Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996.

KOPOLIMERISASI TEMPEL RADIASI 4- VINIL PIRIDIN P ADA SERA TPOLIPROPILEN SECARA SIMULTAN DALAM MEDIUM V AKUM1

Aloma.K2, Endang.A 3 Yanti.S4

ABSTRAK

KOPOLIMERISASI TEMPEL RADIASI 4-VINIL PIRIDIN PADA SERAT POLIPROPILEN SECARA SIMULTANDALAM MEDIUM V AKUM. Modiflkasi serat polipropilen dengan monomer 4-vinil piridin secara radiasi simultan telah dilakukUl.Pengaruh dosis, laju dosis, konsentrasi monomer, dan komposisi pelarut terhadap persen penempelan telah dipelajari. Persen penempelanbertambah dengan naiknya dosis total, konsentrasi monomer, dan konsentrasi H2O dalam pelarut metanol-air. Kondisi optimum dipcrolehpada laju dosis 2 kGy/j, total dosis 12 kGy, konsentrasi monomer 30 % dalam pelarut metanol:air (25:75, v/v) dengan kadar penempelan146,99 %. Data SEM memperlihatkan perbedaan antara serat polipropilen sebelum dan sesudah ditempel dengan monomer 4-vinilpiridin, dari EDAX terlihat ion Cu telah dapat diserap oleh PP-g-4VP dan terdistribusi secara merata, dengan kapasitas penukarm 3,02mek/gram serat. Termogram DT NTGA menunjukkan penempelan monomer 4-vinil piridin pada serat polpropilen menurunkan temperatur

dekomposisi.

ABSTRACT

SIMULTANEOUS RADIATION GRAFT COPOLYMERIZATION OF 4-VINIL PIRIDIN ONTOPOLYPROPILENE FIBERS IN VACUUM ATMOSPHER. Modification ofpolypropilen fibers with 4-vinil piridin by simultaneousradiation techniques has been done. The effect ot; total dose, dose rate, monomer concentration and solvent composition on the graftingyields was also studied. The grafting yields increased with increasing total dose, monomer concentration, and H2O content within methanol-water solvent system. The optimum conditions were obtained on dose rate 2 kGy/j, total dose 12 kGy, monomer concentration 30 % withinmethanol:water (25:75, v/v) solvents. Observation by using SEM-EDAX showed the difference between polypropilene before and aftergrafted by 4-vinil piridin, and Cu ion was homogeneously adsorbed by PP-g-4VP with adsorbed capacity 3.02 meq/gr. DTA/TGAtermogram showed, that grafted 4-vinil piridin onto polypropilen fiber was decreased decomposition temperature.

PENDAHULUAN penelitian ini adalah serat polipropilen, karenabentuk serat mempunyai luas permukaanpersatuan volume yang besar. Sehinggadiharapkan kadar penempelan monomer 4-vinilpiridin pada serat polipropilen cukup besar,dengan demikian penukar ion yang dihasilkanmempunyai kapasitas dan laju penukaran yangtinggi.

4- Vinil piridin meropakan suatumonomer yang dapat berikatan !membentukkompleks dengan logam seperti Co, Co, Ni,Ru,Zn3,4,s. Sifat vinil piridin tersebutdimanfaatkan dengan menempelkannya padaseTal polipropilen, sehingga diperoleh senyawakopolimer polipropilen vinil piridin, dimanaseTal polipropilen bertindak sebagai kerangkadasar dan gugus piridin sebagai penukar ion

Penelitian ini bertujuan memodifikasiseTal polipropilen dengan menempelkan 4-vinilpiridin melalui proses iradiasi secara simultandalam medium vakum menggunakan somberradiasi sinar gamma, dan mempelajari pengarohdosis dan laju dosis, konsentrasi monomer sertapengaroh pelarot terbadap persen penempelan.Diharapkan kopolimer pp-g-4vp basilmodifikasi dapat menyerap kation Co, Ni, Ru,Zn dan Co, serta mempunyai selektivitas tinggi

.Modifikasi sifat polimer dapatdilakukan dengan berbagai cara, tergantung sifatpolimer yang diinginkan. Penempelan monomerhidrofilik pacta kerangka polimer hidropobmelalui kopolimerisasi tempel (graftcopolimerization) mempakan upaya untukmelakukan modifikasi sifat polimer agardiperoleh pemanfaatan yang lebih luas, dimanasifat polimer yang diperoleh berbeda dengansifat asalnya. Proses modifikasi polimer denganteknik radiasi telah dikembangkan lebih dari 30tahun 1 , metode penempelan dengan teknik

radiasi ini cukup sederhana dan terkontrol,temtama dalam mengontrol laju dosis. Metodesimultan disebut juga metode mutual ataulangsung, dalam metode ini polimer secaralangsung di irradiasi bersama monomer yangakan ditempelkan, proses irradiasi dilakukandalam kondisi vakum untuk menghindariterbentuknya radikal peroksida.

Polipropilen mempakn polimertermoplastik hidropob yang mempunyai sifatmekanik baik, seperti tensile strength, daDstijJiJess, serta tersedia dalam bentuk seTal, butirdan film2. Polipropilen yang digunakan dalam

1. Dipresentasikan pada Pertemuan llmiah Sains Materi PPSM, 1996.2. Pusat Penelitian Sains Materi -BATAN.3. FMlPA -ill.4. Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi -BAT AN. 295

dalam proses penukaran ion. Karakterisasiterhadap basil modifikasi dilakukan denganSEM, DT A/fG dan JR.

TATA KERJA

Bahan kimia.

.Serat polipropilen diperoleh dariPT SUNGILINDO JAY AMAKMUR

.4- Vinil piridin

.Metanol

.Etanol

.n-Heksan Gambar 1. Diagram alir proses penempelan 4-vinil piridin pada seral PP

HAsa DAN PEMBAHASAN

Pengaruh Dosis daft Laju DosisSalah satu parameter yang menentukan

dalam proses penempelan (grafting) adalah dosisdan laju dosis yang digunakan, lamanya waktuiradiasi menuniukkan dosis total van~ diterima.

60

50. "2~~,;~"."...'.6)'..'."

40

30

2010 i

Or I

'"z~u.~~~

3~:7

Alat.

-Seperangkat Rangkaian pompavakum

-Oven vakum-Spektrophotometer FrIR. 8201 PCShimadzu

-SEM-EDAX-DTA/fGA-Spektrometer UV-VIS-Peralatan gelas.-Iradiator sinar gamma Co-60.

.~GY7Jl.

.1-;' 5 ~Gy I j I..1

/-8;13

25

300 5 10 15 20

OOSIS (l<Gy)Gambar 2. Pengaruh laju dosis terhadap "10 penempelan dalamsistem pelanrt Metanol : Air ( 70 : 30 ) , konsentrasi monomer30%.

Pada Gambar.2 dapat dilihat semakintinggi dosis total maka kadar penempelansemakin bertambah yang disebabkan olehsemakin bertambahnya radikal bebas polimersubstrat yang terbentuk, sehingga peluang untukterbentuknya kopolimer PP-g-4 VP semakinbesar. Sedangkan laju dosis berpengaruhterhadap kecepatan pembentukan radikal danmenentukan panjang rantai penempelan6. DariGambar ini terlihat jelas bahwa denganmenggunakan laju dosis 2 kGy/j akanmemperoleh kadar penempelan lebih tinggidibandingkan laju dosis 5 kGy/j dalam dosistotal yang sarna.

.Kalibrasi Ampul dan Dosis

.Cuci serat polipropilen(pP) dengan n-heksan, lalu dikeringkan dalam ovenuntuk menghilangkan sisa n-heksanpada serat PP, kemudian timbang serat PPyang akan dimasukkan kedalam ampul .

.Saring monomer 4-vinil piridin denganmelewatkannya melalui kolom yang berisiserbuk alumina.

.Masukkan serat PP dan monomer VPyang dilarutkan dengan perbandingantenentu kedalam ampul

.Vakumkan ampul yang berisi serat PPdan VP dengan teknik beku leleh

.lradiasi sampel (ampul) dalam berbagaidosis dan laju dosis

.Keluarkan serat dari ampul yang

.Hitung persen penempelan (%G)={(WI -WO) / WO} x 100 %

.Karakterisasi serat PP-g- VP dengan SEM,DTAtrGA, dan IR

296

dapat digunakan adalah 75 % dalam pelarotmetanol : air, jika lebih daTi 75 % H2O ataukurang dari 25 % metanol, monomer 4-vinilpiridin menjadi tidak larot dalam pelarottersebut.

Pengaruh komposisi PelarutPemilihan pelarut adalah faktor yang

sangat penting dalam proses penempelanmonomer vinil piridin pada serat polipropilen,karena pengembangan(swelling) substrat polimeroleh pelarut atau campuran pelarut akanmembantu mendekatkan monomer denganbagian aktif (radikal bebas) yang terbentukdalam polimer substrat, sehingga monomerdapat mendifusi sampai kebagian dalam pusataktif polimer membentuk kopolimer tempel.

Pengaroh Konsentrasi Monomer

160

140

120

100

80

GO

40

20

0

...,

n

0)c

~~~

50 6020 3D 40

Konscntrasi Monorrer (%)0 10I

~

Gambar 4. Pengaruh konsentrasi mooomer terhadap 0/0penempelan, laju dosis 2 kGy/j, dosis total 12 kGy

Pada Gambar.4 terlihat pengarnhkonsentrasi monomer pada kadar penempelandaIam pelarot Metanol : H2O. Kadarpenempelan bertambah dengan naiknyakonsentrasi monomer, karena sernakin naikkonsentrasi monomer, sernakin banyak peluangradikal monomer berinteraksi dengan bagianaktif (radikal) serat polipropilen membentukkopolimer PP-g-4 VP.

Gambar 3. Pengaroh komposisi pelarot terhadap %penentpelan dalam sistem pelarot Metanol: H2O, laju dosis 2kGy/j, dosis total 12 kGy

Pada Gambar 3. terlibat kadarpenempelan bertambah dengan bertambahnyapersentasi H2O pada sistem pelamt Metanol :H2O, padahal H2O adalah pelamt polar,sedangkan seTal PP bersifat hidropob hal iniseakan kontradiksi dengan keterangan diataskarena alangkah sukarnya bagi pelamt hidropilikuntuk berdiffusi kedalam seTal polipropilen yangbersifat hidropob, berarti ada suatu mekanismelain yang terjadi, untuk menjelaskannya kitahams melibat proses radiolisis pada sistempelamt Metanol : Air, radikal H (H ) basilradiolisis H2O sangat berperan dalammenginisiasi pembentukan radikal7, temtamamenginisiasi monomer 4-vinil piridin , sehinggasemakin banyak radikal bebas yang terbentukakan mengbasilkan kadar penempelan semakinbertambah, akan tetapi diikuti juga denganpembentukan homopolimer vinil pindin.Homopolimer yang ikut terbentuk bersamakopolimer tempel PP-g-4 VP dapat dipisahkandengan menggunakan metanol sebagaipencucinya. Maksimum komposisi H2O yang

Karakterisai serat PP-g-4VPUntuk melihat perbedaan antara serat

PP dan serat PP-g-4VP dapat dilihat padaGambar 5 dan Gambar 6 (photo menggunakanSEM).

GaIrlbar 5. Photo serat Polipropilen

297

1.00LSEC

0CHT 0. 001<~V ze.Y.-ch B EDA)(

Garnbar 8. Spektra Cu dari serat PP-g-4VP yang telahmengadsorpsi ion Cu

Gambar 6. Photo serat PP-g-4VP(80%)

Pada gambar ill jelas terlihat perbedaanantara serat PP dengan serat yang telah di tempeldengan monomer 4-vinil piridin., Diameterserat PP-g-4VP kelihatan lebih besar dibandingserat PP, dan secara fisik lebih kaku. Padaaplikasi serat PP-g-4VP untuk mengadsorpsi ionCu , serat PP yang telah dimodifikasi tersebutsanggup mengadsorpsi ion Cu sebanyak 3,02mek/gr serat PP-g-4VP. Pada Gambar 7 & 8terlihat ion Cu yang diadsorpsi serat PP-g-4VPterdistribusi secara merata, ini menunjukkanmonomer 4-vinil piridin menempel cukuphomogen pada serat PP.

Gambar 7. Distribusi Cu pada serat PP-g-4VP yang telahmengadsorpsi ion CU

Gambar 10. Tennogram serat PP dan PP-g-4VP dalamberbagai % penempelan

298

Dari termogram Gambar 9 & 10 terlihatperbedaan serat polipropilen sebelum dansesudah ditempel dengan 4-vinil piridin, tetapisecara keseluruhan tidak mempengaruhitemperatur titik leleh serat polipropilen secaraberarti, namun ketajaman puncak pada titik lelehserat PP terjadi perubahan yang homolog sesuaidengan kadar penempelan, semakin besar kadarpenempelan semakin melebar puncaknya, halini menunjukkan penempelan 4-vinil piridinmula mula terjadi pada bagian amorf dari seratpolipropilen. Perubahan yang nyata justruterlihat pada temperatur dekomposisi, temperaturdekomposisi serat PP lebih tinggi dibandingkanserat polipropilen yang telah ditempel denganmonomer 4-vinil piridin. lni menunjukkan seratpolipropilen yang telah dimodiftkasi dengan 4-vinil piridin mempunyai daya tahan terhadappanas lebih rendah dibanding serat polipropilenasli.

KESIMPULAN

Berdasarkan basil percobaan yang telahdilakukan pada penelitian ini, dapat disimpulkansebagai berikut;1. Kopolimerisasi tempel radiasi 4 vinil piridin

pada serat polipropilen secara simultandalam medium vakum menghasilkankopolimer tempel PP-g-4VP dengan kadarpenempelan tertinggi 146 % dalam sistempelarut metanol : air (30:70, v/v)

2. Dalam percobaan ini kondisi optimumproses penempelan 4-vinil piridin pada seratpolipropilen terjadi pada ; laju dosis 2 kGy/j, dosis total 12 kGy, konsentrasi monomer30 %, dalam pelarut metanol-air (30:70, v/v)

3. Aplikasi serat PP-g-4VP sebagai penukarion, diperoleh kapasitas penukar ion Cusebesar 3,02 mek/gr serat.

4. Karakterisasi dengan IR, SEM-EDAX,DT AffGA menunjukkan monomer 4-vinilpiridin telah menempel pada seratpolipropilen.

Ucapan terima kasihPenulis mengucapkan terima kasih

kepada Ibu Rukihati selaku Kepala BalaiTeknokimia, PPSM yang telah memberikan ijinuntuk melakukan penelitian ini. Juga kepadaBapak Radi yang telah banyak membantupenulis dalam melakukan penelitian terutamadalam me iradiasi sampel, tidak lupa penulisucapkan terima kasih kepada Ibu Anik, Ari.H,Evvy .H, atas bantuannya dalammengkarakterisasi sampel.

Gambar 11. Spektra IR dari serat PP-g- 4VP

DAFTAR PUSTAKAGambar 11. memperlihatkan pita

serapan vibrasi ulur u C-H aromatik padabilangan gelombang 1625 & 3020 cm-l, dan pitaserapan pada bilangan gelombang 1177 & 1388cm-1 yang menunjukan adanya vibrasi ulur u (C- N -C ) dari cincin piridin. Juga terlihatadanya pita serapan pada bilangan gelombang2977 cm-1 u C -H dari CH3 , 2925 cm-1 u C-H dari CH2 , dan 2858 cm-1 u C -H dari -CH. Sedangkan pita serapan pada bilangangelombang 3300 cm-1 adalah vibrasi ulur u N-H , ha1 ini membuktikan bahwa 4- vinil piridintelah berhasil. ditempelkan pada serat PP.

1

2.

3

4

CHAPIRO. A., Radiation Chemistry ofPolymeric System. New York, Interscience.1962.SINGH. R.P., Surface Grafting ontoPolypropilene. a Survey of RecentDevelopments. Prog. Polym. Sci., Vol. 17,251-281. 1992BELFOIRE. L.A., MC.CURDIE. M. P.,Journal of Polymer Science. Part B -Polymer Physics. 33, 1995KHAIROU. K. S., Polymer Degradationand Stability. 46, 1994KURIHARA. M., OZUTSUMI. K.,KAWASHIMA. T., Journal of the

5

299

7.

CHARLESBY. A., Atomic Radiation andPolymers, Radiation Effects in Materials.Vol I, Pergamon Press. Ltd. 1960

6.

Chemical Society -Dalton Transactions. 22,1994WIDADI. A., RAZZAK. M. T.,DARSONO., Sturn Kinetika KopolimerisasiTempel Radiasi N,N-Dimetilaminoetilakrilat(DMAEA) Pada Film Polietilen. In Press

300