SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSI ...digilib.unila.ac.id/55599/3/SKRIPSI TANPA BAB...

SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSIKETEBALAN

(Skripsi)

OlehTriaPermata Sari

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG2019


(Skripsi)





(Skripsi)




i

ABSTRAK

SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSI

KETEBALAN

Oleh

TRIA PERMATA SARI

Polietilena (PE) telah banyak digunakan sebagai bahan insulasi kabel tegangan

tinggi karena sifat fisik, kimia, dan listriknya yang luar biasa. Dalam penelitian ini

bubuk amorf nanosilika diekstraksi dari batu apung menggunakan NaOH, H2SO4

dan HCl. PE dan nanosilika dicampur menggunakan mixer pada suhu 95 oC dan

kemudian dibuat lapisan tipis menggunakan barcoater. Presentase berat

nanosilika adalah 5 dan 10% dengan ketebalan masing-masing 6, 12, dan 25 μm.

PE/nanosilika dikarakterisasi melalui spektroskopi Fourier Transform Infra Red

(FTIR) dan pengukuran LCR meter untuk mengetahui respon konduktivitas listrik

dan permitivitas sebagai fungsi frekuensi. Efek ketebalan pada sifat listrik

PE/nanosilika 5 dan 10% untuk nilai konduktivitas listrik pada sampel dengan

ketebalan 25 μm memiliki nilai konduktivitas yang lebih besar. Sedangkan untuk

permitivitas dari kedua sampel dengan variasi filer menunjukkan bahwa semakin

tebal sampel, maka semakin besar nilai permitivitas.

Kata Kunci: komposit, polietilena, nanosilika, barcoater.

ii

ABSTRACT

THE PHYSICAL OF PE/NANOSILICA COMPOSITES AS THICKNESS

FUNCTION

By

TRIA PERMATA SARI

Polyethylene (PE) has been widely used as the insulation material of high voltage

cables because of its outstanding physical, chemical, and electrical properties. In

this research the amorph nanosilica powders were extracted from pumice using

NaOH, H2SO4 and HCl. PE and nanosilica was blended by mixer at temperature

95 OC and then made the film by using barcoater. The weight percentage of

nanosilica was 5 and 10% with thickness of 6, 12 and 25µm respectively. The

PE/nanosilica were characterized via Fourier Transform Infra Red (FTIR)

spectroscopy and LCR measurement to abtain conductivity and permitivity respons

as a function of frequency. The effect thickness on the electrical properties of

PE/nanosilica of 5 and 10 % for conductivity values in samples 25 µm thick has a

greater conductivity value. Whereas for the electric constant of two filer variation

shows that the thicker the sample, the greater the electric constant value. Whereas

for the dielectric constant of two filler variations shows that the ticker the sample,

the greater the electric constant value.

Key words: composite, polyethylene, nanosilica, barcoater

iii

SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKASEBAGAI FUNGSIKETEBALAN

Oleh

TRIA PERMATA SARI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh GelarSARJANA SAINS

Pada

Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2019

iii


Oleh

TRIA PERMATA SARI

Skripsi


Pada



BANDAR LAMPUNG2019

iii


Oleh

TRIA PERMATA SARI

Skripsi


Pada



BANDAR LAMPUNG2019

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kota Bengkulu pada tanggal 14 Januari 1996, sebagai anak

ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan Syahruddin dan Ridah.

Penulis memulai pendidikan pada Taman Kanak-kanak (TK) di TK PT. PN

Bengkulu pada tahun 2002. Kemudian melanjutkan ke Sekolah Dasar Negeri 01

Banyuasin, Sumatra Selatan dan diselesaikan pada tahun 2008. Kemudian

melanjutkan sekolah ke Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 1 Lampung

Selatan dan diselesaikan pada tahun 2011. Lalu melanjutkan Sekolah Menengah

Atas (SMA) di SMA Perintis 2 Bandarlampung pada tahun 2014.

Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam (FMIPA) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan

Tinggi Negeri (SNMPTN) pada tahun 2014. Selama menjadi mahasiswa penulis

pernah menjadi asisten praktikum Sains Dasar Fisika, Fisika Dasar I dan Fisika

Dasar II, dan Fisika Eksperimen. Pada tahun 2017 penulis melaksanakan Praktikum

Kerja Lapangan (PKL) di LIPI Lampung Selatan. Penulis juga ikut serta dalam

Seminar Nasioal Fisika tahun 2015 yang diselenggarakan oleh Universitas

Lampung dengan judul “Perkembangan Teknologi Nuklir”. Dalam bidang

organisasi yang pernah diikuti penulis sebagai anggota Kominfo, sekertaris Bidang

Kaderisasi Himafi FMIPA Unila dan anggota HLPM BEM FMIPA Unila.

viii

PERSEMBAHAN

Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, kupersembahkan karya kecil ini kepada

dan

Ayuk, Kakak serta Adik yang Aku sayangi

Keluarga besar yang selalu memberi dukungan do’a dan semangat

Rekan-rekan seperjuangan FISIKA FMIPA UNILA 2014

Serta Almamater Tercinta

“UNIVERSITAS LAMPUNG”

ix

M O T T O

-W.S. Rendra-

. -Tria P.S.-

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas kasih, sayang

dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian dengan judul

“Sifat Fisis Komposit PE/nanosilika sebagai Fungsi Ketebalan”. Tujuan

penulisan proposal penelitian ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk

melakukan penelitian dan menyusun skripsi serta melatih mahasiswa untuk berfikir

cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam proposal ini. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun penyempurnaan

skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua.

Bandarlampung, 24 Januari 2019

Penulis

xi

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberi hikmat, karunia serta rahmat-Nya sehingga penulis dapat menelesaikan

skripsi yang berjudul “Sifat Fisis Komposit PE/nanosilika sebagai Fungsi

Ketebalan”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak.

Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Prof. Posman Manurung, M.Si. Ph.D. selaku pembimbing pertama yang telah

banyak memberi bimbingan, motivasi, nasihat serta ilmunya.

2. Agus Riyanto, S.Si. M.Sc. selaku pembimbing kedua yang telah memberikan

saran dalam penulisan skripsi ini.

3. Dr. Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. selaku penguji yang telah memberikan

koreksi selama penulisan skripsi.

4. Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. selaku ketua jurusan Fisika FMIPA

Universitas Lampung

5. Prof. Warsito, S.Si., DEA., Ph.D., selaku dekan FMIPA Universitas Lampung

6. Orangtuaku, Papa dan mama yang selalu memberi dukungan doa serta

semangat.

7. Best sister “Mama ita”, My Brada “D. Dirgantara” dan Litt. Brada “Novan”

yang selalu memeberikan dukungan semangat.

xii

8. “Flexible Squad” yang memberikan semangat disela kepenatan penulis.

9. Nola Fricilia sebagai tim seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini yang

tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Semoga Tuhan selalu membalas dengan hal yang lebih baik.

Bandar Lampung, 24 Januari 2019

Tria Permata Sari

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ..................................................................................................... i

ABSTRACK .................................................................................................. ii

HALAMAN JUDUL ..................................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... v

PERNYATAAN ............................................................................................. vi

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii

PERSEMBAHAN .......................................................................................... viii

MOTTO ......................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ................................................................................... x

SANWACANA ............................................................................................. xi

DAFTAR ISI ................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xv

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvii

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 5

1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................. 5

1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 5

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................ 6

xiv

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Polietilena ......................................................................................... 7

2.2 Silika Dioksida (SiO2) ...................................................................... 9

2.3 Nanosilika ......................................................................................... 11

2.4 PE/Nanosilika ................................................................................... 12

2.5 Material Dielektrik............................................................................ 14

2.6 Konstanta Dielektrik ......................................................................... 15

2.7 Pengaruh Nilai Frekuensi ................................................................. 18

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................... 20

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................ 20

3.3 Prosedur Penelitian ........................................................................... 20

3.4 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 26

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Analisis FTIR .......................................................................... 31

4.2 Hasil Analisis LCR meter ................................................................ 43

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 52

5.2 Saran ................................................................................................ 53

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Polimerisasi etilena menjadi polietilena .......................................... 7

Gambar 2.2. Polietilena ........................................................................................ 8

Gambar 2.3. Struktur lokal silika dioksida ........................................................ 11

Gambar 2.4. Polimer dengan penambahan nanosilika ....................................... 13

Gambar 3.1. Skematik prinsip kerja FTIR ......................................................... 22

Gambar 3.2. LCR meter ..................................................................................... 26

Gambar 3.3. Diagram alir penelitian .................................................................. 27

Gambar 4.1. Hasil TEM nanosilika.................................................................... 29

Gambar 4.2. Sampel komposit PE/Nanosilika ................................................... 31

Gambar 4.3. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt%

ketebalan 6 µm ............................................................................... 32


ketebalan 12 µm ............................................................................. 33


ketebalan 25 µm ............................................................................. 35

Gambar 4.6. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt% ......... 37


ketebalan 6 µm ............................................................................... 38


ketebalan 12 µm ............................................................................. 39

xvi


ketebalan 25 µm ............................................................................. 41

Gambar 4.10. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 10 wt% ..... 43

Gambar 4.11. Grafik konduktivitas PE/nanosilika 5 wt% .................................. 44

Gambar 4.12. Grafik konduktivitas PE/nanosilika 10 wt% ................................ 45

Gambar 4.13. Grafik permitivitas relatif PE/nanosilika 5 wt% .......................... 47

Gambar 4.14. Grafik permitivitas relatif PE/nanosilika 10 wt% ........................ 48

Gambar 4.15. Grafik tan δ sampel PE/nanosilika 5 wt% .................................... 49

Gambar 4.16. Grafik tan δ sampel PE/nanosilika 10 wt% .................................. 50

xvii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sifat polietilena berdasakan jenisnya ………………………….................8

Tabel 2.2. Karakteristik silika amorf ………………………………..........................10

Tabel 2.3. Nilai konstanta dielektrik………………………………............................17

Tabel 3.1. Pengambilan data ………………………………………………………... 21

Tabel 4.1. Ketebalan sampel kadar silika 5 wt%………………………………….. 30

Tabel 4.2. Ketebalan sampel kadar silika 10 wt%……………………….………... 30

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Polietilena (PE) adalah salah satu jenis polimer yang paling banyak digunakan

dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contohnya digunakan sebagai bahan

isolasi kabel tegangan tinggi karena sifat fisik, kimia, dan elektrikalnya yang luar

biasa (Liu et al., 2017). PE memiliki sifat mekanik dan dielektrik yang baik

seperti sifat permitivitas yang relatif rendah, kehilangan dielektrik yang rendah,

dan kekuatan tembus dielektrik yang tinggi (Zazoum et al., 2013). PE juga

memegang posisi penting dalam bahan pembentuk lapisan tipis karena

kemampuan prosesnya yang mudah, fleksibilitas tinggi, ketangguhan dampak,

tahan terhadap kelembaban tinggi dan biaya produksinya murah. Selain itu, PE

merupakan polimer dengan suhu transisi gelas yang rendah yaitu 195oC (Karelson

et al., 1987) dan dapat berfungsi sebagai pemodifikasi yang baik (Kollar dan

Zsoldos, 2012).

Nanokomposit merupakan polimer yang mulai dikembangkan, terutama terkait

dengan perbaikan dalam sifat mekanik, termal, dan elektrik dari suatu material

(Yuniari, 2014). Hasil penelitian menyimpulkan bahwa penambahan berbagai

aditif ke dalam polimer poly vinyl chloride (PVC) memberikan pengaruh besar

pada sifat fisik yaitu berat jenis untuk sampel senyawa (Unar et al., 2010).

2

Ikatan antar partikel yang terjadi pada material nanokomposit akan berperan

dalam meningkatkan sifat dari suatu material. Peningkatan sifat fisik bahan

polimer dapat dikaitkan dengan ukuran partikel pengisi. Bahan pengisi umumnya

mempunyai peranan penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari berbagai bahan

polimer. Dengan menambahkan pengisi dapat meningkatkan sifat mekanik,

elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari polimer serta mengurangi

biaya produksi (Frida et al., 2014). Perilaku pengisian ruang dapat dilakukan

dengan penambahan nanopartikel. Penambahan nanopartikel polietilen/anorganik

nanokomposit dianggap sebagai salah satu kandidat yang menjanjikan untuk kabel

arus searah tegangan tinggi di masa depan. Partikel dengan ukuran yang lebih

kecil (nanosize) memiliki proses penyisipan partikel yang lebih cepat dan merata

sehingga struktur partikel menjadi lebih solid, luas permukaan interaksi menjadi

lebih besar dan partikel-partikel yang berinteraksipun bertambah (Fu et al., 2008).

Semakin banyak partikel yang berinteraksi, semakin kuat pula material. Inilah

yang membuat ikatan antar partikel semakin kuat sehingga sifat mekanik material

bertambah (Hardiyawarman et al., 2008).

Fiber glass, mika, talk, SiO2, CaCO3, kaolin, serat alam serta serat gelas

merupakan bahan-bahan pengisi yang sering digunakan untuk meningkatkan sifat-

sifat mekanik (Arjana dan George, 2012). Berbagai jenis nanomaterial, silika

dioksida (SiO2) atau nanosilika merupakan salah satu bahan yang sedang

dikembangkan sebagai bahan pengisi. Salah satu pemanfaatan serbuk silika yang

cukup luas yaitu sebagai penyerap kadar air di udara dan sebagai bahan campuran

untuk membuat keramik seni (Sitorus, 2009). Silika bersifat keras dan tidak

menghantar listrik, tetapi bila dicampur sedikit dengan unsur lain, seperti

3

alumunium (Al) atau boron (B), silikon bersifat semikonduktor (sedikit

menghantar listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik, seperti

kalkulator dan komputer (Syukri, 1999). Ini yang menyebabkan silika menjadi

bahan yang sangat penting dalam dunia modern. Dengan sifat mekaniknya yang

sangat kuat, kehadiran nanosilika juga berpengaruh dalam meningkatkan

kekakuan dan kekuatan rantai-rantai polimer (Marlina et al., 2012).

Pada penelitian Liu et al. (2017) pengisian nanopartikel dapat mengubah perilaku

kristalinitas polietilena berkerapatan rendah (LDPE) dengan pengisi TiO2.

Nanopartikel TiO memainkan peran penting antara rantai molekul LDPE,

meningkatkan kepadatan struktur kristal dan mengurangi difusi oksigen menjadi

bahan untuk dipecah stuktur molekulnya. Penelitian Sukron et al. (2015) silika

yang dicampurkan dengan polimer berjenis polyvinilidene fluoride (PVDF) akan

memiliki sifat dielektrik yang diuji dengan menggunakan induktansi, kapasitansi,

dan resistansi (LCR) meter. Hasil menunjukkan bahwa nilai dielektrik dengan

penambahan silika akan menurun seiring meningkatnya frekuensi.

Pada penelitian yang dilakukan Novitasari et al. (2015) lapisan tipis seng

sulfoftalosianin (ZnPcSn) nilai konduktivitas yang meningkat akan menghasilkan

nilai resitansi yang rendah. Lapisan tipis yang digunakan sebagai prototipe

detektor ozon yang dipengaruhi dengan ketebalan ini memperoleh nilai resistansi

yang berbeda-beda. Semakin tebal lapisan tipis ZnPcSn, maka akan semakin

rendah nilai resistansi yang didapat begitu pula sebaliknya. Semakin tebal suatu

lapisan juga menyebabkan ukuran kristal lapisan tipis ZnO samakin besar, sifat

hidrofobik dan hidofilik yang semakin besar (Arista, 2015).

4

Kebutuhan akan material yang berkarakter kuat atau bahkan superkuat semakin

dibutuhkan saat ini. Besi dan baja adalah salah satu material kuat yang banyak

digunakan oleh manusia. Namun, penggunaan besi dan baja memiliki kelemahan

diantaranya, memiliki massa yang berat dan mudah berkarat (Hardiyawarman et

al., 2008). Untuk itu pemanfaatan material komposit sangat mendukung. Selain

bahan dasar terbarukan, material komposit juga lebih ringan dan tidak berkarat.

Material superkuat dapat dibuat dengan mencampurkan polietilena dengan

nanopartikel SiO2. Keberadaan polimer sebagai campuran nanopartikel dan

kristalinitas nanopartikel yang tinggi (dalam bentuk padatan) membentuk polimer-

nanokomposit yang menghasilkan kombinasi kekuatan, fleksibilitas dan kekakuan

yang lebih baik dibandingkan material superkuat yang ada saat ini.

Pembuatan material superkuat berbasis nanotekonologi mempunyai beberapa

keuntungan jika dibandingkan dengan material superkuat yang dibuat secara

konvensional. Keuntungan tersebut antara lain: kuat, transparan (terhadap cahaya

tampak), ringan (jika dibandingkan dengan kaca), murah, proses produksi yang

sederhana dan dapat diproduksi secara masal. Disamping itu, bahan dasar

pembuatan material superkuat polimer-nanokomposit mudah didapatkan. Oleh

karena itu, penelitian ini dilakukan untuk melihat pengaruh penambahan

nanopartikel SiO2 dengan pengaruh efek ketebalan terhadap rantai molekul

polietilena terhadap sifat fisis komposit PE/nanosilika.

5

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan masalah yang telah dikemukakan, dibuat rumusan

masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit

PE/nanosilika?

2. Bagaimana pengaruh efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,

konstanta dielektrik dan kerugian dielektrik material komposit PE/nanosilika?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit

PE/nanosilika.

2. Mengetahui pengaruh efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,

konstanta dielektrik dan kerugian dielektrik material komposit PE/nanosilika.

1.4 Batasan Masalah

Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian dan pengamatan dengan penekanan

kepada:

1. Bahan yang dignakan dalam penelitian ini adalah bubuk polietilena dengan

kemurnian 99% dari Merck.

2. Bubuk nanosilika dengan ukuran 20 nm.

3. Proses sintesis sampel dilakukan dengan menggunakan metode pencampuran

sederhana.

6

4. Variasi wt% nanosilika 5 wt% dan 10 wt%.

5. Sampel PE/nanosilika dicetak menggunakan bar coater berdiamter 6, 12, dan

25 µm.

6. Analisi data dilakukan dengan karakterisasi FTIR, dan LCR meter.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapat melalui penelitian ini adalah seabgai berikut:

1. Dapat mengetahui efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit

PE/nanosilika.

2. Mendapatkan informasi efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,

konstanta dielektrik dan kerugian dieletrik material komposit PE/nanosilika.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Polietilena

Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer. Di industri

polietilena disingkat dengan PE yaitu hasil polimerisasi dari molekul etilena C2H4

dengan rantai CH2 = CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda. Polietilena

tergolong dalam polimer sintetik selain dakron, nilon, poliuretan dan lain

sebagainya. Polietilena termasuk polimer temoplastik yang mempunyai sifat

fleksibel, dapat melunak bila dipanaskan dan kaku (mengeras) jika didinginkan

(Billmeyer,1984). Struktur ikatan yang terbentuk pada polietilena dapat dilihat

pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Polimerisasi etilena menjadi polietilena (Smith, 1996).

Polietilena dimanfaatkan dalam lembaran dan film, botol cetak-tiup, mainan dan

perabotan dapur dengan cetak-injeksi, pembungkus kawat, dan dan kabel. Pada

tingkat komersil, polietilena berdensitas menengah dan tinggi, titik lelehnya

8

Berkisar 120oC hingga 135oC. Titik leleh polietilena berdensitas rendah berkisar

105oC hingga 115oC. Terdapat berbagai jenis polietilena yang berdasarkan

kepadatan dan percabangan molekul. Sifat mekanis dari polietilena bergantung

pada tipe percabangan, struktur kristal dan berat molekulnya. Secara fisik

polietilena ditunjukkan seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Polietilena.

Polietilena dapat digolongkan menjadi tiga jenis. Berdasarkan densitasnya serta

masing-masing dari sifatnya dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat polietilena berdasarkan jenisnya (Smith, 1996).

Pada Tabel 2.1 Masing-masing polietilena memiliki nilai densitas, kekuatan tarik,

kuat uluran dan kristalinitas yang berbeda. Pada polietilen densitas rendah tidak

memiliki sifat kristalinitas dibandingkan dengan polietilena densitas redah dan

polietilena tinggi yaitu berturut-turut 65% dan 95%.

Sifat

Polietilena

Densitas rendah

Polietilena

Densitas sedang

Polietilena

Densitas tinggi

Densitas (g/cm3) 0,92 - 0,93 0,922 – 0,926 0,95 – 0,96

Kekuatan tarik (MPa) 6,2 – 17,3 12,4 – 20 2,0 – 39,3

Kuat uluran (%) 550 - 600 600 – 800 20 – 120

Kristalinitas (%) 65 … 95

9

Polietilena linear memiliki struktur yang lebih kristalin, densitas yang lebih tinggi,

dan kekuatan tarik serta kekerasan yang lebih tinggi, dibandingkan dengan

polimer yang bercabang. Material ini digunakan dalam wadah berdinding tipis

seperti yang digunakan untuk wadah pemutih cucian dan detergen; dalam perabot

dapur sepeti mangkok, wadah penyimpanan di kulkas, dan mainan anak; dalam

pipa plastik terekstrusi dan pipa untuk disusupi kabel (Hart et al., 2003).

2.2 Silika Dioksida (SiO2)

Silika adalah senyawa hasil polimerisasi asam silikat yang tersusun dari rantai

satuan SiO4 tetrahedral dengan formula umum SiO2. Di alam senyawa silika

ditemukan dalam beberapa bahan alam seperti, pasir, kuarsa, gelas, dan

sebagainya. Silika sebagai senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin,

sedangkan sebagai senyawa sintetis adalah amorph (Sulastri et al., 2010).

Silika merupakan suatu komponen utama dari kaca, semen, keramik dan

perangkat semikonduktor. Silika murni berwujud padat seperti logam dengan titik

lebur yang mencapai 1410oC. Silika di kulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk

silikat, yaitu senyawa silikon dengan oksigen. Unsur ini terbuat dari silikon

dioksida yang terdapat dalam pasir melalui reaksi:

SiO2 (s) + 2C (s) Si (s) + 2CO (g) (1)

Silika dioksida atau biasa juga disebut silika pada umumnya ditemukan di alam

dalam batu pasir, pasir silika atau kuarsit. Keberadaanya bisa dalam bentuk amorf

dan kristal. Terdapat tiga bentuk kristal silika, yaitu quartz, tridymite, cristobalite,

10

dan terdapat dua kristal yang merupakan perpaduan dari bentuk kristal tersebut.

Perbedaan bentuk kristal pada silika juga memperlihatkan perbedaan pada sifat-

sifat silika itu sendiri. Bentuk-bentuk kristal tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Karakteristik silika amorf (Smallman dan Bishop, 2000).

Nama lain Silikon Dioksida

Rumus molekul SiO2

Berat jenis (g/cm3 ) 2,6

Bentuk Padat

Daya larut dalam air Tidak larut

Titik cair (°C ) 1610

Titik didih (°C) 2230

Kekerasan (Kg/mm2 ) 650

Kekuatan tekuk (MPa) 70

Kekuatan tarik (MPa) 110

Modulus elastisitas (Gpa) 73 - 75

Resistivitas (Ώm) >1014

Koordinasi geometri

Tetrahedral struktur kristal kristobalit, tridimit, kuarsa

Silika murni berstruktur seperti intan (tetrahedral) sehingga sangat keras dan tidak

menghantar listrik, tetapi bila dicampur sedikit dengan unsur lain, seperti

alumunium (Al) atau boron (B), silika bersifat semikonduktor (sedikit menghantar

listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik, seperti kalkulator

dan komputer. Itulah sebabnya silika merupakan bahan sangat penting dalam

dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silika yang kemurniannya yang sangat tinggi

dan dapat dihasilkan dengan reaksi:

SiCl4 (g) + 2H2 (g) Si (g) + 4HCl (g) (2)

Silika dioksida terbentuk melalui ikatan kovalen yang kuat, serta memiliki

struktur lokal yang jelas. Empat atom oksigen terikat pada posisi sudut tetrahedral

11

di sekitar atom pusat yaitu atom silika. Gambar 2.3 memperlihatkan struktur silika

tetrahedral.

Gambar 2.3 Struktur lokal silika dioksida (Dobkin, 1992).

Silika sangat cenderung bersenyawa dengan oksigen membentuk ikatan yang kuat

dan stabil. Kenyataannya, senyawa silika di alam berupa oksida dalam berbagai

mineral. Silika yang merupakan unsur elektronegatif, tetapi tidak dapat

membentuk ikatan π (ikatan rangkap) baik sesamanya maupun dengan atom

oksigen. Akibatnya satu atom silika harus berikatan tunggal dengan empat atom

oksigen. Satu atom oksigen harus menerima dua elektron untuk berpasangan, satu

dengan silika dan satu lagi dengan yang lain, missal H, atau menerima elektron

bebas sehingga membentuk ion negatif (Syukri, 1999).

2.3 Nanosilika

Nanopartikel silika merupakan silika yang dibuat dalam skala nanometer (10-9 m)

yang saat ini penggunaannya pada bidang industri semakin meningkat. Kondisi

ukuran partikel bahan baku yang diperkecil membuat produk memiliki sifat

berbeda yang dapat meningkatkan kualitas. Pemanfaatan silika yang paling

banyak digunakan dan komersial adalah sebagai bahan utama industri gelas dan

kaca serta sebagai bahan baku pembuatan sel surya. Silika digunakan sebagai

12

filler dalam pembuatan produk karet ban kendaraan untuk meningkatkan kinerja

ban pada kondisi basah dan menambah keawetan ban serta mengurangi dampak

gesekan antara jalan dengan permukaan ban (Siswanto, et al., 2012).

Nanopartikel silika mewakili salah satu dari nanomaterial yang tersebar luas

dalam penggunaannya karena beberapa kekhasan yang mereka miliki,

diantaranya: (1) mudah dalam preparasi melalui reaksi hidrolisis-kondensasi dari

2 prekursor yang relatif murah seperti tetraethyl orthosilicate (TEOS) dengan

menggunakan katalis asam atau basa, (2) memungkinkan dimodifikasi permukaan

dengan variasi senyawa organosilikon, (3) biokompetibel tanpa menunjukkan

adanya gejala keracunan (Jung et al, 2012).

Ketika silika dalam ukuran dan fraksi yang jauh kecil dibandingkan ukuran dan

fraksi material yang lainnya berpengaruh meningkatnya kekuatan dan kekuatan

rantai-rantai polimer. Bahkan dengan ukuran yang lebih kecil (nanosize) proses

penyusunan partikel-partikel akan lebih cepat dan merata sehingga struktur

partikel menjadi lebih solid, luas permukaan interaksi menjadi lebih besar dan

partikel yang yang berinteraksipun bertambah (Marlina, et al., 2012).

2.4 PE/Nanosilika

Partikel dengan ukuran antara 1 sampai dengan 100 nm disebut nanopartikel.

Nanopartikel yang didispersi ke dalam polimer matriks menghasilkan sifat-sifat

yang menarik. Permukaan nanopartikel yang sangat luas berinteraksi dengan

rantai polimer sehingga mampu mereduksi mobilitas rantai polimer. Interaksi ini

meningkatkan kekuatan mekanik komposisit tersebut jauh di atas kekuatan

13

polimer itu sendiri. Hasil yang bisa dicapai adalah material yang ringan dengan

kekuatan tinggi. Perbedaan polimer murni dan polimer dengan penambahan

nanopartikel ditunjukan seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Polimer dengan penambahan nanosilika (Hassanajili et al., 2014).

Bahan pengisi mempunyai peranan penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari

berbagai polimer sebagai contoh, dengan cara menambahkan pengisi akan

meningkatkan sifat mekanik, elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari

polimer, dan juga mengurangi biaya produksi (Frida, et al., 2014). Bahan-bahan

pengisi yang sering digunakan adalah fiber glass, mika, talk, SiO2, CaCO3, kaolin

dan serat alam lainnya yang membentuk mikro komposit dengan peningkatkan

sifat-sifat mekanik (Anjana dan George, 2012). Selain itu, pencampuran antara

polimer dengan nano material SiO2 dapat menambah kristalinitas namun hanya

sampai pada jumlah tertentu. Jika dilakukan penambahan terlalu banyak akan

membuat polimer atau material menjadi ketas (mudah pecah).

PE yang dicampurkan dengan nanosilika dapat dibentuk menjadi sampel yang

memiliki ketebalan tidak lebih dari 0,01 inchi atau 250 mikron yang biasa disebut

14

dengan lapisan tipis (Pudjiastuti et al., 2012). Lapisan tipis nanosilika yang tumbuh

pada wafer silicon melalui metode oksidasi termal bias sangat bermanfaat dalam

mikroelektronik, dimana mereka bertindak sebagai isolator listrik dengan stabilitas

kimia yang tinggi. Dalam aplikasi listrik, dapat melindungi silikon dan bahkan

bertindak sebagai jalur terkontrol untuk membatasi aliran arus. Penelitian Tomara et

al. (2015). juga menunjukkan bahwa respon dielektrik nanokomposit lebih

signifikan dibandingkan dengan mikrokomposit.

Lapisan tipis SiO2 adalah salah satu sampel lapisan indeks rendah yang penting dan

biasa digunakan dalam bidang lapisan tipis optik. Lapisan dengan penyerapan

rendah, struktur amorf dan termal tinggi (Liu et al., 2018). Lapisan tipis SiO2 dibuat

dengan oksidasi termal, termal penguapan, deposisi dibantu ion, sputtering ion

balok, magnetron sputtering, deposisi uao kimia yang disempurnakan plasma, sol-

gel dan deposisi laser berdenyut (Alvisi et al., 1999).

2.5 Material Dielektrik

Bahan dielektrik ideal adalah bahan yang tidak memiliki muatan bebas. Medan

listrik menimbulkan gaya pada setiap partikel bermuatan. Dielektrik merupakan

isolator, bersifat inert (lembam) dalam medan listrik dan memiliki kekuatan

dielektrik (Umiati, 2009). Material-material dielektrik memisahkan dua konduktor

listrik tanpa aliran arus. Keramik dan polimer digolongkan ke dalam kategori

material dielektrik. Dalam keadaan yang paling sederhana, dielektrik merupakan

isolator. Sifat utama yang harus dimiliki suatu isolator adalah “kekuatan

dielektrik” yang merupakan nilai gradien potensial.

15

Material-material dieletrik tidak menghantar arus listrik. Namun demikian,

material tersebut tidak sepenuhnya inert terhadap medan listrik. Pada polimer,

polietilena yang memiliki resistivitas 1013 – 1016 Ώ.m memiliki kekuatan dieletrik

sebesar 20.000 V/mm (Vlack, 2004). Konstanta dielektrik dari polimer berasal

dari polarisasi elektronik dan orientasi molekuler.

Banyak material dielektrik dapat mentolelir medan listrik yang lebih kuat tanpa

kerusakan lebih dari pada yang dapat ditolelir udara. Sifat dielektrik dapat

diperhatikan dalam semua fase material, yaitu padat, cair, gas dan plasma.

Interaksi molekul dalam material pada level mikroskopis disebabkan adanya kuat

medan listrik luar. Pertambahan medan listrik melalui interaksi muatan-muatan

listrik pada medium dikenal dengan hukum Coulomb (Neelakanta, 1995).

Sifat dielektrik suatu medium dielektrik ditentukan oleh konstanta dielektrik atau

permitivitas dielektrik dari suatu medium (Efendi et al., 2007). Pada saat bahan

isolasi diberi tegangan bolak balik maka terdapat energi yang diserap oleh bahan

tersebut. Akibatnya terdapat faktor kapasitif. Besarnya kerugian yang diserap

bahan isolasi tersebut berbanding lurus dengan tegangan (volt), frekuensi (hertz),

kapasitansi (farad) dan sudut kerugian dielektrik .

2.6 Konstanta Dielektrik

Sifat listrik setiap bahan memiliki nilai yang khas dan besarnya ditentukan oleh

kondisi internal dari bahan tersebut, seperti komposisi bahan, kandungan air,

ikatan molekul dan kondisi internal lainnya. Pengukuran sifat listrik dapat

dimanfaatkan untuk mengetahui suatu keadaan dan kondisi bahan, menentukan

16

kualitas bahan, proses pengeringan, serta pengukuran kadar air secara non

destruktif (Juansyah dan Irmansyah, 2007). Salah satu sifat kelistrikan yang dapat

ditentukan yaitu sifat dielektriknya. Pengukuran dielektrik dapat diketahui dengan

menghitung nilai konstanta dielektrik. Pengukuran konstanta dielektrik disertakan

dengan perubahan nilai frekuensi yang diberikan.

Konstanta dielektrik menunjukkan tingkat kemampuan pengutuban molekul pada

bahan. Konstanta dielektrik juga melambangkan rapatnya fluks elektrostatik

dalam sebuah bahan bila diberi sebuah potensial listrik. Frekuensi tinggi yang

diberikan pada bahan dielektrik akan mengakibatkan nilai konstanta dielektrik

yang dihasilkan semakin kecil karena energi listrik yang tersimpan pada bahan

semakin kecil (Hayt, et al., 2006).

Karakterisasi sifat listrik meliputi konduktivitas (σ) yang dapat dihitung

menggunakan Persamaan 5. Selain itu juga kita dapat menghitung nilia konstanta

dielektrik atau permitivitas relatif riil (εr) dan faktor rugi dielektrik (tan δ)

(Riyanto, dkk., 2017). Untuk menghitung nilai konstanta dielektrik dinyatakan

dengan Persamaan 6 (Tripathi et al., 2015).

σ = 𝐺 𝑙

𝐴 (5)

εr = 𝐶

εo

𝑑

𝐴 (6)

Dengan G merupakan nilai konduktansi sampel (S), l adalah nilai ketebalan

sampel (cm), C adalah kapasitansi sampel (F), εo permitivitas vakum (8,854.10-12

F/m), d ketebalan sampel (m) dan A luas permukaan sampel (cm2).

17

Untuk mencari nilai permitivitas bagian imajiner ( εr” ) dapat dihitung

menggunakan Persamaan 7 dengan menggunakan nilai frekuensi sudut seperti

pada Persamaan 8.

tan δ = 𝜀𝑟"

𝜀𝑟 (7)

ω = 2лf (8)

εr’’

ialah permitivitas relatif bagian imajiner (F/m). ω adalah frekuensi sudut

(rad/s) dan f ialah frekuensi linier (Hz). Setiap bahan memiliki nilai konstanta

dielektrik yang berbeda-beda. Konstanta dielektrik beberapa bahan ditunjukkan

dalam Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Nilai konstanta dielektrik berbagai bahan (Young & Freedman, 2000).

Material K

Ruang hampa 1

Udara (1 atm) 1,00059

Udara (100 atm) 1,0548

Teflon 2,1

Polietilena 2,25

Benzena 2,28

Mika 3-6

Mylar 3,1

Polivinil 3,18

Pleksiglas 3,14

Kaca 5-10

Neoprena 6,70

Germanium 16

Gliserin 42,5

Air 80,4

Strontium 310

Karet 2-3,5

Kertas 3,5

18

2.7 Pengaruh Nilai Frekuensi

Pemilihan frekuensi dalam pengukuran harus mencerminkan penggunaan dari

komponen, karena reaktansi merupakan fungsi dari frekuensi tersebut. Inductance,

capacitance, dan resistance (LCR) meter menggunakan sinyal AC dapat

digunakan untuk mengukur impedansi dari komponen. Pegangan LCR

meter biasanya memiliki uji frekuensi dari 100 Hz, 120 Hz, 1kHz, 10kHz, dan

100kHz. Besarnya nilai frekuensi yang diberikan mempengaruhi nilai impedansi

dan kapasitansi (Sucipto et al., 2016); permitivitas (Liu et al., 2017); serta

konduktivitas listrik sampel dan konstanta dielektrik (Riyanto et al., 2017).

Kemampuan polarisasi bahan dielektrik berubah sesuai frekuensi mengakibatkan

variasi nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik. Pada frekuensi rendah, nilai

kapasitansi tinggi karena penyearahan dipol bahan dielektrik tidak terpengaruh

seperti pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi, nilai kapasitansi dan

konstanta dielektrik rendah karena dipol-dipol tidak dapat mempertahankan

penyerahannya pada arus bolak-balik (Rajib et al., 2014). Menurut penelitian

Sucipto et al. (2016) frekuensi sangat mempengaruhi nilai kapasitansi pada tebu.

Semakin besar frekuensi yang diberikan, maka semakin kecil kapasitansi. Begitu

pula pada nilai impedansi yang diperoleh pada tebu seiring bertambahnya

frekuensi, maka nilai impedansi akan menurun. Penurunan drastis pada frekuensi

100-1000 Hz dan mulai berkurang pada rentang frekuensi >1000 Hz. Pada

frekuensi tersebut penyearahan momen dipol sudah tidak terjadi transmisi energi

lebih banyak pada frekuensi tinggi (Robby, 2013).

http://www.tridinamika.com/product-category/products/electronic-measuring/lcr-meter/

19

Nilai konduktivitas listrik pada sampel aluminosilikat geopolimer yang

mengandung senyawa penyusun berupa SiO2 sebanyak 60,72% pada rentang

frekuensi 42-5 x 106 Hz meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi. Hal

ini menunjukkan bahwa sampel tersebut berada pada wilayah semikonduktor.

Sedangkan pada hasil pengukuran konstanta dielektriknya, pada frekuensi rendah

(42-104 Hz) sampel tersebut memiliki konstanta dielektrik yang besar dan pada

frekuensi tinggi (104 – 5 x 106 Hz) memiliki nilai yang kecil (Riyanto et al.,

2017). Nilai konstanta dielektrik semakin menurun seiring dengan peningkatan

frekuensi karena polarisasi semakin menurun pada frekuensi tinggi (Khan et al.,

2016). Sedangkan pada penelitian Liu et al. (2017) diperoleh nilai permitivitas

yang semakin turun seiring dengan nilai frekuensi yang terus naik pada sampel

polimer/nanokomposit TiO2.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan April 2018 sampai Mei 2018 di

Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung. Karakterisasi sampel

dilaksanakan di Jurusan Fisika Universitas Negeri Padang (UNP), Padang dan

Balai Tenaga Nuklir (BATAN), Serpong.

3.2 Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah neraca digital, gelas ukur,

gelas beker, spatula, hotplate stirer, oven dan batang pelapis (bar coater).

Sementara bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah nanosilika

dioksida dan polietilena 99% dari Merck. Karakterisasi dilakukan menggunakan

alat FTIR dan LCR meter.

3.3 Prosedur Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian terdiri atas beberapa tahap

antara lain preparasi sampel dan uji karkterisasi sampel menggunakan FTIR dan

LCR meter. Karakterisasi FTIR dilakukan di Laboratorium Kimia Instrumen

21

FMIPA Universitas Padang dengan alat FTIR dan pengujian sifat listrik

dilakukan di Laboratorium Balai Tenaga Nuklir (BATAN) Serpong dengan

menggunakan alat LCR meter tipe HIOKI 3522-50 dengan parameter fekuensi 0,1

Hz – 100 KHz pada tegangan potensial V= 1,5 Volt dengan temperatur ruang.

3.3.1 Preparasi Sampel

Pembuatan material komposit dilakukan dengan menggunakan metode

pencampuran sederhana. Serbuk silika dioksida yang berukuran nanometer

dicampurkan dengan polietilena. Langkah pertama yang dilakukan adalah

melelehkan polietilena dengan cara dipanaskan menggunakan hotplate stirer pada

suhu 95oC selama 5 menit. Kemudian mencampurkan nanopartikel SiO2 dengan

variasi % berat 5 wt% dan 10 wt% dengan polietilena yang sudah dilelehkan.

Kedua campuran tersebut diaduk dengan mixer sampai homogen. Setelah

tercampur, sampel PE/Nanosilika dibuat dengan tiga variasi ketebalan

menggunakan batang pelapis (bar coater) masing-masing berketebalan 6, 12, dan

25 µm. Variasi dari % berat dan ketebalan dari keenam sampel dapat dilihat pada

Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Pengambilan data

Nama Sampel PE/nanosilika % wt Ketebalan (µm)

PE56 5 % wt 6

PE512 12

PE525 25

PE106 10 %wt 6

PE1012 12

PE1025 25

Sampel film yang terbentuk kemudian didiamkan pada suhu ruang setelah dicetak

dan siapkan untuk di karakterisasi.

22

3.3.2 Karakterisasi

Karakterisasi merupakan tahap yang digunakan untuk mengetahui sifat fisik dan

kimia dari sampel hasil preparasi. Data hasil karakterisasi ini akan menjadi

parameter keberhasilan dari tujuan penelitian ini.

3.3.2.1 Karakterisasi FT-IR

FT-IR digunakan untuk mengetahui jenis-jenis vibrasi antar atom,

menganalisa senyawa organik dan anorganik, serta menganalisa kualitatif dan

kuantitatif dengan melihat kekuatan absorpsi senyawa pada panjang

gelombang tertentu. FTIR menggunakan sinar infra merah sebagai media

untuk menganalisa jenis zat yang terkandung pada suatu sampel (Hidryawati

dan Alimuddin, 2010). Skematik prinsip kerja FTIR ditunjukkan pada

Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Skematik prinsip kerja FTIR (Wiley, 2010).

Lampu detektor

sampel

Monitor pemindah Sumber cahaya

Pemecah sinar

Cermin tetap

Celah

23

FT-IR merupakan salah satu instrumen yang menggunakan prinsip

spektroskopi. Spektroskopi adalah spektroskopi inframerah yang dilengkapi

dengan transformasi fourier untuk deteksi dan analisis hasil spektrumnya

(Anam. 2007). Spektroskopi inframerah berguna untuk identifikasi senyawa

organik karena spektrumnya yang sangat kompleks yang terdiri dari banyak

puncak-puncak. Selain itu, masing-masing kelompok fungsional menyerap

sinar inframerah pada frekuensi yang unik. Spektrum inframerah yang

dihasilkan dari pentrasmisian cahaya akan melewati sampel, pengukuran

intensitas cahaya dengan detektor dan dibandingkan dengan intensitas tanpa

sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrum inframerah yang

diperoleh kemudian diplot sebagai intensitas fungsi energi, panjang

gelombang (µm) atau bilangan gelombang (cm-1) (Marcott ,1986).

Karakerisasi menggunakan FT-IR dapat dilakukan dengan menganalisis

spektra yang dihasilkan sesuai dengan puncak-puncak yang dibentuk oleh

suatu gugus fungsi, karena senyawa tersebut dapat menyerap radiasi

elektromagnetik pada daerah inframerah dengan panjang gelombang antara

0.78 – 1000 µm. Secara umum, langkah-langkah pengkarakterisasian sampel

padat menggunakan FTIR dapat dilakukan sebagai berikut:

a. Memasang alat DRS-8000A dengan benar.

b. Uji BKG menggunakan KBr dengan menggerus sepotong kecil

bongkahan KBr.

c. Memasukan serbuk KBr ke dalam lubang silinder yang terdapat pada

bagian tengah wadah berbentuk mur. Kemudian menempatkan wadah

24

tersebut pada alat DRS dan memposisikan agar sinar IR tepat mengenai

bagian tengah wadah.

d. Melakukan pengoperasian pada komputer.

e. Menguji sampel dengan mencampurkan serbuk sampel dan KBr.

Memasukan kedalam wadah. Jumlah sampel sekitar 5%-10%

dibandingkan jumlah KBr.

f. Kembali melakukan pengoperasian pada komputer.

g. Jika spektrum yang dihasilkan relatif pendek, berarti sampel yang

tercampur sedikit dan jika spektrum yang dihasilkan relatif panjang, maka

sampel yang tercampur banyak.

3.3.2.2 LCR meter

Pengujian dielektrik pada sampel dilakukan dengan menggunakan LCR meter

dengan arus AC. Dari hasil pengukuran akan diperoleh nilai resistansi,

kapasitansi dan induktansi dengan rentang frekuensi tertentu. Nilai impedansi

akan dikonversikan ke kapasitansi atau nilai induktansi yang sesuai. Induktansi

merupakan salah satu parameter utama yang diukur oleh LCR meter. Nilai

induktansi diperoleh dari perubahan aliran arus yang melalui rangkaian dan

beberapa perangkat seperti resistor. Hal ini dikarenakan arus listrik

menghasilkan medan magnet maka hal ini akan mengurangi terjadinya

perubahan nilai yang terhitung dan LCR akan mengukur rasio fluks magnet

(Mashadi,2010).

25

Induktansi

Induktansi adalah sifat dari rangkaian elektronika yang menyebabkan

timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang mengalir

pada rangkaian tersebut. Sifat ini disebut sebagai induktansi sendiri.

Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh

arus listrik.

Resistansi

Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang

resistivitasnya rendah besar tak hingga. Tetapi pada kenyataannya bahan

yang demikian itu belum bias diperoleh. Sampai saat ini semua bahan

isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik (walaupun kecil)

yang lazim disebut dengan arus bocor.

Kapasitansi

Kapasitansi merupakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi

dalam medan listrik yaitu ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan untuk

sebuah potensial listrik yang sudah ditentukan (Bishop, 2005).

Dari hasil pengukuran LCR meter diperoleh nilai resistansi, kapasitansi, dan

juga impedansi kita dapat menghitung nilai konduktivitas listrik dan nilai

konstanta dielektrik. Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak balik maka

terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat faktor

kapasitif. Besarnya kerugian yang diserap bahan isolasi tersebut berbanding

lurus dengan tegangan (volt), frekuensi (hertz), kapasitansi (farad) dan sudut

kerugian dielektrik (Efendi, et al., 2007). Ini lah yang kita sebut dengan nilai

kerugian dielektrik. Untuk menghitung ketiga nilai tersebut dapat

26

menggunakan Persamaan 5 dan 6. Secara umum alat LCR meter dapat dilihat

pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 LCR meter (Halaye, 2019).

3.4 Diagram Alir

Penelitian ini diawali dengan preparasi polietilena dengan dilelehkan, pembuatan

komposit PE/nanosilika dan analisa data. Skema pada penelitian ini ditunjukkan

pada Gambar 3.3.

27

Gambar 3.3 Diagram alir penelitian

Mulai

Polietilena dan Nanosilika

Lelehan polietilena

- Penyiapan bubuk

polietilena dan nanosilika

- Pelelehan polietilena pada

suhu 95 oC selama 5 menit

Komposit

Polietilena/nanosilika

- Pencampuran polietilena dan

nanosilika dengan variasi %

berat 5wt% dan 10 wt%

- Polietilena dan nanosilika

diaduk hingga homogen

- Campuran komposit

PE/nanosilika dicetak dengan

menggunakan batang pelapis

(bar coater) dengan variasi

ketebalan 6, 12 dan 25 µm

Lapisan tipis komposit

Polietilena/nanosilika

Analisis Data

- Didiamkan pada suhu

ruang

V. KESIMPULAN DAN SARAN

berikut:

1. Pengaruh ketebalan terhadap hasil spektrum FTIR pada sampel komposit

PE/nanosilika 5 wt% untuk 16, 12, dan 25 µm terlihat pada nilai puncak

serapan yang lebih tajam untuk sampel yang dicetak menggunakan barcoater

12 dan 25 µm dan sampel pada sampel komposit PE/nanosilika 10 wt% nilai

puncak serapan yang lebih besar dengan pita yang tajam terbentuk pada sampel

6 µm.

2. Pengaruh ketebalan terhadap sifat listrik sampel komposit PE/nanosilika 5 wt%

untuk nilai konduktivitas pada sampel PE525 memiliki nilai konduktivitas

yang lebih besar yaitu 2,85 x 10-7 S/cm. Pada sampel komposit PE/nanosilika

10 wt% nilai konduktivitas memiliki yang lebih besar pada sampel PE1025

yaitu 3,1 10-7 S/cm. Sedangkan untuk nilai konstanta dielektrik dari kedua

variasi filer menunjukkan bahwa semakin tebal sampel maka nilai konstanta

dielektrik akan semakin besar. Dan memiliki nilai loss tan terbesar pada

sampel PE525 dan PE106 yaitu secara berturut-turut 5,95 x 102 dan 8,01 x 103.

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai

53

Dari penelitian yang telah dilakukan ini, diharapkan untuk penelitian selanjutnya

menggunakan alat pencetak (barcoater) otomatis untuk mendapatkan ketebalan

yang lebih baik dan merata.

5.2. Saran

DAFTAR PUSTAKA

Alvisi, M., De, N. G., & Di, G. M. 1999. Deposition of SiO2 Films with High

Laser Damage Thresholds by Ion-assisted Electron-beam Evaporation.

Journal Applied Optics, Vol 38, No.7, Pp. 37-43.

Anam, C. S. 2007. Analisis Gugus Fungsi Pada Sampel Uji, Bensin dan Spiritus

Menggunakan Metode Spektroskopi FT-IR. Berkala Fisika, Vol 10, No.1,

Hal. 79-85.

Anjana, R., dan George, K.E. 2012. Reinforcing Effect of Nano Kaolin Clay on

PP/HDPE Blends. International Journal of Engineering Research and

Applications, Vol. 2, No. 4, Pp. 868-872.

Arista, D. 2015. Pengaruh Ketebalan Lapisan terhadap Karakteristik Thin Film

ZnO pada Substrat Kaca. (Skripsi). Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang.

Billmeyer, F. W. 1984. Texbook of Polymer Sciense 3rd Edition. Singapore. Inc.

Bishop, O. 2005. Dasar-dasar Elektronika Dasar, Edisi Pertama. Jakarta.

Erlangga.

Dobkin, D.M. 1992. Silicon Dioxide: Propertis an Applications. www.enigmatic-

consulting.com/SiO2.properties/html. Diakses pada 23 Mei 2018 pukul 11.30

WIB.

Efendi, R., Syamsudin, S., Sinambela, W.S., dan Soemarto. 2007. Medan

Elektromagnetik Terapan. Jakarta. Erlangga.

http://www.enigmatic-consulting.com/SiO2.properties/html

http://www.enigmatic-consulting.com/SiO2.properties/html

Frida, E., Bukit, N., dan Manalu, M. 2014. Pengelolahan Kaolin sebagai Bahan

Pengisi pada Termoplastik Hight Density Polyethilene. Jurnal Saintech, Vol.

6, No. 2, Hal. 78-79.

Fu, S.Y., Feng, X.Q., Lauke, B. & Mai, Y.W. 2008. Effects of Particle Size,

Particle/Matrix Interface Adhesion and Particle Loading on Mechanical

Properties of Particulate-Polymer Composite. Composites, Part B, 39, Pp.

933-961.

Gulmine, J. V., Jancrisek, P. R.. Heise, H. M. dan Akcelrud, L. 2002.

Polyethylene Characterization by FTIR. Polymer testing.

Hadiyawarman, Rijal, A., Nuryadin, B.W., Abdullah, M. dan Khairurrijal. 2008.

Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan

Menggunakan Metode Simple Mixing. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi,

Vol. 1, No. 1, Hal.14-21.

Halaye, T. 2019. LCR Meter Market Insights, Top Manufacturers and Industry

Outlook 2019 to 2025. https://journalbitcoin.com. Diakses pada 26 Januari

2019 pukul 13.00 WIB.

Hamdila, J.D. 2012. Pengaruh Variasi Massa terhadap Karakteristik

Fungsionalitas dan Termal Komposit MgO-SiO2 Berbasis Silika Sekam Padi

Sebagai Katalis. (Skipsi). Bandar Lampung. Universitas Lampung .

Hart, H., Leslie E., Craine dan David, J. 2003. Kimia Organik Edisi Kesebelas.

Jakarta. Erlangga .

Hassanajili, S., Khademi, M., and Keshavarz, P. 2014. Influence of Various Types

of Silica Nanoparticles on Permeation Properties of Polyurethane/silica

Mixed Matrix Membranes. Journal of Membrane Science, Vol. 453, Pp. 369-

383.

Hayt, William & John, A. B. 2006. Elektromagnetika, Edisi Ketujuh

(Diterjemahkan oleh Irzam Harmein). Jakarta. Erlangga.

Hindyawati, N. dan Alimuddin. 2010. Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari

Abu Sekam Padi dengan Menggunakan Natrium Hidrosida (NaOH)., Jurnal

Kimia Mulawarman, Vol. 7, No. 2, Hal. 75-77.

https://journalbitcoin.com/

Karelson, J. M., Katritzky, A.L., Lobanov, V. and Sild, S., 1997, Quantitative

Structure-Property Relationship (QSPR) Correlation of Glass Transition

Temperature of High Molecular Weight Polymers, J. Chem. Inform. Comp.

Sci., Vol. 98, Pp. 300-304.

Johan, A. 2009. Karakterisasi Sifat Fisik dan Mekanik Bahan Refraktori α-Al2O3

Pengaruh Penambahan TiO2. Jurnal Penelitian Sains, Vol. 12, No. 2(B), Hal.

1-8.

Juansah, J. dan Irmansyah. 2007. Kajian Sifat Dielektrik Buah Semangka Dengan

Pemanfaatan Sinyal Listrik Frekuensi Rendah. Jurnal Sains MIPA, Vol. 13,

No. 3, Hal. 159-164.

Jung, H.S., D.S. Moon, & J.K. Lee. 2012. Quantitative Analysis and Efficient

Surface Modification of Silica Nanoparticles. Journal of Nanomaterials, Vol.

2012, Pp. 1-8.

Karelson, M., Katritzky, A.L., Lobanov, V. and Sild, S., 1997, Quantitative

Structure-Property Relationship (QSPR) Correlation of Glass Transition

Temperature of High Molecular Weight Polymers, J. Chem. Inform. Comp.

Sci., Vol. 98, Pp. 300-304.

Khan, M.S., Sohail, M., Khattak, N.S., and Sayed, M. 2016. Industrial Ceramic

Waste in Pakistan, Valuable Material for Possible Applications. Journal of

Cleaner Production, Vol. 139, Pp. 1520-1528.

Khdary, N. H. dan Abdesalam, M. E. 2017. Polymer-silica Nanocomposite

Membranes for CO2 Capturing. Arabian Journal of Chemistry. King Saudia

University. Saudi.

Kollár, M., & Zsoldos, G. 2012. Investigating Poly(vinyl-chloride)-Polyethylene

Blends by Thermal Methods. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,

Vol. 107, No. 2, Pp. 645-650.

Liu, H., Wang, L., Jiang Y., Li, S., Liu, D., Ji1, Y., Zhang, F., dan Che, D. 2018.

Study on SiO2 Thin Film Modified by Post Hot Isostatic Pressing.Vacuum.

Vol. 148, Pp. 258-264.

Liu, J., Wang, Y., Xiao, K., dan Zhang, Z. 2017. Research on the Thermal Aging

Behaviors of LDPE/TiO2 Nanocomposites. Journal of Nanomaterials, Vol.

2017, Pp. 1-11.

Marcott, C. 1986, Material Characterization Hand Book Vol.1 Infrared

Spectroscopy. USA. ASM International.

Mashadi. 2010. Sistem Instrumentasi Sifat Elektrik untuk Sampel Kapasitor

Berbasis Karbon. Tesis. Depok. Universitas Indonesia.

Marlina, L., Sriyanti, I., Iskandar, F., dan Khairurrijal. 2012. Pengaruh Komposisi

Sekam Padi dan Nano Silika terhadap Kuat Tekan Material Nanokomposit.

Jurnal Penelitian Sains,Vol. 15, No. 3(B), Hal. 93-95.

Novitasari, A., Masruroh, dan Tjahjanto, R. T. 2015. Pengaruh Ketebalan

terhadap Nilai Resistansi Lapisan Tipis Seng Sulfoftalosianin (ZnPcSn)

sebagai Prototipe Detektor Ozon. Natural B, Vol. 3, No. 2, Hal. 124-129.

Neelakanta, P, S., 1995. Handbook of Electromagnetic Materials : Monolithicand

Composite Versions and Their Applications. Boca Raton, Florida : CRC

Press LLC.

Pudjiastuti, W., Listyarini A. dan Sudirman. 2012. Polimer Nanokomposit sebagai

Master Batch Polimer Biodegradable untuk Kemasan Makanan. Jurnal Riset

Industri, Vol. 6, No. 1, Hal. 51-60.

Rajib, M., Shuvo, M.A.I., Karim, H., Delfin, D., Afrin, S., & Lin, Y. 2014.

Temperature influence on dielectric energy storage of nanocomposites.

Ceramics International Journal, Vol. 41, No. 1, Pp. 1807- 1813.

Reed, S.J.B. 1993. Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron

Microscopy in Geology Second Edition. Zone Naylor. Cambridge University

Press.

Riyanto, A., Sembiring, S., dan Junaidi. 2017. Karakteristik Fisis Aluminosilikat

Geopolimer Berbasis Silika Sekam Padi untuk Aplikasi Fast Ionic

Conductor. Reaktor. Vol. 17, No. 2, Hal. 96-103.

Robby, M. H. 2013. Kajian Karakteristik Biolistrik Kulit Ikan Lele (Clarias

batrachus) dengan Metode Dielektrik Frekuensi Rendah. (Skripsi). Fakultas

MIPA. Malang. Universitas Brawijaya.

Sampson, A.R. 1996. Scanning Electron Microscopy: Advaced Research System.

www.sem.com. Diakses pada 28 Mei 2018 pukul 11.00 WIB.

Sempana, E. Br. G. 2018. Pengaruh Konsentrasi NaOH pada Ekstrak Nanosilika

Berbasis Batu Apung. (Skripsi). Lampung. Universitas Lampung.

Siswanto, M. Hamzah, Mahendra, & Fausiah. 2012. Perekayasaan Nanosilika

Berbahan Baku Silika Lokal sebagai Filler Kompon Karet Rubber Air Bag

Peluncur Kapal dari Galangan. Prosiding InSINas 2012. Jakarta: Badan

Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Hal. 56-59.

Sitorus, T. K. 2009. Pengaruh Penambahan Silika Amorf dari Sekam Padi

terhadap Sifat Mekanis dan Sifat Fisis Mortar. (Skripsi). Medan. Universitas

Sumatera Utara.

Smallman, R. E. dan Bishop, R. J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa

Material, Edisi keenam. Terjemahan Sriati Djaprie. Jakarta. Erlangga.

Smith, W.F. 1996. Principles of Material Science and Engineering, third Edition.

New York. Graw-Hill.

Sucipto, Riza, D. F. A., Hasan, M. L. A., Yuliyatun, S., Supriyanto, dan Somantri,

A. S. 2016. Pengaruh Ukuran Sampel, Frekuensi, dan Suhu terhadap Sifat

Biolistrik Tebu (Saccharum officanarum L.) untuk Prediksi Cepat Rendemen

Tebu. Jurnal Teknologi dan Manajemen Agroindustri, Vol. 5, No. 3, Hal.

140-148.

Sukron, M., Setyarsih, W. dan Rohmawati, L. 2015. Studi Dielekrik

Polyvinilidene Fluoride (PVDF) / SiO2 dari Lumpur Sidoarja. Jurnal Fisika,

Vol. 04, No.1, Hal. 19-22.

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar Jilid 3. Bandung. ITB

http://www.sem.com/

Tripathi, M., Sahu, J. N., Ganesa, P., Monash, P., & Dey, T. K. 2015. Effect of

Microwave Frequency on Dielectrict Properties of Oil Palm Shell (OPS) and

OPS Char Synthesized by Mcrowave Pyrolysis of OPS. Journal of Analytical

and Applied Pyrolisis, Vol. 112, Pp. 306-312.

Tomara, G. N., Kerasidou, A. P., & Patsidis, A. C. 2015. Dielectric Response and

Energy Storage Efficiency of Low Content TiO2-polymer Matrix

Nanocoposites. Composites Part A Applied Science & Manufacturing, Vol.

71, Pp. 204-211.

Umiati, N.A.K. 2009. Pengujian Kekuatan Dielektrik Minyak Sawit dan Minyak

Castrol Menggunakan Elektrode Bola-bola dengan Variasi Jarak antar

Elektrode dan Temperatur. Jurnal Teknik Elektro. Vol. 11, No.1, Hal. 23-36.

Unar, I. N., Soomro, S. A., & Aziz, S. 2010. Effect of Various Additives on

Physical Properties of Polyvinylchloride Resin, Pakistan Journal of

Analytical Evironmental Chemistry, Vol. 11, No. 2, Pp. 44-50.

Vlack, L.H.V. 2004. Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa Material. Jakarta.

Erlangga.

West, A.R. 1999. Basic Solid State Chemistry Second Edition. New York. Willey.

Wiley, J. 2010. Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Encyclopedia

of Life Sciences. http://onlinelibrary.wilwy.com. Diakses pada 26 Januari

2019 pukul 09.50 WIB.

Yuniari, A. 2014. Sifat Elektrik dan Termal Nanokomposit Poly (Vinyl Chloride)

(PVC)/Low Density Polyethilene (LDPE). Majalah kulit, karet dan plastic,

Vol. 30. No. 2, Hal. 53-60.

Young & Freedman. 2000 . Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta.

Erlangga.

Zazoum, B., David, E., & Ngô, A. D. 2013. LDPE/HDPE/clay Nanocomposites:

Effects of Compatibilizer on the Structure and Dielectric Response. Journal

of Nanotechnology, Vol. 2013, Pp. 1-10.

http://onlinelibrary.wilwy.com/

SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSI ...digilib.unila.ac.id/55599/3/SKRIPSI TANPA BAB...

Documents

Transcript of SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSI ...digilib.unila.ac.id/55599/3/SKRIPSI TANPA BAB...