Prosidin Pertemuan I/miah Sains Materi 1997 lSSN 1410 -

PENENTUAN TEMPERATUR OPTIMAL POLIMERISASI POLIIMIDA

DENGANSPEKTROSKOPI INFRA MERAH1

~X))

Sudinnan2, J. Ginting2 dan Anik Sunarni3

ABSTRAKPENENTUAN TEMPERA TUR OPTIMAL POLIMERISASI POLIIMIDA DENGAN SPEKTROSKOPI INFRA

MERAH. Komposit dengan matriks organik berupa poliimida (gugus ujung maleik dan tetrahidroptalik) mulai banyak dikembangkan.Dalam proses pembuatan komposit tersebut diatas harus diketahui temperatur pemanasan yang optimal terjadinya polimerisasi.Intensitas gugus fungsi spektroskopi infra merah dari senyawa poliimida yang khas dapat digunakan untuk menentukan temperaturpemanasan yang optimal pada reaksi polimerisasi. Penurunan intensitas gugus fungsi /) =C-H (685 cm-I), /) O-C-N (715 cm-l)dan /) C=C (815 cm-l) serta kenaikan intensitas gugus fungsi v C-N-C (1185 cm-l) dari senyawa poliimida gugus ujung maleikterjadi pada temperatur 285 DC (polimaleimida) dan 239 DC (polibismaleimida). Untuk senyawa poliimida gug!ls ujung tetrahidroptalik,temparatur polimerisasi optimal terjadi pada temperatur 219 DC (politetrahidroptalimida) dan 377 DC (polibistetrahidroptalimida),mengingat penurunan intensitas gugus fungsi /) =C-H (690 cm-I), /) O-C-N (721 cm-l) dan /) C=C (820 cm-l) serta kenaikanintensitas gugus fungsi v C-N-C (1195 cm-l) maksimum terjadi pada temperatur tersebut diatas.

ABSTRACTDETERMINATION OF OPTIMUM TEMPERATURE ON POLYIMIDE POLYMERISATION BY INFRA RED

SPECTROSCOPY. The composite with an organic matrices polyimide (maleic and tetrahidrophtalic end group) recently were muchdevelopped. To understand of the manufacturing process of that composite, we have to know the heating temperature of the polyimidewhere the polymerisation is optimum. The specific intensity of the polyimide fungsional group can be used to determine the optimaltemperature of its polymerisation. The decreasement of the intensity fungsional group 0 =C-H (685 cm-I), 0 O-C-N (715 cm-') and 0 C=C (815 cm-l) and the increasement the intensity offungsional group C-N-C (1185 cm-l) were observed at 285 °C forpolymaleimide, 239 °C for polybismaleimide. 219 °C for polytetrahydrophtalimide and 377 °C for polybistetrahydroptalimide, theoptimal polymerisation were observed at that temperature, where the maximum decreasement 0 =C-H (690 cm-I), 0 O-C-N(721 cm-l) and 0 C=C (820 cm-l) and the increasement the intensity offungsional group C-N-C (1195 cm-l) happened at this

temperature.

KEY 'YORDPolyimide, polymerisation. infrared spectroscopy

PENDAHULUAN poliimida gugus ujung tetrahidroptalik akandiperoleh senyawa tetrahidroptalimida danbistetrahidro-ptalimida. Kedua jenis senyawapoliimida dibedakan dengan gugus ujung yangdimiliki tetapi metoda pembuatannya sarna yaitumetodaPMR-15 (Gambar I). [3,4]

Dalam proses pembentukan komposit, seratkarbon atau kevlar dimasukkan ke dalam resinmatriks organik poliimida secara bersama-samakemudian dipanaskan pada temperatur polimerisasioptimal, selanjutnya dilakukan pencetakan sesuaidengan keperluan pemakaiannya. Prosespembentukan komposit tersebut diatas ditentukanoleh reaksi polimerisasi matriks organik poliimidayang terjadi. Reaksi polimerisasi yang terjadidapat diamati melalui gugus fungsi yang dimiliki(Gambar 2 dan Gambar 3) dan dapat dipelajari tanpaadanya serat karbon atau kevlar. [4]

Aplikasi berbagai bahan dalam industriberkaitan dengan efisiensi bahan bakar clan strukturmaterial yang rinci. Dalam rangka effisiensi bahanbakar, komposit menjanjikan sebagai bahanaltematif yang berguna clan menarik untukmenjawab berbagai tuntutan perkembangan yangada. Oleh sebab itu komposit perlu dikembangkan.Komposit yang dibentuk dari serat karbon ataukevlar dengan matriks organik mulai banyakdikembangkan, salah satunya adalah kompositpoliimida.[ I ,2]

Komposit poliimida dibentuk dari seratkarbon atau kevlar dengan matriks organik berupa

poliimida. Beberapa jenis senyawa poliimida yangdimaksud dibedakan oleh gugus ujung yang dimiliki,poliimida dengan gugus ujung maleik menghasilkansenyawa maleimida clan bismaleimida. Sedangkan

1 Dipresentasikan pada Pertemuan IImiah Sains Materi 19972 Pusat Penelitian Sains Materi -BA TAN3 Pusat Aplikasi Isotop Radiasi -BAT AN

209

Prosidin!! Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

0

H:lNQ Cli~~\Q)~ N,.J2 D~.lr:. 6o"C.4 j"~1A~o,","n

0

~Ik~ ""I,i,I,'id~r-.~t':ild;::,II:Jill

:1'N~(i:5;' CH)

p.Tokli::ill"

r;.MP. 6t.f'C.~ j~rr. ."-cctD11

~o

t~i].. ruuudri:J:1

>'CJ-U

()

Ij.~V

M:1lcun¥:l1

Gambar Skema Sintesa Resin PMR -15

'. ..'.J.:-~ --<~.~~-o .-O..L~'~ ~.'-."~ I1TD~ ~ .

A ~ ,.t-J ,~ -0.

NE:3.:@-co.@ MOA 1

l.

'@."...~~;~

..

..~ -v,,

@..PI @..(;r§J ~'@.:;tl. -@ @ <~-P

., .n

"~Iylmld,Ir

(:rD.&;Jr,k~

Gambar 2. Reaksi Polimerisasi Polimida Gugus Ujung Maleik

210

A,;c~t ",""~ridi1NaO",.c

Ac,,1OI1 AnI1}'d:;id"NOlO/\;;

Prosidin Pertemuan J/miah Sains Materi 1997 IS 11/ 1410- 2897

Dt"li:\_~)~(".'1 i"'.'" .l\I:e{o~;,,~tiLI iXtil'.ydli:J:JNaOAc

+

~kliJ::lldi3-1illr.

0

0=:;00

'J'~tl".lII~IVVLolJik

B~L~:(:!:lidl'opcaIil:JjdrL

0

I(~ov~0

TI:I:iU:idl\)pl:llil.

;;.'"H"~'(:Q;-CHJ

IJ-'r;)hli:liL1C

.+-,I?t--:.!:..., (111\::,4 j;)m ..1\~[Oll

l'cu.;tllidr:)l:t~L:r_:i:l!!

Gambar 3. Reaksi Polimerisasi Poliimida Gugus Ujung Tetrahidroptalik

Reaksi pada temperatur polimerisasioptimal dari masing-masing senyawa poliimidadengan gugus ujung maleik daD tetrahidroptalikdapat dikarakterisasi dengan spektroskopi inframerah. Perubahan gugus fungsi dari kedua jenissenyawa poliimida tersebut dapat diamati untuksetiap temperatur terjadinya polimerisasi. KenaikandaD penurunan intesitas absorbansi gugus fungsiyang khas dari kedua jenis senyawa poliimida pada

setiap temperatur polimerisasi dapat digunakansebagai parameter untuk menentukan temperatur

polimerisasi optinal yang terjadi. [5,6]

(tetrahidroptalimida dan bistetrahidroptalimida)disintesis terlebih dahulu.dengan metoda PMR-15.Hasil dari sintesis berbentuk bubuk dengan wamatertentu, selanjutnya dilakukan pengukuran termaldengan DT A untuk mengetahui daerah terjadinyareaksi polimerisasi. Kemudian bubuk basil sintesisdimasukkan ke dalam tabling gelas dan ditambahkangas nitrogen, selanjutnya dilakukan pemanasan padajangkauan temperatur hasil pengamatan DT Adengan perbedaan :f: 10 °C. Hasil pemanasanlangsung dapat dianalisis dengan FT -JR.

BAHAN DAN METODAAlat

Seperangkat DT A merk Setaram Tag24, Perancis,Spektroskopi Infra Merah Shimadzu 8101/8101 N,Jepang dan Furnace merk Centurion, AmerikaSerikat.

BahanPada percobaan ini 4 (empat) jenis senyawa

poliimida yang dianalisis, terdiri daTi senyawadengan gugus maleik (maleimida clan bismaleimida)clan gugus ujung tetrahidroptalik

METODA

211

,,!.-::cl:l~ .~1;1yc:r:~,

N:\O,J!.c

Prosidin Pertemuan /lmiah Sains Materi /997 /SSN /4/0 -2897

Pengukuran DT A.Cuplikan hasil sintesis dimasukkan ke dalam tungku,yang sebelumnya diketahui beratnya. Selanjutnyakondisi alat diatur melalui komputer, setelah siapdilanjutkan sesuai dengan intruksi yang ada padamonitor komputer. Hasil yang diperoleh berupakurva saluran heat flow terhadap temperatur.Kisaran temperatur polimerisasi langsung dapatdiketahui.

Pengukuran FT -fRoCuplikan hasil sintesis berbentuk bubuk ditimbangsebanyak 0,001 g selanjutnya ditembahkan kedalamnya 0,0 I g kalium bromida, kemudianditempatkan ke dalam wadah cuplikan. Hasilnyaakan terekam dalam kertas berkala berupa alurankurva panjang gelombang terhadap intensitas.Kondisi alat meliputi : Temperatur alat = :t 20 DC,Waktu rekam = I men it, Kecepatan kertas = 40

mm/menit.

Gambar 4. Termogram Poliimida Gugus Ujung Maleik (polimaleimida daD Polibismaleimida)

212

Prosidin Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

Gambar 5. Termogram Poliimida Gugus Ujung Tetrahidroptalik (politetrahidroptalimida daDPo lib i stetrah idroptal im imda)

ujung maleik (Gambar 4) clan tetrahidroptalik(Gambar 5).. Dari termogram tersebut didapatkankisaran temperatur terjadi polimerisasi seperti Tabel1 di bawah ini :

HASIL PENGAMA TAN DAN PEMBAHASAN

Dari hasil pengukuran DT A, diperolehtermogram untuk senyawa poliimida dengan gugus

Tabel I. Hasil pengukuran DT A senyawa poliimida dengan gugus ujung maleik dan tetrahidroptalik

Gugus ujung tetrahidroptalikGug~s~ f!!~lei~Polimaleimida Polibismaleimida Politetfahidroptali-

midaSenyawa Poliimida

275-305 230-260 210-240

Polibistetrahidroptalimida

370-400Kisaran temperatur

polimerisasUO_C)

213

I'rosidin Pertemuan Ilmiah Sains Materi /997 ISSN 1410 -2897

Dari harga kisaran temperatur polimerisasiuntuk setiap jenis senyawa dengan gugus ujungmaleik dan tetrahidroptalik dilakukan pemanasan.Untuk polimaleimida dilakukan pemanasan pada

temperatur 275, 285, 295 dan 305 °C,polibismaleimida pad a temperatur 230, 239, 250 dan260 °C, politetrahidroptalimida pada temperarur 210,

219, 230 dan 240 °C, polibistetrahidroptalimidadilakukan pada 370, 377, 390 daD 400 °C.

Hasil dari pemanasan sesuai dengan hargakisaran temperatur polimerisasi untuk setiap

senyawa poliimida gugus ujung maleik maupungugus ujung tetrahidroptalik dilakukan pengukuranFT -JR, guna untuk mengetahui perubahan panjanggelombang daTi ikatan yang khas.

~CI~I;)11 Ptn~I~II;;I[1

Gambar 6. Spektra FT -IR Poliimida Gugus Ujung Maleik Sebelum Pemanasan dan setelah Pemanasan

214

Prosidil/f! Pertemual/ l/miah Sains Materi 1997 1.\'SN 1410-

Untuk mengamati perubahan ataupergeseran ikatan yang kkas dari senyawa poliimidabaik gugus ujung maleik maupun tetrahidroptalikdilakukan pengukuran FT -JR. Hasil yang diperolehuntuk senyawa poliimida gugus ujung maleikmenunjukkan bahwa terjadi perubahan(pergeseran) dari panjang gelombang 1145 cm-1 (v:t 715 cm-1 ((0 O-C-N suksinat) clan 948 cm-1 (0C=C maleik) menjadi :t 815 cm-1 (0 C=C suksinat),dimana ketiga ikatan tersebut mempunyai hargaminimum pada temperarur polimerisasi yang optimal(Iihat Gambar 6). Hal yang sarna juga terjadi pada

senyawa poliimida gugus ujung tetrahidroptalik,baik politetrahidroptalimida maupunpo I ib istetrah idroptatimida)

C-N-C maleik) menjadi 1185 cm-1 (v C-N-Csuksinat), oleh sebab itu ikatan v C-N-C suksinat(:t 1185 cm-l) mempunyai harga maksimum pactatemperatur polimerisasi yang optimal. Untuk ikatankhas yang lain juga terjadi pergeseran seperti 689cm-1 (8 =C-H maleik) menjadi :t 685 cm-1 (8 =C-H suksinat), 833 cm-1 (0 O=C-N maleik) menjadi

Cuplikan (sampel) basil pemanasandilakukan pengukuran FT -IR untuk mengamatiperubahan atau pergeseran ikatan yang khas darisenyawa poliimida. Hasil pengukuran FT -IR dari

senyawa poliimida dengan gugus ujung maleik,seperti terlihat pacta Tabel 2 (polimaleimida) danTabel 3 (polibismaleimida).

Perubahan intensitas infra merah gugus

Tabel 2. Intensitas infra merah dari gugus fungsi polimaleimida

lntensitas (Abs)No Panjang Gelombang(Cm Gugus Fungsi275 DC~1,0841,4431,432

285 DC

1,2570,925~1,598

295 °C

~0,9521,2921,493

305 DC

1,423~1,4201,462

~

~ ~"-N& C=C

v C-N-C

:t 685:t 715:f: 815:t 1185

4

f-f

Tabel 3. lntensitas infra merah dari gugus fungsi polibismaleimida

Gugus Fungsi lntensitas (Abs)No Panjang Gelombang(Cm230 DC~~

1,3201,253

239OC1,240~~1,713

250 DC

1,326

~1,3011,350

260 °c1,3961,192~1,211

~

() =C-H () O-C-N

8 C=C

v C-N-C

:!: 685

:!: 715

:!: 815

:!: 1185

2.3.

4.

Tabel

4. Intensitas infra merah dari gugus fungsi politetrahidroptalimida

Panjang Gelombang(Cm Intensitas (Abs)Gugus FungsiNo210 DC

~1,091

1,5231,460

219 DC

1,461

1,041~1,717

230 °C

1.734

~~1.706

240 DC

1,551

~~

1,617

::t 690

::t 721

::t 820

:I: 1195

<5 =C-H

<5~-N<5 C=C

v C-N~

!~,

2.

3.~

'abcl 5. Intensitas infra merah dari gugus fungsi polibistetrahidroptalimida

215

t:.<!;:"idin~ Perlemuan Ilm;ahSa;n"~ Maler; 1997 '.' ISSN 1410-

~}"!;

-Gambar 7. Spektra FT -IR Poliimida Gugus Ujung Maleik (Polimaleimida) berbagai Tempaeratur.

!~'!:2)"-;;

-2)\1"(

Gambar 8. Spektra FT -IR poliimida Gugus Ujung Maleik (Polimaleimida) berbagai Tempaeratur

fungsi 8 =C-H (685 cm-I), 8 O-C-N (715 cm-l)

dan 8 C=C (815 cm-l) mempunyai harga yangminimum dan gugus fungsi v C-N-C (1185 cm-l)mempunyai harga maksimum pada 285 °c untukpo1imaleimida dan 239 °c untuk polibismaleimida.Oleh sebab itu temperatur polimerisasi yang optimaluntuk polima1eimida pada 285 °c danpolibismaleimida pada 239 °C. Hasil pengukuranFT -IR diperlihatkan seperti pada Gambar 7

(polimaleimida) dan Gambar 8 (polibismaleimida).

Untuk senyawa poliimida dengan gugusujung tetrahidroptalik, hasil pengukuran FT -IRseperti terlihat pada Tabel 4(politetmhidroptalimida) dan Tabel 5(polibi$tetrahidroptalimida), sebagai berikut :

Perubahan intensitas infra merahgugus fungsi 0 =C-H (690 cm-I), 0 D-C-N

(721 cm'l) dan 0 C=C (820 cm-1) mempunyai hargayang maksimum pada 219 °c untukpolitetrahidroptalimida dan 377 °c untukpolibistetrahidroptalimida. Hal ini didukung oleh

21.6

Prosidinl! Pertemuan Ilmiah Sa ins Mater; 1997 ISSN 1410-

110"(:

Gambar '.0. Spektra FT -IR poliimida Gugus Ujung Maleik (Polimaleimida) berbagai Tempaeratur

cm-I), 15 O--C-N (715-721 cm-I), 15 C=C (815-820cm-l) dan v C-N-C (1185-1195 cm-l) daTisenyawa poliimida gugus ujung maleik clan

tetrahidroptalik diperoleh temperatur polimerisasioptimal terjadi pada temperatur 285 °C (pol i-maleimida), 239 °C (polibismaleimida), 219 °C(politetrahidroptalimida) clan 377 °C

(polibistetrah idroptalimida).

perubahan intensitas infra merah gugus fungsi atauikatan v C-N-C mempunyai harga maksimumpada terperatur tersebut diatas. Hasi\ pengukuranFT -IR diper\ihatkan seperti pada Gambar 9(po\itetrahidropta\imida) dan Gambar 10

(po\ibistetrahidropta\irn ida).

KESIMPULAN

hasil perubahan intesitas infragugus fungsi 0 =C-H (685-690

DaTimeTah pada

217

Pr('.,/d/'Il' PcrtClI/lian IIII//ali Sa;ns Mater; 1997 1SSN 14/0 -2897

DAFfARPUSTAKA [4] GRENIER, M.F., LOUSTALOT &PHILIPPE GRANIER, High PerformancePolymer, Vol. 3, No.4, (1991).

[5] SORRELL, T.N., Interpreting Spectra OfOrganic Molecules, University ScienceBooks, Amerika Serikat, (1988).

[6] SUDIRMAN, et. al., Analisis TermalPolimerisasi Poliimida Sebagai Matriks PolimerBahan Komposit, Jumal Nusantara Kimia,Yogyakarta, (1996).

[I] ZWEBEN, C., Polymer Matrix Composites,Materila Science Monographs, 26, ElsevierScience Publisher, New York, (1985).

[2] GINTING, J., Proposal Riset UnggulanTerpadu IV, Sintesa Komposit Suhu TinggiMenggunakan Matriks Organik PrepolimerTermoplastik Termoset, BA TAN, Jakarta,

( 1995).[3] GRENIER, M.F., LOUST ALOT &

PHILIPPE GRANIER, High PerformancePolymer, Vol. 3, No.2, (1991).

218