kunci: sintesis, poli(butilen itakonat), gliserol.

commit to user

iv


digilib.uns.ac.id

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF POLY(BUTYLENE ITACONIC) WITH GLYCEROL ADDITION AS CROSSLINKING AGENTS

DENY IRAWATI Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science Sebelas Maret University

ABSTRACT The research of synthesis and characterization of poly(butylene itaconic) with glycerol addition as crosslinking has been carried out. This research is aimed to determine poly(butylene itaconic) can be formed from high-temperature polycondensation process (175 ± 5 oC) with a relatively short time and the effect of glycerol addition toward the poly(butylene itaconic)’s thermal stability as mell. Poly(butylene itaconic) were synthesized from itaconic acid (AI), 1,4-butandiol (1,4-BDO), glycerol as crosslinking agent with Ti (IV) butoxide catalyst in toluene solvent. Poly(butylene itaconic) was synthesized by polycondensation at temperature 175 ± 5 oC with time variation 1 hour; 1,5 hours, 2 hours, 2,5 hours, and 3 hours. Glycerol ratio added to mixture were varied 10%, 20%, 30%, 40%, and 50% (mol Glycerol:1,4-BDO). Functional groups at the poly(butylene itaconic) without and with additional of glycerol were identified by FTIR. Characterization of poly(butylene itaconic) using FTIR showed a wavenumber shift from 1703 cm-1 to 1728 cm-1 in carbonyl group of poly(butylene itaconic) which marked by the presence of C=O ester group. Acid number and viscositys test of poly(butylene itaconic) showed that the acid number of poly(butylene itaconic) decreases and the viscosity tends to increase along with increase of the synthesis time. Characterization using TG-DTA showed the highest thermal resistance were occured for 3 hours synthesis and addition of 10% glycerol. Keywords: synthesis, poly(butylene itaconic), glycerol.

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

MOTTO

Kita harus melihat kesempatan di setiap kesulitan daripada menjadi tak berdaya karena pemikiran adanya kesulitan pada setiap kesempatan (Walter E.Cole, Korean War Hero)

Aku tidak pernah mengalami kegagalan. Hanya pengalaman berharga. (Thomas Alfa Edison)

Anda harus memiliki tujuan jangka panjang agar tidak frustasi terhadap kegagalan jangka pendek (Charles Noble)

Jangan berusaha untuk tidak gagal, tetapi berusahalah tidak pernah berhenti dalam mencapai keberhasilan (Anonim)

Ketika Anda mengharapkan sesuatu baik,sebetulnya seluruh alam semesta akan menyatu membantu Anda mewujudkannya (Paulo Coelho)

Belajarlah dari kesalahan orang lain. Anda tak akan dapat hidup cukup lama untuk melakukan semua kesalahan itu sendiri (Martin)

commit to user

vi


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

. Alhamdulillah ucap syukur tak terhingga kepada Allah SWT Karya kecil ini ku persembahkan untuk: Bapak dan mama tercinta untuk semua yang kalian berikan untukku Sungguh besar cinta dan pengorbanan yang kalian berikan hingga ku tak mampu membalasnya Fajar Dwi Permana, adikku tercinta Semoga menjadi anak yang membanggakan untuk kita semua Keluarga besarku yang selalu memberikan semangat dan dukungan yang tak terhingga My Engineer, Yunis Pratama AP Terima kasih untuk kesabaran dan kesetiaannya Angkatanku Kimia 2008

commit to user

vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum wr. wb. Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah S. W. T. atas limpahan rahmat, hidayah dan segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi dengan judul “SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG” untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan 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 terimakasih kepada: 1.

Bapak Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc, Ph.D selaku Dekan Fakultas MIPA UNS

2.

Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si, selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA UNS

3.

Bapak

Dr.rer.nat.

Atmanto

Heru

Wibowo,

M.Si,

selaku

Pembimbing Skripsi 4.

Bapak Patiha, MS selaku Pembimbing Akademik

5.

Bapak Drs. Mudjijono, Ph.D selaku Penguji I

6.

Bapak Candra Purnawan, M.Sc selaku Penguji II

7.

Bapak dan Ibu tercinta yang senantiasa selalu memberikan dukungan dan semangat.

8.

Bapak/Ibu Dosen dan seluruh staf Jurusan Kimia Fakultas MIPA UNS atas semua ilmu yang bermanfaat

9.

Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS dan Sub Laboratorium Kimia, Laboratorium Pusat FMIPA UNS.

10. Teman-teman dan semua pihak yang telah membantu hingga selesainya penyusunan skripsi ini. commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan bimbingan, kritik dan saran sebagai bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan yang telah ada. Wassalamu’alaikum wr. wb.

Surakarta, Januari 2013

Deny Irawati

commit to user

ix


digilib.uns.ac.id

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 .....................................................................................................x DAFTAR TABEL ......................................................................................... .xii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... .xiii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................xv BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................1 A. Latar Belakang Masalah ................................................................1 B. Perumusan Masalah .......................................................................3 1. Identifikasi Masalah ...................................................................3 2. Batasan Masalah.........................................................................4 3. Rumusan Masalah ......................................................................5 C. Tujuan Penelitian ...........................................................................5 D. Manfaat Penelitian .........................................................................5 BAB II. LANDASAN TEORI ..........................................................................6 A. Tinjauan Pustaka ............................................................................6 1. Polimer .......................................................................................6 2. Poliester ......................................................................................9 3. Asam Itakonat ..........................................................................10 4. 1,4-Butandiol ............................................................................12 5. Crosslink ..................................................................................13 commit to user 6. Gliserol .....................................................................................14

x


digilib.uns.ac.id

7. Katalis Titanium (IV) Butoksida ..............................................16 8. Karakterisasi Poliester ..............................................................16 a. Bilangan Asam ....................................................................16 b. Viskometri ...........................................................................16 c. Spektroskopi Inframerah .....................................................17 d. Thermogravimetric Analysis (TGA) ...................................18 B. Kerangka Pemikiran .....................................................................18 C. Hipotesis .......................................................................................21 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ......................................................22 A. Metodologi Penelitian ..................................................................22 B. Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................22 C. Alat dan Bahan .............................................................................22 1. Alat ...........................................................................................22 2. Bahan........................................................................................23 D. Prosedur Penelitian ......................................................................23 1. Pembuatan Poli(Butilen Itakonat) ............................................23 2. Pembuatan Poli(Butilen Itakonat) terikat silang gliserol .........24 3. Penentuan Bilangan Asam .......................................................24 4. Penentuan Viskositas Intrinsik .................................................25 5. Karakterisasi FTIR ...................................................................26 6. Karakterisasi TG-DTA .............................................................26 E. Teknik Pengumpulan Data ...........................................................26 F. Teknik Analisa Data .....................................................................27 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................29 A. Karakterisasi Asam Itakonat ........................................................29 B. Karakterisasi 1,4-Butandiol..........................................................31 C. Sintesis Poli(butilen itakonat) ......................................................33 D. Sintesis Poli(butilen itakonat) Terikat Silang Gliserol ................41 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.........................................................49 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................50 commit to user Lampiran ......................................................................................................... 54

xi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Sifat Fisik Asam Itakonat .............................................................. 11 Tabel 2. Sifat Fisik 1,4-Butandiol ............................................................... 12 Tabel 3. Sifat Fisik Gliserol ........................................................................ 15 Tabel 4. Hasil Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Gliserol .................... 44

commit to user

xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Skema kopoliester alternasi, acak, blok, dan cangkok ................. 6 Gambar 2. Reaksi Poliester Poliol ................................................................. 9 Gambar 3. Struktur Asam Itakonat .............................................................. 10 Gambar 4. Struktur 1,4-Butandiol................................................................ 12 Gambar 5. Struktur Polimer Ikat Silang....................................................... 13 Gambar 6. Struktur Gliserol ......................................................................... 15 Gambar 7. Struktur Katalis Titanium (IV) Butoksida.................................. 16 Gambar 8. Gugus Karboksilat pada Asam Itakonat ..................................... 18 Gambar 9. Gugus Hidroksi pada 1,4-Butandiol ........................................... 19 Gambar 10. Mekanisme Reaksi Pembentukan Poliester ............................ 19 Gambar 11. Poliester Diikat Silang dengan Gliserol .................................. 20 Gambar 12. Asam Itakonat ......................................................................... 29 Gambar 13. Spektra FTIR Asam Itakonat .................................................. 30 Gambar 14. Kurva TG-DTA Asam Itakonat ............................................... 31 Gambar 15. 1,4-Butandiol ........................................................................... 31 Gambar 16. Spektra FTIR 1,4-Butandiol .................................................... 32 Gambar 17. Kurva TG-DTA 1,4-Butandiol ................................................ 33 Gambar 18. Rangkaian Distilasi pada Pembuatan ...................................... 34 Gambar 19. Hasil Sintesis Poli(butilen itakonat) ........................................ 35 Gambar 20. Grafik Waktu Sintesis vs Bilangan Asam ................................ 36 Gambar 21. Grafik Waktu Sintesis vs Viskositas ....................................... 37 Gambar 22. Spektra FTIR Poli(butilen itakonat) ........................................ 38 Gambar 23. Reaksi pada Pembentuka Poli(butilen itakonat) ..................... 40 Gambar 24. Kurva TG-DTA Poli(butilen itakonat) .................................... 40 Gambar 25. Gliserol .................................................................................... 42 Gambar 26. Spektra FTIR Gliserol ............................................................. 42 Gambar 27. Kurva TG-DTA Gliserol ......................................................... 43 Gambar 28. Hasil Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Gliserol ............... 44 commit to userTerikat Silang Gliserol ... 46 Gambar 29. Spektra FTIR Poli(butilen itakonat)

xiii


digilib.uns.ac.id

Gambar 30. Kurva TG-DTA Poli(butilen itakonat)/Gliserol ...................... 47

commit to user

xiv


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Bagan Alir Cara Kerja ............................................................. 54 Lampiran 2. Pembuatan Larutan KOH dan H2C2O4 .................................... 58

commit to user

xv


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Polimer merupakan makromolekul yang disusun oleh unit-unit molekul sederhana

(monomer)

yang

tersusun

secara

berulang-ulang.

Berdasarkan

pembuatannya, polimer terdiri dari dua jenis, yaitu polimer alam dan polimer buatan (sintetik). Yang termasuk polimer alam adalah selulosa, pati, dan protein, sedangkan polimer sintetik adalah poli etilen, poli propilen, poli vinil klorida, poliester, dan lainlain. Pembuatan polimer sintetik memiliki keuntungan karena dapat membentuk polimer-polimer dengan sifat-sifat fisika dan kimia yang diinginkan. Dalam beberapa tahun terakhir, polimer biodegradable telah mendapat perhatian yang cukup besar, hal ini dikarenakan sejumlah besar produksi masal dari polimer tersebut digunakan untuk kemasan, pelapis kertas, serat, film, biomedis, implan, dan kontrol sistem pengiriman obat. Polimer biodegradable dapat diuraikan oleh mikroorganisme, khususnya bakteri dan jamur. Bordes (2009) mengelompokkan polimer biodegradable ke dalam dua kelompok yaitu agro-polymer yang terdiri dari polisakarida dan protein; dan biopoliester (biodegradable polyesters) seperti poli asam laktat (PLA), poli hidroksi alkanoat (PHA), aromatik dan kopoliester alifatik. Poliester alifatik memiliki keuntungan hidrolitik yang terdegradasi enzimatik secara alami dan diubah menjadi zat non-toxic. Poliester alifatik dapat disintesis dari asam dikarboksilat dan diol melalui reaksi polikondensasi. Kim et al. (2001) telah mensintesis poliester seperti poli(etilen adipat) (PEA) dari kopolimerisasi etilen glikol (EG) dan asam adipat (AA), poli(butilen suksinat) (PBS) dari kopolimerisasi 1,4-butandiol (BD) dan asam suksinat (AS). Chajecka et al. (2011) telah mensintesis poliester dari asam adipat, asam suksinat, dan asam maleat dengan butandiol, dietilen glikol, gliserol, dan gliserol propoksilat. Sintesis poliester yang dilakukan pada suhu rendah (120-140 °C) akan menyebabkan reaksi berjalan sangat lambat, sedangkan 1

commit to user


digilib.uns.ac.id 2

sintesis poliester yang dilakukan pada suhu tinggi (150-220 oC) akan menyebabkan reaksi berjalan cepat (Chajecka, 2011). Asam itakonat (AI) adalah salah satu senyawa alam yang mampu menggantikan asam akrilik yang digunakan dalam pembuatan resin sintetik, pelapis, dan produk industri lainnya. Asam itakonat diperoleh dari hidrolisa pati melalui proses fermentasi karbohidrat oleh bakteri Aspergillus terreus (Wilke et. al., 2001). Asam itakonat memiliki dua gugus asam karboksilat yang memungkinkan untuk bereaksi dengan gugus hidroksil di kedua sisinya, sehingga dapat membentuk ester yang lurus (poliester alifatik). Poliester alifatik umumnya bersifat termoplastik, sehingga diperlukan tambahan zat pengikat silang (crosslinker) untuk menjadi elastomer atau termoset yang memiliki bentuk padat dan kuat dengan kestabilan panas yang baik (Skrifvars, 2000). Pengikat silang yang dapat digunakan untuk polimer antara lain divinil benzen, 4,4’-divinilazobenzen, N’N metilen bis akrilamid, etilen glikol dimetakrilat, sukrosa, dan gliserol. Penambahan senyawa pengikat silang dapat berpengaruh terhadap karakteristik poliester, salah satunya adalah stabilitas termal. Lee et al. (2011) dan Yang et al. (2011) telah melakukan ikat silang terhadap poli(asam akrilat) dan poli(asam oleat) menggunakan gliserol. Gliserol merupakan hasil samping dari produksi biodiesel yang terus meningkat produksinya. Senyawa tersebut dalam jumlah besar dapat digunakan dalam pembuatan obat, kosmetik, pasta gigi, busa uretan, resin serta dapat diubah menjadi produk kimia lain (Yuniati dkk., 2010), dan agen pengikat silang polimer (Lee et al., 2011). Gliserol dengan tiga gugus fungsional OH reaktif dapat membentuk sebuah blok oligomer atau polimer bercabang yang dapat meningkatkan densitas poliester. Gugus OH pada gliserol tersebut dapat dengan mudah direaksikan dengan asam dikarboksilat membentuk poliester. Pemanfaatan asam itakonat untuk polimer di indonesia masih sangat sedikit, sehingga perlu adanya penelitian yang berkaitan dengan poliester dari asam itakonat dan 1,4-butandiol dengan Ti(OBu)4 sebagai katalisnya. Demikian juga pengaruh

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

penambahan gliserol pada sintesis poliester tersebut terhadap sifat-sifat yang akan dihasilkan.

B. Perumusan Masalah 1.

Identifikasi Masalah

Beberapa permasalahan yang perlu dibahas dan dijadikan sebagai bahan pertimbangan dalam penelitian ini adalah: 1. Reaksi polikondensasi pada pembuatan poliester tergantung dari pada suhu pemanasan dan waktu polimerisasinya. Pada suhu rendah, reaksi polikondensasi berjalan sangat lambat sedangkan pada suhu tinggi, reaksi dapat berjalan sangat cepat. Namun, penggunaan suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada poliester yang terbentuk. Pada proses polimerisasi, semakin lama waktu polimerisasi maka dapat meningkatnya berat molekul dari poliester yang terbentuk. 2. Perbedaan perbandingan molar yang digunakan pada reaksi polikondensasi akan memperoleh polimer dengan sifat yang berbeda pula. Kelebihan konsentrasi dari salah satu monomer akan membuat proses polimerisasi tidak berjalan secara maksimal. Penggunaan jenis katalis yang berbeda pada reaksi polikondensasi juga akan mempengaruhi proses polimerisasi, misalnya suhu menjadi lebih rendah dan waktu menjadi lebih singkat. Katalis yang dapat digunakan untuk mensintesis poliester antara lain timah (II) oktoat, titanium (IV) butoksida, dibutiltimah (II) oksida, dibutiltimah dilaurat, p-toluene sulfonic acid, novozym. 3. Poliester alifatik yang bersifat termoplastik dapat dibentuk menjadi bersifat termoset atau elastomer dengan penambahan agen pengikat silang. Beberapa jenis agen pengikat silang yang dapat digunakan pada pembuatan poliester adalah divinil benzen, 4,4’-divinilazobenzen, N’N metilen bis akrilamid, etilen glikol dimetrakilat, sukrosa, dan gliserol. Tingkat ketermosetan poliester dipengaruhi oleh jumlah agen pengikat silang yang ditambahkan. Pengaruh agen

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

pengikat silang terhadap ketahanan termal dapat diketahui dengan variasi penambahan pengikat silang yang digunakan pada poliester. 4. Karakterisasi poliester yang terbentuk dapat dilakukan dengan analisis bilangan asam, bilangan basa, viskositas intrinsik, berat molekul, dan uji biodegradable serta karakterisasi menggunakan FTIR, TG-DTA. Data yang diperoleh dapat memberikan gambaran proses selama reaksi berlangsung, serta dapat memberikan gambaran mengenai gugus-gugus fungsi, penentuan struktur, dan ketahanan termal dari poliester yang terbentuk. Analisis bilangan basa sebanding dengan bilangan asam, dan untuk analisis berat molekul sebanding dengan viskositas intrinsik. Akan tetapi, uji biodegradable menggunakan enzim sulit untuk dilakukan karena kesulitan melakukan preparasi sampel dan biaya yang harus dikeluarkan cukup besar.

2. Batasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka penelitian ini dibatasi pada: 1. Reaksi polikondensasi pada suhu tinggi (150-220 oC) akan berlangsung lebih cepat (Chajecka, 2011) sehingga suhu yang digunakan dalam sintesis poli(butilen itakonat) adalah 175 ± 5 oC (Mohammadnia et al., 2012) dengan variasi waktu sintesis 1 jam, 1,5 jam, 2 jam, 2,5 jam, dan 3 jam (Kim et al., 2001). 2. Perbandingan konsentrasi yang digunakan pada sintesis poli(butilen itakonat) yaitu 1:1, sehingga proses polimerisasi berjalan maksimal (Chajecka, 2011) dengan katalis yang digunakan yaitu titanium (IV) butoksida. 3. Pengikat silang yang digunakan adalah gliserol karena gliserol banyak digunakan sebagai pengikat silang untuk polimer jaringan (Yang et al., 2011). Variasi penambahan pengikat silang yang digunakan adalah 90%:10%, 80%:20%, 70%:30%, 60%:40% dan 50%:50% (1,4-butandiol:gliserol) mol. 4. Poli(butilen itakonat) yang diperoleh akan ditentukan bilangan asam dan viskositas intrinsik, serta akan dikarakterisasi menggunakan FT-IR dan TG/DTA

commit to user


digilib.uns.ac.id 5

3. Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah yang telah diuraikan diatas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh dari penggunaan variasi waktu dalam pembuatan poli(butilen itakonat) dari asam itakonat dan 1,4-butandiol melalui proses polikondensasi pada suhu tinggi (175 ± 5 oC)? 2. Bagaimana pengaruh dari variasi penambahan pengikat silang gliserol terhadap stabilitas termal poli(butilen itakonat)?

C. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui pengaruh dari penggunaan variasi waktu dalam pembuatan poli(butilen itakonat) dari asam itakonat dan 1,4-butandiol melalui proses polikondensasi pada suhu tinggi (175 ± 5 oC). 2. Mengetahui pengaruh dari variasi penambahan pengikat silang gliserol terhadap stabilitas termal poli(butilen itakonat).

D. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Secara praktis, penelitian ini dapat memberikan informasi mengenai pembuatan poliester yang berbahan dasar asam itakonat. 2. Secara teoritis, penelitian ini dapat meningkatkan ilmu pengetahuan mengenai polimer serta pemanfaatan asam itakonat dalam bidang polimer.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka 1. Polimer Kata polimer berasal dari bahasa yunani, yaitu poly yang berarti banyak dan mer yang berarti bagian. Jadi, polimer adalah molekul besar yang terbentuk secara berulang dari unit-unit sederhana (monomer) (Stevens, 2001). Polimer mengandung ribuan sampai jutaan atom dalam molekul yang besar, sehingga disebut juga makromolekul (Chanda, 2000). Berdasarkan jenis monomer pembentuk suatu polimer, polimer dapat digolongkan menjadi dua, yaitu homopolimer dan kopolimer. Homopolimer adalah suatu polimer yang tersusun dari satu jenis monomer. Sedangkan kopolimer adalah suatu polimer yang tersusun dari lebih dari satu jenis monomer (Odian, 2004). Kopolimer juga digolongkan menjadi empat, yaitu kopolimer alternasi, kopolimer acak, kopolimer blok, dan kopolimer cangkok. Kopolimer alternasi adalah kopolimer yang susunannya berselang-seling secara linear. Kopolimer acak adalah kopolimer yang terdistribusi secara acak. Kopolimer blok adalah kopolimer dimana monomer A dan B membentuk blok-blok tersendiri. Sedangkan kopolimer cangkok adalah kopolimer blok non linear yang mana polimer dari satu jenis monomer berperan sebagai polimer utama dan polimer dari monomer yang lain sebagai cabangnya.

Gambar 1. Skema kopoliester alternasi, acak, blok, dan cangkok 6

commit to user


digilib.uns.ac.id 7

Beberapa kombinasi dari monomer mempunyai kecenderungan untuk berselangseling selama berlangsungnya kopolimerisasi, sedangkan kontrol pembentukan kopolimer-kopolimer blok dan cangkok memerlukan teknik-teknik khusus. Poliester dari dua monomer asam dibasa dan glikol juga dianggap sebagai kopolimer (Stevens, 2001). Polimer juga bisa digolongkan sebagai polimer linier, bercabang, dan jaringan. Polimer linier tidak mempunyai cabang selain gugus-gugus yang digolongkan sebagai monomernya. Polimer bercabang adalah polimer yang mempunyai cabang selain gugus-gugus yang digolongkan sebagai monomernya. Polimer yang bercabang tidak selalu merupakan kopolimer, tetapi dapat juga sebuah homopolimer bercabang, dimana percabangan rantai timbul sebagai akibat dari reaksi-reaksi sampingan selama proses polimerisasi. Polimer jaringan terjadi ketika rantai-rantai polimer terikat bersama atau ketika digunakan monomer-monomer polifungsional sebagai ganti dari monomer difungsional. Polimer jaringan secara umum disebut juga sebagai polimer ikatan sambung silang karena terjadi pengikatan secara sambung silang, sehingga akan diperoleh material polimer yang mempunyai derajat stabilitas dimensi yang baik, yang bersifat termoset (Odian, 2004). Berdasarkan perilaku mekanik dan struktur rantai atau molekulnya, polimer digolongkan menjadi dua, yaitu polimer termoplastik dan termoset. Polimer termoplastik adalah polimer yang bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanaskan dan menjadi keras dan kaku (rigid) pada saat didinginkan secara berulang-ulang. Sedangkan polimer termoset (thermosetting) adalah polimer yang bersifat hanya melebur pada saat pertama kali dipanaskan dan selanjutnya tetap mengeras secara permanen pada saat didinginkan. Polimer jenis termoset bersifat lebih keras dan kaku (rigid) karena struktur molekulnya yang membentuk jejaring tiga dimensi yang saling berhubungan (network). Polimer jenis elastomer, misalnya karet alam, memiliki daerah elastis non linear yang sangat besar yang disebabkan oleh adanya sambungan-sambungan antar rantai (cross links) yang berfungsi sebagai pengingat bentuk (shape memory) sehingga karet dapat kembali ke bentuk semula.

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

Reaksi pembentukan polimer disebut dengan reaksi polimerisasi (Stevens, 2001). Reaksi polimerisasi dibagi menjadi dua macam, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Polimerisasi adisi adalah reaksi pembentukan polimer yang disertai pemutusan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal dan berlangsung secara cepat tanpa produk samping (by-product) sehingga sering disebut pula sebagai pertumbuhan rantai (chain growth). Sedangkan polimerisasi kondensasi adalah reaksi pembentukan polimer yang berlangsung tahap demi tahap (step growth) dan disertai dengan adanya pelepasan molekul kecil, yaitu molekul air. Contoh polimerisasi dengan reaksi adisi adalah proses pembentukan poli etilen (PE). Proses polimerisasi adisi berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, adisi atau pertumbuhan rantai, dan terminasi. Untuk memulai proses polimerisasi etilen, ditambahkan inisiator peroksida sehingga terjadi pemutusan ikatan kovalen antar oksigen dalam molekul hidrogen peroksida dan ikatan kovalen antar karbon dalam molekul etilen. Polimerisasi dimulai dengan terbentuknya dua kelompok inisiator (OH) dan monomer. Satu dari dua kelompok OH selanjutnya akan bergabung dengan etilen yang mengawali terbentuknya rantai molekul polimer. Selanjutnya akan terjadi pertumbuhan rantai yang berlangsung sangat cepat membentuk rantai molekul raksasa linear. Terminasi dari pertumbuhan rantai dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan bergabungnya OH ke ujung rantai molekul, dan bergabungnya dua rantai molekul. Panjang dari rantai polimer dapat dikendalikan dengan cara mengendalikan jumlah inisiator. Secara umum, jika jumlah inisiator yang diberikan sedikit, maka jumlah OH yang tersedia untuk menghentikan reaksi semakin sedikit pula. Contoh polimerisasi kondensasi adalah proses pembentukan bakelit. Bakelit terbentuk dari dua jenis monomer, yaitu fenol dan formaldehid. Reaksi polimerisasi kondensasi berlangsung lebih lambat dan bertahap daripada polimerisasi adisi. Rantai molekul yang terbentuk dalam proses polimerisasi bakelit ini lebih rigid, karena membentuk jejaring tiga dimensi (three dimensional network) yang kompleks.

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

2. Poliester Poliester merupakan salah satu jenis polimer sintetik dimana pada rantai utamanya terdapat gugus ester (-COOR) yang mudah terhidrolisis sehingga dapat terbiodegradasi (Hasan dkk., 2005). Poliester mempunyai aplikasi komersial yang luas sebagai serat, plastik, dan bahan pelapis. Metode-metode umum yang digunakan untuk mensintesis poliester adalah dengan esterifikasi langsung (1), transesterifikasi (2), dan reaksi alkohol dengan asil klorida (3) atau anhidrida (4). RCO2H + R’OH ↔ RCO2R’ + H2O

(1)

RCO2R” + R’OH ↔ RCO2R’ + R”OH

(2)

RCOCl + R’OH → RCO2R’ + HCl

(3)

(RCO)2O + R’OH → RCO2R’ + RCO2H

(4)

Masing-masing reaksi tersebut melibatkan reaksi adisi nukleofilik terhadap gugus karbonil, dimana adisi tersebut akan dipercepat oleh sifat polar dari ikatan rangkap dua karbon-oksigen (Stevens, 2001). Poliester merupakan jenis polimer sintetik pertama yang disintesis secara kondensasi oleh Carothers pada tahun 1930an (Edlund et al., 2003). Preparasi poliester melalui reaksi polikondensasi terjadi apabila asam dibasa berkondensasi dengan sembarang glikol atau suatu asam hidroksi membentuk poliester-poliester linier

(Stevens,

2001).

Reaksi

polikondensasi

atau

poliesterifikasi

asam

hidroksikarboksilat, atau campuran glikol dengan asam dikarboksilat dapat dilakukan pada kisaran suhu 150-250 ºC, dimana pada kisaran suhu tersebut menghasilkan poliester dan air (Chajecka, 2011).

Gambar 2. Reaksi Poliester Poliol

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

Reaksi polikondensasi dengan suhu tinggi (150-220 oC) akan berjalan lebih cepat dan produk yang dihasilkan memiliki berat molekul tinggi. Sedangkan reaksi dengan suhu rendah (120-140

o

C) akan berjalan sangat lambat (Chajecka, 2011). Reaksi

polikondensasi atau esterifikasi secara termodinamik merupakan reaksi reversible. Oleh karena itu, secara teori semua poliester memiliki potensi untuk bersifat biodegradable yang ditandai oleh adanya hasil samping

air yang merupakan

perpecahan dari rantai utama ikatan ester (Edlund et al., 2003). Poliester dibedakan menjadi poliester linear dan poliester ikat silang atau jaringan. Menurut Nicholas (1989) dalam Elango et al. (2010) poliester linear dari asam dikarboksilat dan diol dapat dikategorikan menjadi empat, yaitu poliester alifatik, poliester aromatik alifatik, poliakrilat alifatik, dan poliakrilat aromatik. Sedangkan poliester ikat silang atau jaringan terdapat dua jenis, yaitu: 1. Poliester yang dipreparasi dari monomer-monomer fungsional sedemikian sehingga terjadi proses ikat silang selama reaksi poliesterifikasi (untuk selanjutnya dinyatakan sebagai poliester ikat silang jenuh). 2. Poliester yang diikat silang oleh reaksi polimerisasi adisi terpisah melalui ikatanikatan rangkap dua reaktif yang diinkorporasi ke dalam kerangka poliester (Stevens, 2001).

3. Asam Itakonat Asam itakonat (itaconic acid, IA) termasuk salah satu jenis asam organik berbentuk kristal putih yang merupakan asam dikarboksilat tak jenuh yang mana memiliki satu ikatan rangkap dan dua buah gugus karboksil pada kedua ujungnya. Struktur asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 3. CH2 HOOC

H2 C

C

COOH

Gambar 3. Struktur Asam Itakonat

commit to user



Asam Itakonat memiliki nama lain asam metilen butandioat, asam metilen suksinat, asam 3-karboksi-3-butanoat, dan asam propilendikarboksilat. Rao et al. (2007) menyebutkan bahwa asam itakonat ditemukan oleh Baup (1837) sebagai produk dekomposisi termal asam sitrat. Biosintesis oleh fungi dari karbohidrat pertama kali dilaporkan oleh Kinoshita (1932), dimana asam itakonat diisolasi dengan bantuan Aspergillus itaconicus. Kemudian ditemukan fungi spesies lain yang lebih cocok untuk menghasilkan asam itakonat, yaitu Aspergillus terreus. Tate (1981) dalam Willke et al. (2001) menyebutkan bahwa asam itakonat stabil pada keadaan asam, netral maupun setengah basa pada suhu moderat. Sifat-sifat dari asam itakonat disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Sifat Fisik Asam Itakonat Parameter

Nilai

Rumus molekul

C5O4H6

Berat molekul

130,1 g/mol

Titik leleh

167-168 oC

Titik didih

268 oC

Kelarutan dalam air

83,103 g/L

Densitas

1,632 g/L (20 °C)

pH

2 (pada larutan air 80 mg/L)

pKa

3,84 dan 5,55

( Willke et. al., 2001 ) Menurut Kin et al. (1998) dalam Okabe et al. (2009) asam Itakonat digunakan di seluruh dunia dalam industri sintesis resin seperti poliester, plastik, kaca buatan dan dalam persiapan senyawa bioaktif dalam bidang pertanian, farmasi, dan sektor obatobatan.

commit to user



4. 1,4-Butandiol 1,4-Butandiol adalah senyawa organik dengan rumus HOCH2CH2CH2CH2OH yang berbentuk cairan kental tidak berwarna dan diturunkan dari butana dengan penempatan gugus alkohol pada setiap ujung rantai. 1,4-Butandiol merupakan salah satu dari empat isomer yang stabil dari butandiol.

Gambar 4. Struktur 1,4-Butandiol Tabel 2. Sifat Fisik 1,4-Butandiol Sifat Fisik Berat molekul

90,12

Bentuk fisik

Cairan bening @ 25 °C

Titik didih

228 °C

Titik nyala

> 121 °C

Titik beku

20.1 °C

Tekanan uap

<0,1 mm Hg @ 20 °C

Viskositas

71,5 cp @ 25 °C

Specific Gravity

1,017 @ 25 °C

1,4-Butandiol (BDO) adalah prekursor diol serbaguna untuk berbagai turunannya seperti ester, karbamat, poliester dan uretan. BDO digunakan terutama sebagai co-monomer pada reaksi kondensasi diol secara klasik dengan asam tereftalat untuk menghasilkan poli butilen tereftalat (PBT), dengan diisosianat untuk menghasilkan poli uretan dan dengan diasam untuk menghasilkan poliester dengan karakteristik biodegradable. Ferre et al. (2003) telah memanfaatkan 1,4-butandiol dengan asam adipat dan 6-aminoheksanoat untuk membuat poli(ester amida). Sedangkan Kim et al. (2001)

commit to user



memanfaatkan 1,4-butandiol untuk membuat poliester biodegradable yaitu poli(butilen suksinat) yang kemudian dikopolimerisasi dengan 1,2-butandiol dan 1,2dekanadiol untuk menambahkan cabang etil dan n-oktil.

5. Crosslink Polimerisasi dari sistem A-B ditambah Af (dengan f> 2) dengan adanya B-B akan menyebabkan struktur yang tidak hanya bercabang tetapi juga terikat silang. Cabang dari satu molekul polimer akan mampu bereaksi dengan molekul polimer yang lain karena adanya reaktan B-B. Ikat silang dapat digambarkan seperti struktur pada Gambar 5, di mana dua rantai polimer bergabung bersama-sama terikat silang. Sebuah crosslink dapat terbentuk bila ada dua cabang (misalnya, yang ditunjukkan oleh anak panah) yang memiliki gugus fungsional yang berbeda di ujungnya, yaitu, satu memiliki gugus A dan gugus B lainnya. Ikat silang juga akan terjadi pada polimerisasi lain yang melibatkan reaktan dengan fungsionalitas yang lebih besar dari dua.

Gambar 5. Struktur Polimer Ikat Silang

commit to user



Ikat silang ditandai oleh terjadinya gelasi di beberapa titik dalam polimerisasi yang disebut titik gel. Yang pertama diamati adalah pembentukan visual dari gel atau fraksi polimer terlarut yaitu gel tidak larut dalam semua pelarut. Gel memperlihatkan pembentukan jaringan tak terbatas, dimana molekul polimer telah terikat silang satu sama lain untuk membentuk molekul makroskopik. Adanya cabang pada polimer jaringan akan menurunkan kestabilan termal (Kim et al., 2001 dan Umare et al., 2007). Bagian non gel dari polimer yang akan tetap larut dalam pelarut disebut sebagai sol. Pada proses gelasi, jumlah gel meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah sol yang terikat silang membentuk gel. Ada perubahan fisik yang signifikan yang terjadi selama proses gelasi. Campuran pada reaksi akan berubah sampai pada viskositas polimer tertentu (Odian, 2004). Sambung silang dapat mempengaruhi sifat fisik dari polimer yang disambung silangkan. Umumnya, sambung silang ini meningkatkan sifat fisik dari polimer tersebut, diantaranya ekspansi panas dan kapasitas panas menurun, suhu distrosi panas, kekuatan tarik, dan indeks bias meningkat. Suhu transisi gelas meningkat seiring dengan bertambahnya densitas dan pengikat silang (Auad et al., 2000). Polimer yang tersambung silang dan rigid seharusnya meningkatkan stabilitas panas

(Worzakowska, 2012; Worzakowska,

2009).

6. Gliserol Gliserol adalah senyawa kimia murni 1,2,3-propanatriol yang berbentuk cairan kental, jernih, dan bersifat higroskopis pada temperatur ruang. Gliserol mengandung tiga gugus hidroksi yang terdiri dari dua gugus alkohol primer dan satu gugus alkohol skunder. Atom karbon yang terdapat dalam gliserol dapat ditunjukkan sebagai atom karbon α, β dan γ (Nouriedden et al., 1992). Struktur dari gliserol yang mengandung tiga gugus hidroksi disajikan pada Gambar 6.

commit to user



Gambar 6. Struktur Gliserol Gliserol dapat larut dalam air dan alkohol; sedikit terlarut dalam dietil eter, etil asetat, dan dioksan; serta tidak terlarut dalam hidrokarbon (Knothe et al., 2005). Beberapa sifat fisik gliserol terdapat pada Tabel 3.

Tabel 3. Sifat Fisik Gliserol (Knothe et al., 2005) Sifat

Nilai

Titik lebur (oC)

18,2

Titik didih (oC), 101,3 kPa

290

Spesific gravity 25/25 oC

1,3 o

Tegangan permukaan (20 C, mN/m)

63,4

Konduktivitas termal (W/(mK))

0,3

∆H pembentukan (kJ/mol)

667,8

Titik nyala (oC)

177

Titik api (oC)

204

Produksi gliserol telah berkembang akhir-akhir ini, terutama sebagai produk sampingan dari produksi biodiesel. Gliserol telah banyak digunakan sebagai emulsifier (Piao and Adachi, 2006), stabilizer, plasticizer (Lavorgna et al., 2010), dan sebagai humectant dalam formulasi kosmetik (Pedersen and Jemec, 1999). Gliserol juga digunakan untuk generasi struktur hyperbranched (Zhou et al., 2011), sebagai pelarut reaksi, dan sebagai crosslinker untuk polimer jaringan (Lee et al., 2011). Agach et al. (2012) memanfaatkan gliserol dengan asam suksinat untuk membentuk cabang oligoester yang biodegradable.

commit to user



7. Katalis Titanium (IV) Butoksida H3 C

CH3 O

O Ti

O

O

H3 C

CH3

Gambar 7. Struktur Katalis Titanium (IV) Butoksida Titanium (IV) Butoksida merupakan katalis eksternal yang digunakan untuk mempertahankan suatu laju reaksi. Larutan titanium (IV) butoksida berwarna kuning dengan titik didih 206 oC. Kim et al. (2001) telah menggunakan katalis titanium (IV) butoksida untuk membuat poliester biodegradable dari asam akrilat dengan etilen glikol dan 1,4-butandiol dengan asam suksinat dengan metode bulk polymerization.

8. Karakterisasi Poliester a) Bilangan Asam Bilangan asam adalah jumlah miligram kalium hidroksida (KOH) yang dibutuhkan untuk menetralisir asam dalam 1 g sampel. Analisa bilangan asam dilakukan untuk mengetahui sisa asam karboksilat yang terkandung setelah proses reaksi terjadi. Bilangan asam dapat digunakan sebagai kontrol suatu proses polimerisasi. Metode yang digunakan pada bilangan asam adalah metode titrimetrik. (Marengo et al., 2004). b) Viskometri Viskometri merupakan metode yang digunakan untuk menentukan ketahanan suatu cairan terhadap aliran (deformasi). Viskositas diukur dengan cara menetapkan lamanya aliran sejumlah volume larutan melalui kapiler yang panjangnya tetap. Waktu alir dengan satuan detik dicatat sebagai waktu untuk meniskus lewat antara dua tanda batas pada viskometer (Steven, 2001). Pengukuran viskositas pada larutan encer memberikan teknik yang paling sederhana dan paling banyak dipakai untuk

commit to user



menetapkan bobot molekul. Perbandingan antara viskositas larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni dapat dipakai untuk menentukan massa molekul nisbi polimer. Metode viskositas mempunyai kelebihan dibandingkan dengan metode lain, yakni lebih cepat dan lebih mudah, murah, serta perhitungan hasilnya lebih sederhana. Bobot molekul merupakan salah satu variabel penting, sebab berhubungan langsung dengan sifat-sifat fisis polimer. Polimer dengan bobot molekul yang lebih tinggi pada umumnya bersifat lebih kuat, tetapi bobot molekul yang terlalu tinggi bisa menyebabkan kesukaran-kesukaran dalam pemrosesannya. Penentuan bobot molekul polimer dalam penelitian ini menggunakan metode viskometri dengan viskometer Ostwald. c) Spektroskopi Inframerah Spektrofotometer Infra Merah (FTIR) merupakan suatu alat yang digunakan untuk menentukan gugus fungsi berdasarkan serapan tertentu yang dihasilkan oleh interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik. Spektrum dihasilkan dari molekul yang menyerap energy (E = hυ) sehingga terjadi vibrasi dan vibrasi-rotasi (Billmeyer, 1984). Vibrasi dipengaruhi oleh faktor primer dan sekunder. Faktor primer antara lain kekuatan ikatan, massa tereduksi serta efek massa sekunder. Sedangkan faktor sekunder antara lain vibrasi kopling, ikatan hidrogen, efek elektronik, sudut ikatan dan efek medan (Kemp, 1987). Menurut Brioude et al. (2007) gugus –OH pada alkohol dan asam karboksilat ditunjukkan pada bilangan gelombang 3300-2500 cm-1, gugus C-H alifatik ditunjukkan pada bilangan gelombang 2950-2855 cm-1, dan gugus C=O asam karboksilat ditunjukkan pada bilangan gelombang 1711 cm-1. Menurut Prabha et al. (2012) pita serapan karakteristik poliester terletak pada uluran karbonil, uluran C-O-C dan gugus metilen. Gugus C=O ditunjukkan pada bilangan gelombang 1732 cm-1, uluran C-O ditunjukkan pada bilangan gelombang 1243-1159 cm-1, uluran C-H ditunjukkan pada bilangan gelombang 2966-2932 cm-1 dan uluran C-C ditunjukkan pada 1464 cm-1.

commit to user



d) Thermogravimetric Analysis (TGA) Analisis termogravimetri merupakan metode untuk mengukur berat yang hilang dari sampel karena akibat dari kenaikan suhu. Dekomposisi biasanya menghasilkan pembentukan molekul kecil yang mudah menguap, maka terjadinya dekomposisi terdeteksi oleh adanya penurunan berat. TGA pada umumnya digunakan untuk mengukur stabilitas termal polimer dan jalannya reaksi yang mengubah bahan prakeramik menjadi keramik nonoxide (Allcock, 2008).

B. Kerangka Pemikiran Poliester dapat dibuat dari reaksi poliesterifikasi antara asam dikarboksilat dan diol, yaitu asam itakonat dan 1,4-butandiol. Reaksi poliesterifikasi dapat disebut reaksi polikondensasi karena dapat menghasilkan air (H2O). RCO2H + R’OH ↔ RCO2R’ + H2O Reaksi polikondensasi dengan suhu tinggi (150-220 oC) akan berjalan lebih cepat dan produk yang dihasilkan memiliki berat molekul tinggi. Sedangkan reaksi dengan suhu rendah (120-140 oC) akan berjalan sangat lambat (Chajecka, 2011). Umare et al. (2007) mensistesis poliester pada suhu 170 oC selama 5 jam, sehingga poli(butilen itakonat) diharapkan dapat disintesis pada suhu tinggi (175 ± 5 0C) selama 3 jam. Asam itakonat merupakan asam dikarboksilat berantai karbon 4 yang memiliki dua gugus karboksilat di kedua ujungnya dan sebuah cabang alkena pada karbon nomor dua. Asam itakonat memungkinkan terjadinya reaksi kondensasi pada gugus karboksilatnya, dan reaksi adisi pada cabang alkena. O OH HO O

Gugus Karboksilat

Gambar 8. Gugus Karboksilat pada Asam Itakonat

commit to user



1,4-Butandiol merupakan senyawa hidrokarbon dengan rantai utama empat karbon yang memiliki dua gugus hidroksi di kedua ujungnya. Gugus hidroksi tersebut merupakan sisi reaktif yang dapat bereaksi dengan gugus karboksilat pada asam itakonat membentuk suatu poliester. HO OH

Gugus Hidroksi

Gambar 9. Gugus Hidroksi pada 1,4-Butandiol Reaksi polikondensasi antara asam itakonat dan 1,4-butandiol melibatkan reaksi adisi nukleofilik terhadap gugus karbonil yang dipercepat oleh sifat polar dari ikatan rangkap dua karbon-oksigen (Stevens, 2001). Proses jalannya reaksi polikondensasi tersebut dapat diketahui dari nilai bilangan asamnya. Bilangan asam dapat menunjukkan sisa asam karboksilat (asam itakonat) yang ada setelah proses reaksi terjadi (Marengo et al., 2004). O HO

C

R

C

C

+

OH

O HO

O-

O

O

R

H

O

H

C

OH

O

R

O

R

O

HO

H

O HO O

H

C

C

R

C

OH

H

O+

R

O

H

O R

C O

+ R

O

H2O

H

Gambar 10. Mekanisme Reaksi Pembentukan Poliester dari Asam Dikarboksilat dan Diol Poliester yang terbentuk dari polikondensasi asam dikarboksilat dengan diol yaitu berupa poliester linier. Poliester linier masih dapat larut dalam beberapa pelarut karena stabilitas dimensinya kurang baik. Poliester linier juga termasuk polimer yang

commit to user



termoplastik karena bentuknya yang viskos. Untuk membentuk poliester yang memiliki stabilitas dimensi yang baik yaitu bersifat lebih keras dan kaku, maka diperlukan penambahan zat pengikat silang. Gliserol merupakan senyawa polifungsional yang dapat digunakan sebagai zat pengikat silang pada poliester. Gliserol dapat membentuk jejaring tiga dimensi yang saling berhubungan (network) karena gliserol memiliki tiga gugus hidroksi yang dapat membentuk cabang pada gugus hidroksi sekundernya. Adanya cabang pada polimer akan mempengaruhi stabilitas termal (Kim et al., 2001 dan Umare et al., 2007). Gliserol merupakan zat pengikat silang pembentuk polimer jenis elastomer yang dapat kembali ke bentuk semula. Kemungkinan susunan poliester yang terjadi setelah ditambah gliserol adalah sebagai berikut:

AI

AI Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

AI

AI

AI Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

BDO

AI

Gli

AI

Gli AI

Keterangan : = Asam Itakonat

BDO = 1,4-Butandiol Gli

AI

AI

AI

AI

Gli

= Gliserol Gambar 11. Poliester Diikat Silang dengan Gliserol

commit to user



C. Hipotesis Berdasarkan uraian kerangka pemikiran diatas, maka hipotesis dari penelitian ini dapat disusun sebagai berikut: 1. Variasi waktu sintesis poli(butilen itakonat) melalui reaksi polikondensasi pada suhu tinggi (175 ± 5 oC) berpengaruh pada nilai bilangan asam yang semakin menurun, viskositas intrinsik semakin meningkat, dan kestabilan termal semakin meningkat. 2. Penambahan gliserol mempengaruhi stabilitas termal poli(butilen itakonat) yang terbentuk. Semakin banyak gliserol yang ditambahkan maka stabilitas panas dari poli(butilen itakonat) semakin tinggi.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen dalam laboratorium. Tahap pertama adalah sintesis poli(butilen itakonat) dengan distilasi asam itakonat dan 1,4-butandiol dalam beberapa variasi waktu. Tahap kedua adalah penentuan pengaruh penambahan agen pengikat silang dengan penambahkan gliserol dalam sintesis poli(butilen itakonat) dengan variasi mol 1,4-butandiol dibanding gliserol. Selanjutnya dilakukan pengujian poli(butilen itakonat) antara lain uji bilangan asam, viskositas intrinsik, karakterisasi dengan FT-IR dan TG-DTA.

B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pusat Sub Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta pada bulan Juni-November 2012.

C. Alat dan Bahan 1. Alat a. Peralatan gelas Pyrex b. Satu set alat distilasi c. Neraca analitik Sartorius d. Viskometer Ostwald e. Peralatan titrasi f. Water bath g. Stopwatch h. Seperangkat alat FT-IR Shimadzu FTIR-8201 PC i. Seperangkat alat TG-DTA Shimadzu DTG 60H commit to user

22

23 digilib.uns.ac.id


2. Bahan a. Asam itakonat

(E. Merck)

b. 1,4-butandiol

(E. Merck)

c. Gliserol

(Brataco)

d. Katalis Ti (IV) butoksida

(E. Merck)

e. p-Metoksifenol

(E. Merck)

f. Etanol p.a

(E. Merck)

g. Toluen

(E. Merck)

h. KOH

(E. Merck)

i. Asam Oksalat

(E. Merck)

j. Indikator PP (fenolftalein) 1%

D. Prosedur Penelitian 1. Pembuatan Poli(butilen itakonat) Pembuatan poli(butilen itakonat) secara umum dilakukan dengan mengikuti metode Kim et al. (2001) dengan mengganti beberapa komponen dan kondisi. Dimasukkan 13,01 g asam itakonat, 9 g 1,4-butandiol sesuai dengan prosedur Chajecka (2011) yang menggunakan perbandingan 1:1. Kemudian ditambah 0,22 g p-metoksifenol sebagai inhibitor, dan 0,24 mL katalis titanium (IV) butoksida dalam 2 mL toluen kedalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan termometer 300 oC, gas N2, dan magnetic stirrer. Penambahan katalis sesuai dengan prosedur Tsai et al. (2008) yang menggunakan katalis sebanyak 0,1 % mol dari asam dikarboksilat. Campuran didistilasi pada suhu 175 ± 5 oC (Mohammadnia et al., 2012) selama 1 jam sehingga terbentuk polimer, kemudian produk didiamkan pada suhu kamar sampai 24 jam. Pembuatan poli(butilen itakonat) juga dilakukan pada variasi waktu yaitu 1,5 jam; 2 jam; 2,5 jam; dan 3 jam (Kim et al., 2001). Polimer yang dihasilkan kemudian dilakukan pengujian bilangan asam, viskositas intrinsik, serta karakterisasi FT-IR dan TG-DTA. commit to user



2. Pembuatan Poli(butilen itakonat) Terikat Silang dengan Gliserol Pembuatan poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol secara umum dilakukan seperti Prosedur Penelitian poin 1 dengan penambahan gliserol seperti yang dilakukan Yang et al., 2011 dan disesuaikan dengan variasi penambahan gliserol yang diinginkan. Dimasukkan 13,01 g asam itakonat, 7,72 g 1,4-butandiol/0,87 g gliserol (90% BDO:10% gliserol) mol, 1% massa p-metoksifenol, dan 0,24 mL katalis titanium (IV) butoksida dalam 2 mL toluen kedalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan termometer 300 oC, gas N2, dan magnetic stirrer. Campuran didistilasi pada suhu 175 ± 5 oC selama 3 jam sehingga terbentuk polimer, kemudian produk didiamkan pada suhu kamar sampai 24 jam. Pembuatan poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol juga dilakukan pada variasi diol : gliserol yaitu 80% : 20%, 70% : 30%, 60% : 40%, dan 50% : 50%. Polimer yang dihasilkan kemudian dilakukan karakterisasi FT-IR, dan TG/DTA. 3. Penentuan bilangan asam Penentuan bilangan asam ditentukan dengan langkah-langkah mengikuti metode ASTM D 1639 dan mengganti pelarut dari prosedur Marengo et al. (2004) yaitu n-butanol/toluen menjadi etanol/toluen dengan perbandingan yang sama. a. Standarisasi Larutan KOH 0,1 N dengan Larutan Asam Oksalat (H2C2O4) Standarisasi KOH 0,1 N dilakukan dengan cara memasukkan 5 mL asam oksalat 0,1 N kedalam erlenmeyer dan ditambahkan 2-3 tetes indikator PP 1%, kemudian dititrasi dengan KOH 0,1 N yang akan distandarisasi. Dicatat volume KOH yang dibutuhkan setelah terjadi perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda. Titrasi dilakukan sebanyak 3 kali kemudian dihitung nilai normalitas KOH yang sesungguhnya dengan rumus : (N.V)oks = (N.V)KOH Keterangan : Noks

= Normalitas asam oksalat yang digunakan untuk titrasi (N)

Voks

= Volume asam oksalat yang digunakan untuk titrasi (mL)

NKOH

= Normalitas KOH sebenarnya (N) commit to user untuk titrasi (N) = Volume KOH yang dibutuhkan

VKOH



b. Penentuan Bilangan Asam Poliester sebanyak 0,5 g dilarutkan dan diencerkan dengan pelarut etanol : toluen (1 : 1) sebanyak 25 mL. Dimasukkan 5 mL sampel tersebut kedalam erlenmeyer dan ditambahkan 2-3 tetes indikator PP 1%, kemudian sampel dititrasi dengan KOH 0,1 N dalam etanol yang telah distandarisasi. Dicatat volume KOH yang dibutuhkan setelah terjadi perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda. Titrasi dilakukan sebanyak 5 kali sesuai pengenceran 25 ml diatas, kemudian dihitung nilai bilangan asamnya dengan rumus :

Keterangan : AV = Acid value (bilangan asam) (mg KOH/g sampel) V

= Volume KOH yang digunakan (mL)

N

= Normalitas KOH yang digunakan (N)

W = Berat sampel yang digunakan (g) 4. Penentuan viskositas intrinsik Penentuan viskositas intrinsik dilakukan dengan mengikuti prosedur Hidayanto et al. (2010) menggunakan viskometer Ostwald. Untuk preparasi sampelnya menggunakan prosedur yang dilakukan Umare et al. (2007). Sebanyak 0,4 g sampel poliester dilarutkan dan diencerkan dengan pelarut kloroform menggunakan labu ukur 10 mL dan dihasilkan larutan dengan konsentrasi 0,04 g/mL atau 4 g/dL. Selanjutnya dibuat larutan konsentrasi 2; 1; 0,5; dan 0,25 g/dL dari larutan induk 4 g/dL dengan menggunakan rumus pengenceran M1xV1=M2xV2. Pelarut kloroform dan sampel dengan masingmasing konsentrasi larutan tersebut dimasukkan 2 ml larutan ke dalam viskometer ostwald dan diukur waktu alir larutan dari batas atas sampai batas bawah pada suhu 30 oC. Kemudian dihitung nilai viskositas intrinsik sampel pada pelarut kloroform dengan persamaan : ηrel =

= commit to user



ηsp =

=

= ηrel-1

= [η]i + k’[η]i2C

Keterangan : η

= Viskositas polimer terlarut (Nsm-2)

ηo = Viskositas pelarut murni (Nsm-2) t

= Waktu alir polimer terlarut (s)

to

= Waktu alir pelarut murni (s)

ηrel = Viskositas relatif ηsp = Viskositas spesifik [η]i = Viskositas intrinsik C

= Konsentrasi 5. Karakterisasi FTIR Sampel yang telah dilarutkan pada kloroform kemudian dicampur dengan

KBr, dibentuk pelet, ditempatkan pada wadah sampel kemudian dianalisis dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Pembacaan dilakukan dari 4000 – 400 cm-1 dengan resolusi setiap 2 cm-1. 6. Karakterisasi TG-DTA Sampel ditimbang dan dimasukkan ke dalam pan aluminum kemudian dianalisis dengan Thermogravimetric-Differential Thermal Analyzer (TG-DTA). Kondisi alat yang digunakan yaitu atmosfer N2, heating rate 10 °C/menit, gas flow 50 mL/menit, dan pembacaan dilakukan dari 30-600 oC.

E. Teknik Pengumpulan Data Poliester yang dihasilkan mendapatkan beberapa data dari pengujian, diantaranya: 1. Gugus-gugus fungsi pada asam itakonat, 1,4-butandiol, gliserol, poli(butilen itakonat dengan variasi waktu, dan poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol diketahui dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Data yang diperoleh dari karakterisasi FTIR adalah spektrum serapan FTIR. 2. Sifat termal dari asam itakonat, 1,4-butandiol, gliserol, poli(butilen itakonat commit to user terikat silang gliserol diketahui dengan variasi waktu, dan poli(butilen itakonat)



dengan TG-DTA. Data yang diperoleh dari karakterisasi TG-DTA adalah termogram. Dari termogram, dihitung kecepatan penurunan berat per temperatur. Kecepatan minimun pertama digunakan sebagai titik kestabilan termal pada poliester yang terbentuk. 3. Viskositas intrinsik dari sampel poli(butilen itakonat) dengan variasi waktu diketahui dengan viskometer Ostwald. Data yang diperoleh dari pengujian dengan viskometer Ostwald adalah viskositas pelarut kloroform dan sampel poli(butilen itakonat). Melalui perhitungan diperoleh viskositas relatif (ηr) dan viskositas spesifik (ηsp). Kemudian dibuat grafik ηsp/C vs C untuk memperoleh viskositas intrinsik ([η]i). Viskositas Intrinsik diperoleh dari nilai intercept. 4. Bilangan asam dari sampel poli(butilen itakonat) dengan variasi waktu diketahui dengan metode titrasi. Data yang diperoleh dari titrasi sampel poli(butilen itakonat) adalah bilangan asam.

F. Teknik Analisa Data Spektra FTIR menunjukkan gugus fungsi asam itakonat, 1,4-butandiol, dan gliserol, serta menunjukkan gugus fungsi pada poli(butilen itakonat) dan poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol yang terbentuk. Hilangnya gugusgugus seperti hidroksil (OH) pada 1,4 butandiol menunjukkan ikatan kimia yang baru pada poliester. Terbentuknya ester pada poliester akan menggeser bilangan gelombang karbonil asam ke bilangan gelombang yang lebih besar. Untuk mengetahui hubungan data yang diperoleh dengan hipotesis, dapat dilakukan dengan metode trendline. Hipotesis 1 = Variasi waktu sintesis poli(butilen itakonat) melalui reaksi polikondensasi pada suhu tinggi (175 ± 5 oC) berpengaruh pada nilai bilangan asam yang semakin menurun, viskositas intrinsik semakin meningkat, dan kestabilan termal semakin meningkat.

commit to user



Bilangan asam

Viskositas

(mg KOH/g sampel)

Intrinsik (dL/g)

t1

X1

Y1

Z1

t2

X2

Y2

Z2

...

...

...

...

tn

Xn

Yn

Zn

t (jam)

T dekomposisi (oC)

Pengaruh waktu sintesis terhadap karakteristik viskositas intrinsik, bilangan asam, dan kestabilan termal dapat diketahui dari nilai slope. Apabila hubungan waktu sintesis dengan bilangan asam memiliki slope menurun, hubungan waktu sintesis dengan viskositas intrinsik memiliki slope meningkat, dan hubungan waktu sintesis dengan T dekomposisi meningkat, maka dikatakan data yang dihasilkan sesuai dengan hipotesis 1. Hipotesis 2 = Penambahan gliserol mempengaruhi stabilitas termal poli(butilen itakonat) yang terbentuk. Semakin banyak gliserol yang ditambahkan maka stabilitas panas dari poli(butilen itakonat) semakin tinggi. Penambahan Gliserol (%)

T dekomposisi (oC)

X1

Y1

X2

Y2

...

...

Xn

Yn

Pengaruh penambahan gliserol terhadap karakteristik kestabilan termal dapat diketahui dari nilai slope. Apabila hubungan penambahan gliserol dengan T dekomposisi meningkat, maka dikatakan data yang dihasilkan sesuai dengan hipotesis 2.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakterisasi Asam Itakonat Asam itakonat yang digunakan dalam penelitian ini memiliki titik leleh sebesar 170 oC. Secara fisik asam itakonat ini berupa serbuk berwarna putih yang disajikan pada Gambar 12.

Gambar 12. Asam Itakonat Untuk mengetahui serapan karakteristik dari asam itakonat yang digunakan, maka dilakukan analisa menggunakan spektroskopi FTIR. Spektra FTIR asam itakonat disajikan pada Gambar 13. Dari Gambar 13 menunjukkan bahwa asam itakonat yang digunakan memiliki gugus karakteristik yang terdapat pada bilangan gelombang 3070 cm-1 yaitu vibrasi uluran –OH. Serapan pada 1215 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi uluran C-O. Sedangkan serapan pada 1436 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi tekukan C-O (in plane). Serapan pada 1703 cm-1 menunjukkan vibrasi uluran C=O. Serapan-serapan tersebut mengarahkan pada gugus –COOH dari asam itakonat. Serapan karakteristik asam itakonat lainnya terdapat pada bilangan gelombang 1627 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus C=C. Gugus –COOH dan C=C yang terdeteksi pada FTIR menunjukkan bahwa asam itakonat yang digunakan dapat melakukan dua reaksi sekaligus, yaitu reaksi kondensasi pada gugus –COOH dan reaksi adisi pada 29 commit to user



gugus C=C. Oleh karena itu, diperlukan penambahan senyawa lain untuk mempertahankan salah satu gugus reaktif tersebut yaitu gugus C=C. Gugus –COOH pada asam itakonat digunakan untuk bereaksi dengan gugus hidroksi.

Gambar 13. Spektra FTIR Asam Itakonat Untuk mengetahui stabilitas termal dari asam itakonat yang digunakan, maka dilakukan analisa menggunakan TG-DTA (Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis). Termogram menunjukan perubahan massa asam itakonat karena pemanasan. Termogram TG-DTA asam itakonat disajikan pada Gambar 14. Dari Gambar 14 menunjukkan bahwa asam itakonat mengalami penurunan berat yang cukup besar pada suhu 129 °C sampai 218 °C dengan penurunan berat sebesar 68 % karena terjadi dekomposisi asam itakonat secara endotermis.

commit to user



Gambar 14. Kurva TG-DTA Asam Itakonat

B. Karakterisasi 1,4-Butandiol 1,4-Butandiol yang digunakan dalam penelitian ini memiliki tampilan fisik berbentuk gel berwarna bening yang disajikan pada Gambar 15.

Gambar 15. 1,4-Butandiol Untuk mengetahui serapan karakteristik dari 1,4-butandiol yang digunakan, maka dilakukan analisa menggunakan spektroskopi FTIR. Spektra FTIR 1,4-butandiol

commit to user



disajikan pada Gambar 16 yang digunakan untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsionalnya.

Gambar 16. Spektra FTIR 1,4-Butandiol Dari Gambar 16 menunjukkan bahwa 1,4-butandiol yang digunakan memiliki gugus karakteristik yang terdapat pada bilangan gelombang 3344 dan 3331 cm-1 yaitu vibrasi uluran –OH dari 1,4-butandiol. Serapan pada 2939 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi –CH. Serapan pada 1053 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi uluran C-O pada – C-OH. Sedangkan serapan pada 1475-1344 cm-1 menunjukkan adanya C-H alifatik. Stabilitas termal dari 1,4-butandiol yang digunakan, dapat diketahui dari analisis TG-DTA. Termogram TG-DTA dari 1,4-butandiol disajikan pada Gambar 17. Gambar 17 menunjukkan bahwa 1,4-butandiol mulai mengalami penurunan berat pada 29 oC sampai 95 oC dengan penurunan berat sebesar 3 % karena adanya proses pelepasan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 95 oC sampai 201 oC dengan

commit to user



penurunan berat sebesar 91 % karena adanya proses dekomposisi 1,4-butandiol secara endotermis.

Gambar 17. Kurva TG-DTA 1,4 Butandiol

C. Sintesis Poli(butilen itakonat) Poli(butilen itakonat) dibuat dari asam itakonat dan 1,4-butandiol dengan cara polikondensasi dari kedua monomernya, yaitu dengan metode distilasi pada suhu 175 ± 5 oC dengan produk samping air (H2O) dari reaksi tersebut. Suhu yang digunakan untuk reaksi pembuatan poli(butilen itakonat) ini tergolong reaksi pada suhu tinggi, yaitu berkisar 175 ± 5 oC karena menurut Chajecka (2011) reaksi dengan suhu tinggi (150-220 oC) akan berjalan lebih cepat dan produknya memiliki berat molekul yang tinggi dari pada menggunakan suhu rendah (120-140 oC). Pembuatan poli(butilen itakonat) dilakukan dengan variasi waktu distilasi antara 1-3 jam yang bertujuan untuk mengetahui proses yang terjadi selama reaksi polikondensasi tersebut. Rangkaian distilasi pada pembuatan poli(butilen itakonat) terlihat pada Gambar 18. Pada proses distilasi tersebut dilengkapi dengan gas inert nitrogen (N2) yang dapat membantu menghilangkan air dan juga mencegah perubahan warna yang terjadi

commit to user



akibat adanya oksigen yang dilepaskan selama proses reaksi berlangsung. Pada pembuatan poli(butilen itakonat) ini diberi penambahan senyawa p-metoksifenol yang bertujuan untuk mempertahan ikatan karbon rangkap dua pada asam itakonat, sehingga tidak terjadi reaksi adisi (pemutusan ikatan rangkap dua) sekaligus dan menghindari terbentuknya cabang pada poli(butilen itakonat) yang dihasilkan.

Gambar 18. Rangkaian Distilasi pada Pembuatan Poli(butilen itakonat) Hasil pembuatan poli(butilen itakonat) dengan variasi waktu tersebut ditampilkan pada Gambar 19. Hasil poli(butilen itakonat) tersebut mempunyai sifat fisik berwarna oranye yang semakin tua dan berbentuk gel mengalir hingga kurang mengalir seiring lamanya waktu sintesis. Warna oranye yang semakin tua pada poli(butilen itakonat) menunjukkan bahwa poli(butilen itakonat) yang terbentuk semakin panjang. Begitu pula bentuk gel yang semakin memadat dikarenakan interaksi yang terjadi antara asam itakonat dan 1,4-butandiol membentuk poli(butilen itakonat) yang semakin panjang pula.

commit to user



(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

Gambar 19. Hasil Sintesis Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Waktu Sintesis : (a). 1 jam, (b). 1,5 jam, (c). 2 jam, (d). 2,5 jam, dan (e). 3 jam Poli(butilen itakonat) yang dihasilkan tersebut dapat larut dalam kloroform, dan sedikit larut dalam etanol dan toluen, tetapi tidak larut dalam air, sedangkan asam itakonat dan 1,4-butandiol yang dipakai dapat larut dalam air. Ketidaklarutan Poli(butilen itakonat) dalam air tersebut menunjukkan bahwa proses polimerisasi (esterifikasi) asam itakonat dan 1,4-butandiol dapat berlangsung pada kisaran suhu dan waktu yang dilakukan. Secara teoritis, asam itakonat dan 1,4-butandiol dapat larut dalam air karena adanya gugus karboksilat dan hidroksil yang polar. Keberhasilan pembuatan poli(butilen itakonat) selain dari analisis visual, juga ditunjukan dengan analisis dari bilangan asamnya. Bilangan asam merupakan faktor penting untuk mengetahui proses polimerisasi yang terjadi. Hasil perhitungan bilangan asam poli(butilen itakonat) ditunjukkan pada Gambar 20.

commit to user



Gambar 20. Grafik Hubungan Waktu Sintesis Poli(butilen itakonat) versus Bilangan Asam Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram kalium hidroksida yang diperlukan untuk menetralkan asam dalam satu gram sampel. Analisa bilangan asam dilakukan untuk mengetahui sisa asam karboksilat yang terkandung setelah proses reaksi terjadi. Senyawa selain asam karboksilat dalam hal ini tidak akan bereaksi dengan kalium hidroksida. Bilangan asam dapat digunakan sebagai kontrol proses sintesis sejauh mana reaksi berlangsung dilihat dari berkurangnya asam itakonat. Pada Gambar 20 menunjukkan bahwa bilangan asam semakin menurun dengan meningkatnya waktu pembuatan poli(butilen itakonat). Bilangan asam pada pembuatan poli(butilen itakonat) setelah 2 jam mengalami penurunan yang sangat tajam sampai waktu pembuatan selama 3 jam. Hal tersebut menunjukkan bahwa sisa asam karboksilat dari asam itakonat selama proses pembuatan poli(butilen itakonat) semakin lama semakin sedikit sehingga selama proses tersebut dapat dikatakan pembentukan rantai poli(butilen itakonat) yang semakin panjang.

commit to user



Selain analisis bilangan asam, analisis viskositas intrinsik juga dapat digunakan sebagai kontrol suatu reaksi. Hasil pengukuran viskositas intrinsik poli(butilen itakonat) ditunjukkan pada Gambar 21.

Gambar 21. Grafik Hubungan Waktu Sintesis Poli(butilen itakonat) versus Viskositas Panjang rantai suatu polimer akan mementukan viskositas dari polimer tersebut, dimana semakin panjang rantai molekul suatu polimer maka viskositasnya juga akan semakin meningkat (Hasan, 2005). Dari Gambar 21, terlihat bahwa viskositas poli(butilen itakonat) pada waktu sintesis 1 dan 1,5 jam meningkat, pada waktu sintesis 2 dan 2,5 jam menurun, dan pada waktu sintesis 3 jam meningkat lagi secara drastis. Hal ini dapat menunjukkan bahwa sintesis poli(butilen itakonat) dengan waktu 3 jam telah dihasilkan panjang rantai suatu molekul polimer yang lebih panjang. Sedangkan penurunan viskositas pada waktu sintesis 2 dan 2,5 jam dapat disebabkan oleh distribusi berat molekul yang lebar dalam sampel yang digunakan. Seperti yang dinyatakan oleh Stevens (2001) bahwa faktor-faktor yang dapat mengacaukan viskositas adalah percabangan rantai, distribusi berat molekul yang terlalu lebar dalam sampel yang digunakan, dan adanya rangkaian alternasi atau blok dalam rangka polimer.

commit to user



Untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada gugus poli(butilen itakonat) dengan

variasi

waktu

pembuatan,

maka

dilakukan

analisis

menggunakan

spektroskopi FTIR. Spektra FTIR dari kelima hasil sintesis poli(butilen itakonat) dengan lima variasi waktu sintesis ditunjukkan pada Gambar 22.

Gambar 22. Spektra FTIR Poli(butilen itakonat) Pada Variasi Waktu Sintesis : 1 jam (a), 1,5 jam (b), 2 jam (c), 2,5 jam (d), dan 3 jam (e)

commit to user



Dari spektra Gambar 22 (a) dan (b) terlihat bahwa pita serapan gugus O-H pada rentang 3500-3000 cm-1 tidak tajam, Gambar 22 (c) ke (d) terlihat bahwa gugus –OH semakin tajam dan lebih tajam daripada gugus –OH pada Gambar 22 (a) dan (b), sedangkan pada Gambar 22 (e) terlihat bahwa gugus –OH semakin hilang. Hasil tersebut identik dengan data pada viskositas intrinsik, yang disebabkan karena distribusi berat molekul tersebut yang lebar pada sampel yang digunakan. Menurut Hasan (2005), setelah terbentuk kopolimer terjadi penurunan yang signifikan pada daerah serapan gugus O-H. Hal tersebut menunjukkan bahwa pada poli(butilen itakonat) yang dibuat dengan waktu 3 jam telah terbentuk kopolimer. Terjadinya pergeseran bilangan gelombang karbonil asam (C=O) pada 1703 cm-1 (Gambar 13) menjadi 1728, 1730, dan 1732 cm-1 (Gambar 22a-e) yang merupakan serapan dari gugus fungsi ester. Seperti yang dinyatakan oleh Silverstein et al. (2005) bahwa terbentuknya ester akan menggeser bilangan gelombang karbonil asam ke bilangan gelombang yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa telah terbentuk ikatan secara poliesterifikasi antara asam itakonat dengan 1,4-butandiol. Pita serapan C=C pada rentang 1637 dan 1639 cm-1 masih terlihat sampai poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 3 jam. Ini menunjukkan bahwa gugus C=C pada asam itakonat tidak terlibat dalam reaksi karena berhasil dilindungi oleh senyawa p-metoksifenol pada saat sintesis. Dari hasil pembahasan FTIR tersebut terlihat bahwa proses sintesis dengan waktu sintesis 3 jam dapat terjadi dan semakin terbentuk poli(butilen itakonat) yang semakin sempurna. Reaksi yang mungkin terjadi pada sintesis poliester dari asam itakonat dan 1,4-butandiol ditunjukkan pada Gambar 23. OH HO

O

O + OH

commit to user

OH



O O -H2O

*

* O

O

Gambar 23. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Poliester dari Asam Itakonat dan 1,4-Butandiol Untuk mengetahui sifat termal dari poli(butilen itakonat) yang dihasilkan dapat dilakukan analisis Termogravimetric Analysis (TGA). Termogram TGA dari poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 1, 2, dan 3 jam disajikan pada Gambar 24.

Gambar 24. Kurva TG-DTA dari Poli(butilen itakonat) 1 jam, 2 jam, dan 3 jam Gambar 24 menunjukkan bahwa poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 1 jam mengalami penurunan berat pada suhu 30 °C sampai 258 °C dengan penurunan berat sebesar 7 % karena terjadi pelepasan H2O secara endotermis dan diikuti proses pemutusan gugus ester secara eksotermis. kemudian terjadi penurunan berat sebesar 48 % pada suhu 258 °C sampai 388 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen

commit to user



itakonat) secara eksotermis. Sedangkan pada suhu 388 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 33 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh secara endotermis. Poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 2 jam mengalami penurunan berat pada suhu 34 °C sampai 275 °C dengan penurunan berat sebesar 14 % karena terjadi pelepasan H2O dan diikuti proses pemutusan gugus ester secara eksotermik. Kemudian pada suhu 310 °C sampai 375 °C terjadi penurunan berat sebesar 47 % yang disebabkan terjadinya dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) secara endotermis. Sedangkan pada suhu 375 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 47 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh secara endotermis. Poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 3 jam mengalami penurunan berat pada suhu 34 °C sampai 276 °C dengan penurunan berat sebesar 6 % karena terjadi pelepasan H2O secara endotermis dan diikuti proses pemutusan gugus ester secara eksotermis. Selanjutnya terjadi penurunan berat sebesar 43 % pada suhu 280 °C sampai 387 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) secara endotermis. Sedangkan pada suhu 387 °C sampai 601 °C dengan penurunan berat sebesar 37 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh (ditunjukkan juga pada Lampiran 7).

D. Sintesis Poli(butilen itakonat) Terikat Silang Gliserol Gliserol yang digunakan dalam penelitian ini memiliki tampilan fisik berbentuk gel berwarna bening yang disajikan pada Gambar 25.

commit to user



Gambar 25. Gliserol Untuk mengetahui serapan karakteristik dari gliserol yang digunakan sebagai agen pengikat silang, maka dilakukan analisis menggunakan spektroskopi FTIR. Spektra serapan gliserol disajikan pada Gambar 26.

Gambar 26. Spektra FTIR Gliserol

commit to user



Dari Gambar 26 menunjukkan bahwa gliserol yang digunakan memiliki gugus karakteristik yang terdapat pada bilangan gelombang 3381 dan 3363 cm-1 yaitu vibrasi uluran –OH gliserol. Serapan pada 2939 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi – C-H. Serapan pada 1041 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi uluran C-O pada –C-OH. Sedangkan serapan pada 1454-1328 cm-1 menunjukkan adanya C-H alifatik. Untuk mengetahui kestabilan termal dari gliserol yang digunakan dapat dilakukan analisis dengan TG-DTA. Termogram TG-DTA dari gliserol disajikan pada Gambar 27.

Gambar 27. Kurva TG-DTA Gliserol Gambar 27 menunjukkan bahwa gliserol mulai mengalami penurunan berat pada 30 o

C sampai 123 oC dengan penurunan berat sebesar 1 % karena adanya proses

pelepasan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 123 oC sampai 264 oC dengan penurunan berat sebesar 89 % karena adanya proses dekomposisi gliserol secara endotermis. Poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol disintesis dengan menambahkan gliserol pada sintesis poli(butilen itakonat) variasi waktu 3 jam. Pembuatan poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol dilakukan pada waktu 3 jam karena pada waktu tersebut telah terbentuk poliester yang lebih panjang rantai molekulnya dibandingkan dengan waktu sintesis kurang dari 3 jam. Gambar 28 menunjukkan

commit to user



lima hasil sintesis poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol dengan berbagai variasi. Poli(butilen itakonat) dengan penambahan pengikat silang gliserol 10% (Sintesis I), poli(butilen itakonat) dengan penambahan pengikat silang gliserol 20% (Sintesis II), poli(butilen itakonat) dengan penambahan pengikat silang gliserol 30% (Sintesis III), poli(butilen itakonat) dengan penambahan pengikat silang gliserol 40% (Sintesis IV), dan poli(butilen itakonat) dengan penambahan pengikat silang gliserol 50% (Sintesis V).

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

Gambar 28. Lima Hasil Sintesis Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Gliserol: Sintesis I (a), Sintesis II (b), Sintesis III (c), Sintesis IV (d), dan Sintesis V (e). Tabel 4. Hasil Sintesis Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Gliserol Poli(butilen itakonat)

Warna

Tingkat Kepadatan Secara Visual

Gliserol 10%

Oranye

3

Gliserol 20%

Oranye

1

Gliserol 30%

Oranye

2

Gliserol 40%

Oranye

5

Gliserol 50%

Oranye

4

Keterangan: Nilai 1→5 menunjukkan bahwa semakin besar angkanya berarti semakin padat poli(butilen itakonat) yang terikat silang gliserol.

commit to user



Bentuk yang semakin memadat dibandingkan poli(butilen itakonat) tanpa penambahan gliserol tersebut dikarenakan adanya penambahan pengikat silang gliserol yang memiliki 3 gugus hidroksil yang dapat membentuk polimer berjejaring (Network Polymer). Untuk mengetahui perubahan gugus fungsi poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol, maka dilakukan analisis dengan spektroskopi FTIR. Spektra FTIR dari kelima hasil sintesis Poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol dengan lima variasi penambahan gliserol ditunjukkan pada Gambar 29. Dari spektra Gambar 29 terlihat bahwa bilangan gelombang dengan rentang 3550-3400 cm-1 yang menunjukkan vibrasi –OH pada penambahan gliserol sebanyak 10% sampai 30% bilangan gelombangnya meningkat, sedangkan pada penambahan gliserol 40% bilangan gelombangnya menurun, dan meningkat lagi pada penambahan gliserol 50%. Serapan –OH pada penambahan gliserol sebanyak 50% memiliki serapan yang paling tidak tajam. Ini menunjukkan bahwa O-H pada asam itakonat, 1,4-butandiol, dan gliserol selama proses sintesis dapat membentuk poli(butilen itakonat) yang terikat silang gliserol. Bilangan gelombang karbonil asam itakonat (C=O) pada 1703 cm-1 (Gambar 13) terjadi pergeseran menjadi 1730, 1732, dan 1728 cm-1 (Gambar 29(a-e)) yang merupakan serapan dari gugus fungsi ester. Pita serapan C=C pada rentang 16501600 cm-1 masih terlihat jelas. Ini menunjukkan bahwa gugus C=C pada asam itakonat tidak terlibat dalam reaksi karena dilindungi oleh senyawa p-metoksifenol pada saat sintesis. Dari hasil pembahasan FTIR tersebut terlihat bahwa pita serapan dari poli(butilen itakonat) dengan penambahan gliserol menjadi bervariatif. Hal ini mengindikasikan bahwa selama proses sintesis terjadi, gliserol yang berikatan dengan senyawa utama Poli(butilen itakonat) bereaksi secara acak dan variasi penambahan gliserol tidak berpengaruh pada bilangan gelombang gugus-gugus yang terbentuk.

commit to user



Gambar 29. Spektra FTIR Poli(butilen itakonat) Terikat Silang Gliserol pada Variasi: 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e)

commit to user



Untuk mengetahui sifat termal dari hasil poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol dapat dilakukan analisis dengan TGA. Termogram TGA dari hasil tersebut disajikan pada Gambar 30.

Gambar 30. Kurva TG-DTA dari Poli(butilen itakonat) Terikat Silang Gliserol 10% (a), 30% (b), dan 50% (c) Gambar 30 menunjukkan bahwa poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol 10% mengalami penurunan berat pada suhu 30 °C sampai 126 °C dengan penurunan berat sebesar 1 % karena terjadi pelepasan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 200 °C sampai 245 °C terjadi penurunan berat sebesar 2 % yang disebabkan terjadinya pemutusan gugus ester secara endotermis. Selanjutnya pada suhu 245 oC sampai 388 oC terjadi penurunan berat sebesar 49 % karena dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol. Sedangkan pada suhu 388 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 31 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh. Poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol 30% mengalami penurunan berat pada suhu 31 °C sampai 153 °C dengan penurunan berat sebesar 1 % karena terjadi

commit to user



pelepasan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 200 °C sampai 264 °C terjadi penurunan berat sebesar 9 % yang disebabkan terjadinya pemutusan gugus ester secara endotermis. Selanjutnya terjadi penurunan berat sebesar 22 % pada suhu 284 °C sampai 350 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol. Sedangkan pada suhu 380 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 27 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh. Poli(butilen itakonat) terikat silang gliserol 50 % mengalami penurunan berat pada suhu 35 °C sampai 200 °C dengan penurunan berat sebesar 6 % karena terjadi pelepasan H2O. Kemudian pada suhu 200 °C sampai 248 °C terjadi penurunan berat sebesar 8 % yang disebabkan terjadinya pemutusan gugus ester secara endotermis. Selanjutnya terjadi penurunan berat sebesar 24 % pada suhu 270 °C sampai 345 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen itakonat). Sedangkan pada suhu 345 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 43 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh (ditunjukkan juga pada Lampiran 7).

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan 1. Poli(butilen itakonat) dapat disintesis melalui reaksi polikondensasi pada suhu tinggi (175 ± 5 oC) dengan waktu 3 jam. Selama proses sintesis, semakin lama waktu sintesis poli(butilen itakonat) maka bilangan asam semakin menurun dengan nilai minimum 35,0 mg KOH/g sampel pada waktu sintesis 3 jam. Nilai viskositas dengan nilai optimum sebesar 0,15 dL/g pada waktu sintesis 3 jam. Poli(butilen itakonat) yang terdekomposisi pada suhu paling tinggi yaitu 276 oC pada waktu sintesis 3 jam. 2. Penambahan gliserol dengan variasi yang meningkat mengakibatkan kestabilan termal semakin meningkat.

B. Saran 1. Perlu dilakukan identifikasi lebih lanjut mengenai sifat biodegradable serta sifat fisik seperti tensile strength untuk mengetahui nilai kuat tarik poliester. 2. Perlu dilakukan penelitian tentang aplikasi poliester sebagai bahan pelapis logam.

49 commit to user

SINTESIS DAN KARAKTERISASI POLI(BUTILEN ITAKONAT) DENGAN PENAMBAHAN GLISEROL SEBAGAI AGEN PENGIKAT SILANG. Disusun oleh : DENY IRAWATI M

Recommend Documents