Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

KOPOLIMERISASI CANGKOK GUGUS HIDROFILIK MONOMERMETILMETAKRILAT (MMA) PADA SERAT POLIPROPILENA

536,..\ Teguh Yulius SPP., Aloma KK., Ari D., Sogik S.

Balai Teknokimia PPSM-BATANnABSTRAK

KOPOLIMERISASI CANGKOK GUGUS HIDROFILIK MONOMER METILMETAKRILAT (MMA) PADASERAT POLIPROPILENA. Kopolimerisasi cangkok gugus hidrofilik monomer metilmetakrilat (MMA) pada serat polipropilena(PP) telah dilakukan dengan teknik konvensional (kimia). Proses pencangkokan dilakukan dengan variasi jumlah inisiatorbenzoilperoksida (BPO). monomer MMA, lamanya waktu proses pencangkokan clan suhu proses pencangkokan. Hasil yangdiperoleh menunjukkan bahwa semakin besar jumlah BPO clan MMA yang ditambahkan serta semakin lama waktu pencangkokan,semakin besar persentase pertambahan berat clan diameter serat PP. Akan tetapi semakin tinggi suhu pencangkokan, semakin kecilpersentase pertambahan berat clan diameter serat PP yang dianalisis clan dikarakterisasi dengan Scanning Electron Microscope

(SEM)

ABSTRACT

GRAFf COPOLYMERISATION OF HYDROPHILIC GROUP (MMA) ONTO POLYPROPYLENE FmER. Graftcopolymerisation of hydrophilic group (MMA) onto polypropylene (PP) fiber has been carried out by conventional (chemistry)technique. The grafting process carried out by varying the amount of benzoylperoxide initiator (BPO), monomer (MMA), andthe time of grafting process and the temperature of grafting process. The results show that the bigger amount of BPO and MMAadded and the longer time of grafting, the higher of weight and diameter percentage increase of PP fiber were obtained. However,the higher of process temperature. the lower of weight and diameter percentage increase of polypropylene fiber were obtainedwhich was analyzed and characterized by using the Scanning Electron Microscope (SEM).

PENDAHULUAN Modifikasi yang dilakukan dengan cara mema-sukkan berbagai gugus fungsi pada rantai ulama PPpada cara konvensional ditempuh dengan menam-bahkan inisiator sebagai pembentuk radikal bebassehingga diperoleh PP sebagai penukar ion. Radikalbebas yang merupakan tempat terjadinya pencang-kokan dihasilkan oleh inisiator seperti benzoilperoksida(BPa) atau azo-bisisobutironitril (AIBN). Mekanismepembentukan radikal bebas dapat dijelaskan sebagaiberikut[ 1 ]:

.~sBPO/AmN (I)

S+RH .SH+ R (2)

R1

~1

I.R + CH2 =C~ R -CH2C.

I IR2 R2

(3)

Polimer dengan gugus fungsi yang bersifatpolar seperti karboksilat (~COOH), amino (~NHJ' daDsulfonik (-SO3H) dapat dimanfaatkan misalnya sebagaipenukar ion. Tetapi pacta kenyataannya banyak polimeryang tidak mempunyai gugus fungsi yang bersifat po-lar didalam rantai utamanya. sehingga perlu dilakukanmodifikasi polimer. Salah satu cara untuk modifikasipolimer untuk dc1pat dimanfaatkan menjadi penUkar ionadalah dengan mencangkokkan suatu gugus fungsipacta rantai utamanya[ 1 ].

Polimer belbentuk serat mempunyai luas permu-kaan per satuan volume yang lebih besar dibandingbentuk butir daD film. Pemanfaatan serat polipropilena(PP) sebagai matriks penUkar ion sangat ditentukan oleh

jenis gugus fungsi (monomer) yang dicangkokkan pactarantai polimer[2].

Untuk dapat memanfaatkan serat PP sebagaipenukar ion, perlu dilakukan modifikasi denganmencangkokkan gugus fungsi pacta rantai utamanyabaik secara konvensional (kirnia) maupun dengan teknik

radiasi[3].Polipropilena merupakan polimer termoplastik,

bersifat hidropob, tahan korosi daD dibuat daTi bahanbaku yang murah selia mudah diperoleh di pasar.Disamping itu serat PP mempunyai sifat tensile strengthdan .vt![fness yang baik sehingga dapat digunakansecara luas dalmll industri[4].

dimana RH adalah polimer. Radikal yang terbentukditambahkan pada monomer untuk membentuk rantaihomopolimer pada persamaan 3. Radikal tersebut dapatmenempel pada suatu ikatan rangkap daD denganmenambahkan monomer dapat dibentuk kopolimer

cangkok:

329Teguh Yuliu.\' ,~PP. dkk.

Prosiding Pertemuan Ilmiah ,\'ain.\' Materi /IISerpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN1410-2897

Cara Kerja.R

RI-}"

CH2CH -(CH2CH = CHCH2Penviapan serat PP daD monomer MMA.

-Serat PP dicuci dengan n-Hexane (proses refluksselama:i: 30 menit) untuk menghilangkan zat aditifdaD inhibitor pada serat tersebut.

-MMA dicuci dengan NaOH untuk menghilangkaninhibitor yang ada.

Proses pencanekokan

Variasi iumlah inisiator CBPO) vane ditambahkan.

Ditimbang BPO dengan variasi berat 0,5; 1; 2; dan 3 gram.Ditambahkan 10 mL larutan monomer MMA yang teiahdicuci dengan NaOH. Dimasukkan ke dalam tabungpencangkokan yang berisi serat PP daD ditambahkan 30mL Butanol. Dilakukan proses pencangkokan padatemperatur 60°C selarna 8 jam.

(4)

Variasi lamanva waktu DrOSeS oecangkokan.

Ditimbang BPO dengan berat yang memberikan kadarpencangkokan tertinggi. Ditambahkan 10 mL lamtanmonomer MMA yang telah dicuci dengan NaOH.Dimasukkan ke dalam tabung pencangkokan yang berisiserat PP dan ditambahkan 30 mL Butanol. Dilakukanproses pencangkokan pada temperatur 60 °C denganvariasi waktu 2; 4; dan 8 jam.

Salah sarlI gllgus fungsi yang dapat dicangkok-kan JXlda rantai utmna PP adaIah metil-metakrilat (MMA)mengingat sifat polimerisasinya yang relatif tidak rumitdan dapat rerguna. Monomer ini rerpoli-merisasi secararadikal bebas daD juga berkopoli-merisasi denganrerbagai lnacam variasi komonomer( 5].

Tujuan pcnelitian ini adalah memodifikasi seratPP dengan mcnCt'1ngkokkan MMA secara konvensional(kimia), sehingga dihasilkan suatu kopolimer PP-g-MMA. Polipropilena digunakan sebagai kerangka dasar(back hone) daD MMA sebagai gugus fungsi yangdicangkokkan. Hasil kopolimerisasi cangkok inidiharapkan dapat dimanfaatkan scbagai penukar ion dimasa yang akan datang. Metodc pcncangkokan yangdigunakan adalah metode kopolimerisasi cangkoksecara simultan.

Dalarn penelitian ini dipelajari pengaruIl konsen-trasi inisiator. konsentrasi monomer, suhu pencang-kokan dan lamanya waktu pencangkokan. Selanjutnyakopolimer PP-g-MMA yang diperoleh dikarakterisasidengan SEM unhlk menganalisis struktur lnikronya.

PERCOBAAN

Variasi temoeratur oencangkokan.

Ditimbang BPO dengan berat yang memberikan kadarpencangkokan tertinggi. Ditambahkan 10 rnL larutanmonomer MMA yang telah dicuci dengan NaOH.Dimasukkan ke dalam tabung pencangkokan yang berisiserat PP daD ditambahkan 30 rnL Butanol. Dilakukanproses pencangkokan pada variasi temperatur 60; 70;daD 80 "C selama waktu yang memberikan kadar

pencangkokan tertinggi.

Variasi iumlah monomer vane ditambahkan

Ditimbang BPO dengan berat yang memberikan kadarpencangkokan tertinggi. Ditambahkan larutan monomerMMA dengan variasi 5; 10; 20; yang sebelumnya telahdicuci dengan NaOH. Dimasukkan ke dalam tabungpencangkokan yang berisi serat PP daD ditambahkan 30mL Butanol. Dilakukan proses pencangkokan padatemperatur daD selama waktu yang memberikan kadar

pencangkokan tertinggi.

BahanSerat polipropilena (isotaktik) diperoleh dari

PT. Sungilindo Jaya Makrnur, Metilrnetakrilat (MMA),n-Hexane, Benzoilperoksida (BPO), Butanol Kloro-fonn.NaOH.

AlatSerat PP yang dihasilkan dari proses-proses tersebutdiatas lnasing-masing disaring daD dicuci dengan larutaokloroform untuk menghilangkan homopolimer yangkemungkinan terbentuk selama proses pencangkokan,kemudian dikeringkan dengan oven dan ditimbang beratbasil. Persen pencangkokan dapat dihitung denganrumus berikut ini:

AlaI gelas laboralorium, Tabung pencang-kokan (tabung reaksi), Pemanas, Oven, Thermometer,Timbangan, SEM Philips.

I-CH2

Prosiding Perte,nuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

ini digunakan BPO sebagai inisiator. Jumlah/konsentrasiBPO yang digunakan tersebut divariasi. Dari data yangdiperoleh terlihat adanya suatu kecenderungan bahwadengan semakin besar jumlah/konsentrasi BPO yangditambahkan, semakin besar pula persentase pertam-bahan kopolimer cangkok PP-g-MMA yang diperoleh,dengan catatan bila PP daD MMA masih tersedia ataubelum mengalami proses kopolimerisasi cangkoksepenuhrlva~ Pacta gambar 1 daD tabel 2 terlampirdiperlihattfan dimana setelah penambahan BPO tertentu,kenaikan persen pencang-kokan tidak lagi setajam padapenambahan BPO sebelumnya. Dengan kata lain adakemungkinan pacta penambahan BPO selanjutnya,persen pencangkokan tidak akan bertambah ataucenderung konstan karena tidak ada penambahan PPmaupun MMA sehingga BPO tidak akan membentukradikal bebas lagi. Hal tersebut dapat dengan mudahdimengerti dimana semakin banyak jumlah inisiator,semakin .banyak pula radikal bebas yang terbentuk baikpada serat PP maupun pada monomer MMA yang padaakhimya akan memberikan kesempatan yang makinbesar pula bagi terjadinya proses pencangkokan.

0 gk k (berat serat akhir -berat serat awal) 101\0"'10 pencan 0 an = x v/o (5)berat serat awal

BASIL DANPEMBABASAN

Pembentukan radikal bebas terjadi pada seratPP daD monomer MMA dengan jalan menambahkaninisiator (BPO). Kadar pencangkokan yang berbedadiperoleh melalui variasi konsentrasi monomer[6] ,konsentrasi inisiator. temperatur daD lamanya waktu

proses pencangkokan.Variasi Penambahan Inisiator (BPO). lnisiator berfungsiuntuk membentuk radikal bebas yang mernpakan tempatterjadinya pencangkokan baik pada PP maupun MMA.Mekanisme pembentukan radikal bebas pada polimer(PP) dan radikal prilner [1]:

..f R + S

..dikal beb.., pada poliner ..dikal priner(Sa)s S + RH-~SH

in;;iat", ""lime, ~

Pada kondisi udara daD adanya panas:

.ROO

~)SH

~ (5b)RH

Pada penambahan monomer:

!

80I" 60

.ROO (6a)

.M~RM +Oz

,j"ncorer I'

.s (6b)M-

.-)-SM

radikal beb", pod. mmmler

s ~ -' nM ~SMn~ (6c)

Gambar 1. Grafik berat BPO (g) terhadap persenpencangkokan Ket.: lama proses pencang-kokan 8 jam pada suhu 60.C.

Variasi Penambahan Monomer (MMA). Sebagaimanapengaruh konsentrasi penambahan inisiator, padapenambahan monomer MMA juga terlihat gejala yangsarna. Kadar penempelan bertambah dengan naiknyakonsentrasi monomer MMA karena semakin tinggikonsentrasi monomer, semakin besar peluang radikalmonomer MMA berinternksi dengan bagian aktif (radikal)serat PP membentuk kopolimer PP-g-MMA.Pada gambar2 daD label 3 terlampir diperlihatkan dimana padakonsentrasi penambahan monomer MMA tertentupersentase penambahan berat serat PP basil pencang-kokan mencapai titik optimum untuk kemudian cendenmgturun. Pada titik optimum penambahan monomer MMAini, serat PP telah sepenuhnya tercangkok oleh MMA.Jika dilakukan penambahan MMA lebih jauh lagi,reaktifitas antar radikal-radikal bebas yang terbentuk padaMMA itu sendiri lebih tinggi dibandingkan reaktifitasantar radikal-radikal bebas antara yang terbentuk padaMMA dengan yang terbentuk pad a PP, sehingga

Mekanisme pelnisahan atom H dari rantai polimer utama:

(7a)

.

S + RH.SH R

dan/atau

..SMn+RH .SMnH+ R (7b)

Mekanisme pembentukan kopolimer cangkok:

.R (8)nM ~ RMn-1M

kopoli11" cangkok

Radikal bebas diperoleh dengan menggunakaninisiator seperti BPO. Akibat oksidasi kuat dari BPO,atom H yang paling labillepas dari molekul PP maupunMMA sehingga terbentuklah radikal bebas tersebut(persamaan 7a dan 7b). Untuk sintesis serat penukar ion

~

,ambar 5_b. Foto serat PP-g-MMA 10,97%.

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi //lSerpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN 1410-2897

sebagai akibat reaksi antar radikal akan semakin besarpula. Dari gambar 4 terlihat belum tercapainya titikoptimum, dimana naiknya persen pencangkokan seiringdengan makin lamanya waktu pencangkokan terlihatrnasih signifikan, pada kondisi reaksi yang beljalan lambat.Dalam hal ini dapat diprediksikanbahwa titik optimumakan dicapai pada saat telah teljadi kopoli-merisasi tempel

sepenuhnya sebagaimana penjelasan-penjelasansebelumnya dimana bila serat PP telah sepenuhnyatercangkok daD atau tidak ada lagi penambahan MMAmaka persen pencangkokan tidak akan lagi bertamball.

polimerisasi yang terjadi cendemng mengarah kepadahomopolimerisasi (MMA-g-MMA) dibandingkankopolimerisasi (PP-g- MMA). Pacta akhirnya, penam-bahan berat seratPP tidak terjadi lagi.

1001

1201

100~i I

i Bol[ 60..:!

'40r

120

100

80

"& 80..

40

20

8 14 20 26

Vokon. MMA (mL)

2 (jrafik volume MMA (mL) terhadap persenpencangkokan Ket.: lama proses pencang-kokan 8 .jam pada suhu 60.C.

)i"

Variasi Tempcratur Proses Pencangkokan. Dari gmnbar3 dan tabel 4 terlampir terlihat bahwa semakin tinggi

temperatur proses pencangkokan, persentase pertam-bahan berat serat PP justm semakin kecil. Faktor yangmenyebabkan terjadinya hat tersebut sampai saat inibelum bisa diketahui untuk dilaporkan karena berdasarliteratur proses pencangkokan yang terjadi pada rentangtemperatur tersebut alan memberikan persentasepertambahan be rat serat PP yang meningkat. Kemung-kinan penyebab terjadinya haltersebut adalah degradasiyang terjadi pada serat PP atau terjadinya homo-

polimerisasi yang cenderung menghasilkan homopolimerMMA-g-MMA dan atau PP-g-PP dibandingkan

kopolimer PP-g-MMA.

0"" ,",C ',.'~ 2 S 4 5 .7 .

Weklu (jem)

Gambar 4. Grafik Waktu (jam) terhadap persen pencang-kokan. Ket. MMA 10 mL, suhu 60.C

Perbedaanstruktur mikro pennukaan seratPPclan PP-g-MMA dapat diamati pada Gambar 5.a,b,c,dsedangkan ukuran diameter serat tersebut, yangmempakan rerata dari beberapa kali pengukm:an denganmenggunakan perbandingan skala 1 cm = 10 rnm, dapat

dilihat pada Tabel 1. Gambar clan tabel tersebutmenunjukkan bahwa sernakin naik kadar pencangkokanMMA pada serat polipropilen semakin bertambahbesar diameter serat PP-g-MMA.

Tabel Diameter Serat PP-g-MMA pada Berbagai Kadar

Pencangkokan

1

-9..90

6082 88 70 74 78

Suhu (DC)

3 LTfafik Suhu rC) terhadap persen pencangkokanKet lama proses pencangkokan R jam. MMA

]0 mL

59

Variasi Waktu/Lamanya Proses Pencangkokan. Datayang diperoleh menunjukkan bahwa tnakin lama prosespencangkokan berlangsung, makin besar presentasepertambahan berat serat PP. Hal tersebut menunjukkanbahwa semakin latna proses pencangkokan berlangsung,kesempatan untuk terjadinya kopolimerisasi tempel

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

KESIMPULAN

Analisis daTi data percobaan dapat disimpulkanbahwa proses pencangkokan yang dilakukan pacta suhu60°C akan memberikan kadar pencangkokan yangmeningkat dengan semakin besamya jumlah inisiator(BPO) dan monomer (MMA) yang ditambahkan sertasemakin lama waktu proses pencangkokan. Hal terSebutditunjukkan oleh semakin besamya persentase pertam-bahan berat serat PP-g-MMA. Analisis lainnya menun-jukkan bahwa semakin tinggi suhu proses pencang-kokan, semakin kecil kadar pencangkokan pacta serat PP-g-MMA. Sedangkan dari basil karakterisasi denganSEM diketahui bahwa semakin tinggi kadar pencang-kokan, semakin besar diameter serat PP-g-MMA.

Gambar 5.a. Foto seTal PP sebelum dicangkok

DAFfAR PUSTAKA

(jambar 5.b. Foto serat PP-g-MMA 10,97%.

[1). SINGH, RP.,Surface Grafting ontoPolypropilene, aSurvey of Recent Developments, Prog. Po/ym.

Sci., 17, (1992),251[2]. BANDRUP, J. and IMMERGUT, E.H., Polymer

Handbook, Wiley Interscience, New York, (1975).[3). CHARLESBY,A., AtornicRadiationandPolymers,

Radiation Effects in Materials, 1, Pergamon Press.

Ltd., (1960)[4]. BILLMEYER, F. W., Jr., Textbook of Polymer Sci-

ence, Third Edition, John Wiley & Sons, Singapore,

(1994)[5]. MARK S.M. ALGER, Polymer Science Dictionary,

Elsevier Applied Science, London and New York,

(1989),263[6]. ENDANG A. W., ALOMA K.K., Y ANTI S., Kopoli-

merisasi Cangkok 4-Vinilpiridin pada SeratPolipropilen dengan Teknik Radiasi: Pengamh KadarPencangkokan terhadap Kristalinitas SeratPolipropilen, Seminar Kirnia ITB-UKM, Kuala

lumpur, (1997)

Gambar 5.c FolD seral PP-g-MMA 69,28%.

(iambar S.d. Fotoserat PP-g-MMA 141,40%.

Keterangan: pembesaran 1000 kali. _1 0 ~m

Prosiding Pertemuan /lmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN1410-2897

LAMPmAN3 gram60 DC

30 mL10 mL

Keterangan:Berat BPOTemperatur proses pencangkokanButanolMMA

Tabel 2 Variasi Penambahan lnisiator (BPO)

Kadar

Pencangkokan

%

No. Berat

BPO

g~O.S1.02.0

3.0

Bernt Serat

Awal

g

0,8752

0,8136

0,8353

0,8036

Berat Serat

Akhir

g

1.17231,3773

1.80101,8372

33,94

69,28

riEl128,62

2

3

4

KeteranganLamanya proses pencangkokanTemperatur proses pencangkokanButanolMMA

8 jam60 .C

30 mL

10 mL

Tabel 3 Variasi Penambahan Monomer (MMA)

Kadar

Pencangkokan%

No. Volume

MMA

mL

Berat Serat

Akhir

g

l..OOO3

1.8372

2..3115

2.1136

10,97

128,62

141,40

H7:44

Berat Serat I

Awal I

g I

i

0,9014 '

0,8036

0,9575

0,9720

2

3

4

5

10

20

30

3 gram

8jam60 .C

30 mL

Keterangan:Berat BPOLamanya proses pencangkokanTemperatur proses pencangkokanButanol

Tabel 4. Variasi Temperatur Proses Pencangkokan

-

BeratSerat

Awal

g

No. T emperatur

O('

3 gram

8.iam30 mL10 mL

Keterangan:Berat BPaLamanya pro~es pencangkokanButanolMMA

Tabel 5 Variasi Waktu/Lamanya Proses Pencangkokan

Kadar

Pencangkokan

%

No. Waktu

Jam

Rerat Serat

Awal

g

0,9078

0,9122

0,8036

Berat Serat

Akhir

g

",13921,4448

1,8372

25,49

58,38

128,62

2

4

8

2

3