Proposal Tugas Akhirkuuuuu

5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 1/18

SINTESIS NANO POLISTIRENA MONODISPERSSFERIS DENGAN METODE SONIKASI

DAN RADIASI GAMMA

Oleh

Fiqih Silvia RahmahH1E008033

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK2011

USULAN PENELITIAN



SINTESIS NANO POLISTIRENA MONODISPERSSFERIS DENGAN METODE SONIKASI

DAN RADIASI GAMMA

Oleh

Fiqih Silvia Rahmah

H1E008033

Diajukan sebagai Pedoman Pelaksanaan Penelitian Tugas Akhir I (PAF08410)Program Studi Fisika – Jurusan MIPA – Fakultas Sains dan Teknik

Universitas Jenderal Soedirman

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK

2011



LEMBAR PENGESAHAN

Judul Penelitian

SINTESIS NANO PILISTIRENA MONODISPERS SFERIS DENGAN METODESONIKASI DAN RADIASI GAMMA

Lingkup Penelitian

KMK : Fisika Material

Identitas Mahasiswa

a. Nama : Fiqih Silvia Rahmah

b. Jenis Kelamin : Perempuanc. N I M : H1E008033d. Angkatan / Semester : 2008 / VIIe. Jumlah Satuan Kredit / IPK : 133 SKS / 3,38

Lokasi Penelitian

Laboratorium Masyarakat Nano Indonesia (MNI) Kawasan Pusat PenelitianIlmu dan Teknologi Serpong, Laboratorium Pusat Penelitian Fisika LembagaIlmu Pengetahuan Indonesia Serpong, Laboratorium Iradiasi Batan PasarJum’at

Jangka Waktu Pelaksanaan : 5 bulan (September 2011–Januari 2012)

Diterima dan Disetujui pada tanggal: ...........................................

Pembimbing I Pembimbing II

Dr. Eng. Mukhtar Effendi Dr. Nurul Taufiqu Rochman, M.EngNIP. 197605152002121002 NIP. 19700805 198912 1001

Mengetahui,Ketua Program Studi Fisika

Dr.–Ing. R. Wahyu WidanartoNIP. 19711129 199802 1001



JUDUL

SINTESIS NANO POLISTIRENA MONODISPERS SFERIS DENGAN METODE

SONIKASI DAN RADIASI GAMMA

LINGKUP PENELITIAN

KMK: Fisika Material

PENDAHULUAN

Polistirena merupakan polimer yang dibentuk dari reaksi polimerisasi

monomer stirena[1]. Proses polimerisasi terdiri atas polimerisasi suspensi,

presipitasi dan emulsi[2,3]. Salah satu jenis polimer sintetik yang banyak

dikembangkan saat ini adalah polimer emulsi. Proses polimerisasi ini

memerlukan air sebagai media serta surfaktan yang berfungsi sebagai

penghasil misel untuk tempat nukleasi dan penstabil partikel polimer[4].

Polimerisasi emulsi dapat menghasilkan polistirena dengan ukuran 10 nm-

100 nm[5]. Polistirena merupakan polimer yang stabil, sehinggga dapat

dijadikan sebagai larutan standar. Larutan standar merupakan larutan yang

telah diketahui konsentrasinya secara teliti, dan konsentrasinya biasa

dinyatakan dalam satuan N (normalitas) atau M (molaritas). Sebagai

larutan standar polistirena harus memiliki susunan partikel yang

monodispers dan struktur partikel sferis. Produksi polistirena pada industri-

industri di Indonesia cukup banyak, namun larutan polistirena pada skala

industri tidak memenuhi syarat untuk dijadikan sebagai larutan standar.

Larutan polistirena standar digunakan sebagai kalibrator dan koreksi pada

alat karakterisasi nano material[3]. Namun, untuk mendapatkan larutan

tersebut kita harus melakukan impor dari luar negeri sehingga memerlukan



biaya yang mahal. Penelitian ini diharapkan dapat membuat nano

polistirena monodispers sferis yang dapat dijadikan sebagai pengganti

larutan standar yang selama ini diimpor dari luar negeri.

Proses sintesis larutan nano polistirena standar dilakukan dengan

merubah ukuran partikel, struktur partikel, dan susunan partikel larutan

polistirena komersil. Larutan polistirena komersil akan dibuat dalam ukuran

nano dengan susunan partikel monodispers dan struktur partikel sferis.

Sebelum proses sintesis, terlebih dulu melakukan karakterisasi larutan

polistirena komersil dengan PSA untuk mengetahui ukuran dan susunan

partikelnya. Selanjutnya dilakukan penyaringan untuk mendapatkan ukuran

partikel yang lebih kecil dan seragam. Setelah melakukan penyaringan

selanjutnya larutan diberi pancaran gelombang ultrasonik dan radiasi

gamma. Gelombang ultrasonik dipancarkan pada larutan tersebut dengan

waktu dan frekuensi gelombang yang bervariasi. Gelombang ultrasonik

yang dipancarkan akan berubah menjadi energi panas dan memecah

struktur partikel polistirena menjadi monodispers. Untuk melihat ukuran

dan susunan partikel setelah disonikasi, larutan dikarakterisasi kembali

menggunakan PSA. Struktur sferis pada larutan poistirena dapat diperoleh

dengan melakukan radiasi gamma

[6]

. Proses radiasi dilakukan dengan waktu

dan dosis radiasi yang bervariasi.

Polistirena yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi dengan

menggunakan Particle Size Analyzer (PSA) untuk melihat susunan

partikelnya dan Scaning Electron Microscopy (SEM) utnuk melihat struktur

partikelnya. Hasil karakterisasi akan dibandingkan dengan larutan

Polistirena standar.



TUJUAN PENELITIAN

Materi Tugas Akhir I ini bertujuan untuk membuat larutan nano polistirena

monodispers sferis dengan metode sonikasi dan radiasi gamma.

MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini bermanfaat untuk:

1. Didapatkannya larutan nano polistirena monodispers dan sferis sebagai

larutan polistirena standar pada Particle Size Analyzer .

2. Mengembangkan terciptanya larutan standar produksi dalam negeri.

3. Merangsang mahasiswa untuk dapat membuat terobosan teknologi

tanpa harus begantung dengan negara lain.

TINJAUAN PUSTAKA

1. Polistirena

Polistirena memiliki susunan kimiawi hidrokarbon rantai panjang

dengan setiap karbon lain yang terhubung ke kelompok fenil. Oksidasi

pada polistirena hanya menghasilkan karbon dioksida dan uap air. Rantai

karbon polistirena diilustrasikan pada Gambar 1 dan sifat fisik polistirena

dituliskan pada Tabel 1.

Gambar 1. Rantai Karbon Polistirena



Tabel 1. Sifat fisik polistirena

Sifat Nilai

Kepadatan 1,05 g/cm3

Konduktivitas dielektrik 2,4-2,7

Konduktivitas listrik 10-16 s/m

Konduktivitas termal 0,08 W/(m°K)

Modulus young 3000-3600 MPa

Polistirena merupakan polimer yang stabil pada pelarut air seperti halnya

dimetil oxide dan alkohol. Pada pelarut tersebut susunan partikel

polistirena berbentuk monodispers[3]. Karena sifatnya yang stabil, maka

polistirena dapat digunakan sebagai larutan standar. Ukuran partikel

polistirena pada larutan standar berkisar antara 20 nm s/d 1000 μm. Hasil

karakterisasi larutan polistirena standar dengan PSA menunjukkan bahwa

distribusi ukuran partikel pada larutan polisterina standar sangat sempit

sehingga dikelompokkan dalam standar monodispers. Yang dimaksud

dengan monodispers adalah berat molekul rata-rata dan berat molekulnya

berbanding 1[1].

MwMn=1

Polistirena yang tidak memiliki cabang pada rantai karbonnya merupakan

polistirena sferis, diilustrasikan pada Gambar 2 berikut.

Gambar 2. Rantai Karbon Polistirena Sferis

(1)



2. Gelombang ultrasonik

Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara dengan rentang frekuensi 20

kHz – 10 MHz yang tidak dapat didengar oleh manusia[9]. Gelombang

ultrasonik mempunyai panjang gelombang yang pendek, difraksi kecil dan

berkas gelombang yang tidak menyebar sehingga dapat menjangkau benda

kecil[10]. Gelombang ultrasonik dengan intensitas gelombang yang tinggi

dapat digunakan untuk memecah partikel. Partikel dapat terpecah karena

adanya pemanasan lokal yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik

tersebut. Tingkat intensitas gelombang ultrasonik dapat dituliskan dengan

persamaan[10,11] :

β=10logII0

Dimana β adalah tingkat intensitas bunyi (dB); I adalah intensitas bunyi dan

I0 adalah intensitas minimum pendengaran manusia atau ambang

pendengaran (I0=1,0×10-12Wm2).

Panjang gelombang bunyi dapat merepresentasikan ukuran benda yang

akan ditembak. Seperti pada persamaan[10]:

λ=vf

Dimana λ merupakan panjang gelombang bunyi yang merambat, v

merupakan laju gelombang bunyi dan f merupakan frekuensi gelombang

bunyi. Dari persamaan terlihat bahwa frekuensi gelombang berbanding

terbalik dengan panjang gelombangnya. Semakin besar frekuensi

gelombang bunyi yang dipancarkan maka panjang gelombang bunyi

tersebut akan semakin pendek. Apabila panjang gelombang

merepresentasikan ukuran benda maka makin besar frekuensi gelombang,

maka makin kecil ukkuran benda yang dapat dihasilkan.

(2)

(3)



3. Radiasi Gamma

Gamma merupakan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi, tidak

bermuatan dan tidak bermassa. Gamma memiliki daya tembus dan daya

ionisasi yang besar. Karena sifatnya sebagai gelombang elektromagnetik

maka kecepatan gerak radiasi elektromagnetik ini di udara sama besarnya

dengan kecepatan cahaya[12]. Kecepatan gelombang sinar gamma mencapai

2,99 x 108

m/s. Radiasi gamma membawa paket-paket energi yang disebut

foton. Pada larutan polistirena, radiasi gamma dapat ditembakkan untuk

menghasilkan struktur partike polistirena yang sferis.

Interaksi radiasi gamma dengan materi menyebabkan terjadinya efek

fotolistrik, hamburan compton dan produksi pasangan[12]. Pada partikel

polistirena radiasi gamma menyebabkan terjadinya hamburan Compton,

seperti diilustrasikan pada Gambar 3 berikut ini.

Gambar 3. Hamburan compton

Dalam hamburan compton sebagian energi foton yang datang diserap

oleh elektron dan diubah menjadi energi kinetik elektron sehingga foton

hambur berenergi lebih rendah daripada foton datang[10,12].

E=hν

(4)



Dimana E merupakan energi foton datang dan h merupakan tetapan Planck

(6,63×10-34Js). Perubahan panjang gelombang foton dirumuskan[10,12]

∆λ=λ'-λ=hm0c1-cosθ

dengan h adalah konstanta Planck; m0 adalah massa diam elektron; c

adalah kecepatan cahaya dan θ adalah sudut hamburan.

METODE PENELITIAN

1. Lokasi Penelitian

Penelitian akan dilakukan di Laboratorium Masyarakat Nano Indonesia

(MNI) Kawasan Pusat Penelitian Ilmu dan Teknologi Serpong, Laboratorium

Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Serpong,

Laboratorium Iradiasi Batan Pasar Jum’at.

2. Tahap Persiapan

Tahapan awal penelitian ini adalah mencari larutan polistirena komersil.

Larutan tersebut selanjutnya dikarakterisasi dengan menggunakan Particle

Size Analyzer untuk melihat ukuran dan distribusi partikelnya. Setelah

melakukan karakterisasi, selanjutnya larutan tersebut disaring untuk

mendapatkan ukuran partikel yang lebih kecil. Penyaringan dilakukan

menggunakan kolo-kolom penyaring, seperti diilustrasikan pada Gambar 4

berikut ini.

(5)



Gambar 4. Skema filtrasi larutan polistirena komersil

Selanjutnya susunan partikel larutan polistirena tersebut akan diubah

menjadi monodispers dan struktur partikelnya diubah menjadi sferis.

3. Tahap Pembuatan Nano Polistirena Monodispers Sferis

3.1. Sonikasi

Susunan partikel monodispers dapat dihasilkan dengan melakukan

penembakan gelombang ultrasonik pada larutan Polistirena. Gelombang

ultrasonik juga dimanfaatkan untuk memperkecil ukuran partikel. Larutan

polistirena ditembakkan dengan gelombang ultrasonik, seperti diilustrasikan

pada Gambar 5 berikut ini.

Larutan polstirena komersilFilterLarutan polstirena hasil filtrasi



Gambar 5. Metode sonikasi

Gelombang ultrasonik yang dipancarkan dengan frekuensi dan waktu yang

bervariasi. Berdasarkan jurnal Blablabla disebutkan bahwa gelombang

ultrasonik dengan frekuensi 20 kHz dan Intensitas 450 W/m2 dapat

menghancurkan ikatan rantai polimer apabila ditembakkan dalam waktu 50

menit. Gelombang ultrasonik tersebut akan berubah menjadi energi panas

ketika bertumbukan dengan partikel nano polistirena, sehingga partikel-

partikel polistirena tersebut akan pecah dan menjadi seragam

(monodispers) karena adanya panas tersebut. Setelah melakukan sonikasi,

selanjutnya larutan dikarakterisasi kembali menggunakan Particle Size

Analyzer untuk melihat ukuran dan susunan partikelnya. Setelah diperoleh

partikel yang berukuran nano dan monodispers, selanjutnya dilakukan

radiasi gamma untuk mendapatkan struktur partikel yang sferis.



3.2. Radiasi Gamma

Struktur partikel sferis polistirena dapat diperoleh dengan melakukan

radiasi gamma. Radiasi telah banyak digunakan untuk pembuatan beberapa

nano material melalui tumbukan elektron dan aktivasi ion-ionnya. Dalam

proses ini, energi radiasi diendapkan pada bahan melalui proses ionisasi.

Elektron yang dihasilkan dari proses ionisasi kehilangan energi karena

adanya interaksi dengan molekul di sekitarnya, interaksi tersebut akan

menimbulkan energi panas. Energi panas akan menyebabkan kation dan

elektron berjarak nano meter[7]. Dalam penelitian ini radiasi gamma

dimanfaatkan untuk membuat struktur partikel tersebut menjadi sferis

dengan adanya pemanasan lokal yang terjadi. Proses radiasi dilakukan

dengan waktu dan dosis radiasi yang bervariasi. Radiasi gamma yang

dipancarkan divariasikan energi nya sehingga dosis serap yang dihasilkan

akan bervariasi. Energi gamma yang ditembakkan harus lebih besar dari

energi ikat antar partikel polistirena. Menurut W. T. Tan dkk., dalam

jurnalnya disebutkan bahwa proses radiasi gamma dilakukan dengan dosis

0.2-1.5 Mrad dapat mengakibatkan deradasi larutan polistirena[2]. Radiasi

gamma yang menumbuk partikel polistirena akan menimbulkan terjadinya

efek compton. Energi hasil tumbukan tersebut akan berubah menjadi energi

termal (panas) yang akan memecah partikel polistirena sehingga

berstruktur sferis. Setelah selesai tahap pembuatan larutan nano polistirena

monodispers dan sferis, selanjutnya dilakukan karakterisasi untuk

dibandigkan dengan larutan polistirena standar.



4. Tahap Karakterisasi

Tahap karakterisasi dilakukan menggunakan PSA untuk melihat susunan

partikelnya. dan SEM ntuk melihat struktur partikel larutan polistirena.

Larutan polistirena yang akan dikarakterisasi dengan SEM terlebih dulu

dilakukan kristalisasi, dengan melakukan pemanasan pada suhu 72oC. Hasil

karakterisasi tersebut selanjutnya akan dibandingkan dengan larutan

polistirena standar.

Dalam bentuk diagram alir, keseluruhan tahapan proses rencana

penelitian mengenai sintesis nano polistirena monodispers sferis ini

disajikan dalam Gambar 6.



Mulai

Pemilihan

larutanpolistirena

komersil

Karakterisasilarutan polistirenalomersil dengan

PSA

Radiasi gammadengan variasi

energi dan dosis

radiasi

Input: E,D

Karakterisasi

larutan dengan

PSA

Sonikasi denganvariasi waktu dan

frekuensi

gelombang

Output:

susunan

partikelmonodisper

s

Input:

t, f

Karakterisasidengan SEM

Outpu:

struktur partikelsferis

Selesai

Karakterisasidengan PSA

Filtrasi larutan

polistirenakomersil

Karakterisasi PSA

Membandingk

an denganlarutanstandar

polistirena



Gambar 3. Diagram alir sintesis nano polistirena monodispers dan sferis

dengan metode sonikasi dan radiasi gamma

2. Bahan dan Peralatan Penelitian

Berdasar uraian pada Prosedur Penelitian, bahan dan peralatan yang

diperlukan pada Penelitian ini tercantum pada Tabel 1.

Tabel 1. Alat dan Bahan

Bahan Alat

Larutan Polistirena

1. Sumber Radiasi Gamma (Co-60)

2. Sumber gelombang ultrasonik

3. Labu ukur

4. Particle Size Anayzer

5. SEM

6. Kolom penyaring partikel

3. Variabel dan Data Pengukuran

Variabel yang akan diamati pada penelitian ini berupa besaran fisika

frekuensi (f ), rentang waktu (t), energi(E) dan dosis serap(D). Variabel-

variabel ini dicatat sebagai data pengukuran yang direkam pada Tabel 2

dan Tabel 3.

Tabel 2. Data pengukuran waktu dan frekuensi penembakan gelombang ultrasonik

Waktu

(detik)

Frekuensi

(Hz)

Susunan partikel

.

.

.

.

.

.



Tabel 3. Data pengukuran energi dan dosis serap radiasi gamma

Energi

(eV)

Dosis Serap

(Gy)

Susunan partikel Struktur

partikel

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

JADWAL KEGIATAN

Perkiraan jadwal kegiatan penelitian ini dirangkum pada Tabel 3.

Tabel 3. Jadwal kegiatan penelitian Tugas Akhir I Sintesis Nano Polistirena

No. Jenis Kegiatan(Praktis)

Bulan (minggu)

Sept Okt Nov Des Jan

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Studi pustaka,Diskusi

2 Rancanganmetode

3 Persiapan tempat

4 Persiapanperalatan

5 Karakterisasi awal

6 Sintesis material

7 Pengambilandata,karakterisasi

8 PenyusunanLaporan

9 Seminar Hasil

10 Sidang TA



PUSTAKA RUJUKAN

[1] Brandrup J, Immergut EH. Polymer Handbook . Ed Ke-2. New York:J.Wiley. 1975

[2] W.T. Tan, M.M. Radhi, M.Z. Ab Rahman and A.B. Kassim. Synthesis and Characterization of Grafted Polystyrene with Acrylonitrile usingGamma-Irradiation. Journal of Applied Sciences, 10: 139-144. 2010

[3] Troughton, M. . Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide.

[4] Helmiyati, Budianto E, Arinda N. Polimerisasi emulsi etil akrilat:Pengaruh konsentrasi surfaktan, inisiator dan teknik Polimerisasi terhadap distribusi ukuran partikel. MAKARA, SAINS, VOL.

13, NO. 1, APRIL 2009: 59-64. 2009

[5] Hong D, Chang W. Preparation of nano polystyrene beads by microemulsion polymerization. Student Symposium Department of Chemical Engineering and Materials Science. 2007

[6] Wang S, Wang X, Zhang Z. Preparation of polystyrene particles with

narrow particle size distribution by γ-ray initiated miniemulsion polymerization stabilized by polymeric surfactant . Department of Polymer Science and Engineering, University of Science andTechnology of China, Anhui, Hefei 230026, PR China. 2006

[7] International Atomic Energy Agency. Emerging Applications of Radiation

in Nanotechnology . Proceedings of a consultants meeting. IAEA-TECDOC-1438. 2004

[8] NN. Polymer and Plastic Size, Shape, and Stability. England: Horriba.

2000

[9] K. Zhang, J. Park, F. Fang and H. Choi. Sonochemical Preparation of

Polymer Nanocomposites. Department of Polymer Science andEngineering, Inha University, Incheon 402-751, Korea. 2009

[10] Giancolli, D.C. Fisika Edisi 5 . Alih bahasa oleh Dra. Yuhilza Hanum,

M.Eng. Erlangga, Jakarta. 2001

[11] Zemansky, Sears. Fisika untuk Universitas 1. Jakarta. 1962

[12] D. MEISEL, 2007

[13] Akhadi M. Dasar-Dasar Proteksi Radiasi . Jakarta:Rineka Cipta. 1997

Proposal Tugas Akhirkuuuuu

Documents

Transcript of Proposal Tugas Akhirkuuuuu