View
286
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 2/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 3/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 4/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 5/18
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.
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 6/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 7/18
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)
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 8/18
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)
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 9/18
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)
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 10/18
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)
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 11/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 12/18
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.
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 13/18
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.
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 14/18
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.
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 15/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 16/18
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
.
.
.
.
.
.
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 17/18
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
5/12/2018 Proposal Tugas Akhirkuuuuu - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/proposal-tugas-akhirkuuuuu 18/18
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
Recommended