Upload
lamthuan
View
239
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
HALAMAN JUDUL
SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOPOLI-(EUGENOL–N,N’-
METILEN BIS(AKRILAMIDA))
Disusun Oleh :
PRAPTI RAHAYU
M0312054
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi
SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOPOLI-(EUGENOL–N,N’-METILEN
BIS(AKRILAMIDA))
PRAPTI RAHAYU
M0312054
Skripsi dibimbing oleh:
Pembimbing I,
Dr. Desi Suci Handayani, M.Si. NIP. 19721207 199903 2001
Pembimbing II,
Dr. rer. nat. Maulidan Firdaus, M.Sc. NIP. 19790205 200501 1001
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :
Hari : Senin
Tanggal : 19 Desember 2016
Anggota Tim Penguji :
1. Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc., Ph.D. 1 .........................................
NIP. 19490816 198103 2001
2. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si. 2 .........................................
NIP.19751010 200003 2001
Disahkan oleh :
Kepala Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si. NIP. 19730124 199903 2001
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOPOLI-(EUGENOL–N,N’-METILEN
BIS(AKRILAMIDA))” ini adalah benar-benar karya saya sendiri dan tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau
pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Desember 2016
PRAPTI RAHAYU
iv
HALAMAN ABSTRAK
SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOPOLI-(EUGENOL–N,N’-METILEN
BIS(AKRILAMIDA))
PRAPTI RAHAYU
Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Kopolimerisasi kationik eugenol dan N,N’-metilen bis(akrilamida) (MBA) telah dilakukan dengan persentase MBA 2%, 4% dan 6%. Kopolimerisasi dilakukan dengan menggunakan inisiator H2SO4 di bawah kondisi atmosfer nitrogen pada suhu ruang (28-30 °C) tanpa menggunakan pelarut. Struktur kopoli-(eugenol-N,N’-metilen bis(akrilamida)) (PEMBA) diidentifikasi dengan menggunakan spektroskopi FT-IR dan 1H-NMR. Massa molekul relatif rata-ratanya (Mv) dihitung dengan menggunakan metode viskometri pada suhu konstan 28 °C. Morfologi dikarakterisasi dilakukan dengan scanning electron microscopy (SEM). Sifat termalnya dikarakterisasi dengan differential scanning calorimetry (DSC).
Analisis perbandingan spektra FT-IR PEMBA dengan eugenol dan MBA menunjukkan hilangnya serapan karakteristik dari gugus vinil. Hal tersebut diperkuat dengan hilangnya serapan proton vinil pada spektra 1H-NMR. Dari perhitungan viskositas diperoleh Mv PEMBA semakin turun dengan bertambahnya MBA. Pencitraan SEM menunjukkan pengaruh bertambah besarnya komposisi MBA pada morfologi PEMBA. Analisis termal menunjukkan bahwa bertambahnya komposisi MBA dalam PEMBA menggeser suhu transisi gelas (Tg) ke suhu yang lebih rendah, tetapi sebaliknya menggeser titik leleh (Tm) dan suhu kristalisasi ke suhu yang lebih tinggi. Kata kunci : eugenol, kopolimerisasi, kopoli-(eugenol−N,N’-metilen
bis(akrilamida)), N,N’-metilen bis(akrilamida).
v
HALAMAN ABSTRACT
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION COPOLY-(EUGENOL−N,N’-
METHYLENE BIS(ACRYLAMIDE))
PRAPTI RAHAYU
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science,
University of Sebelas Maret
ABSTRACT
Cationic copolymerization of eugenol and N,N’-methylene bis(acrylamide) (MBA) had been conducted with MBA compotition i.e. 2%, 4% and 6%. The copolymerization was performed using H2SO4 initiator under nitrogen atmosphere condition at room temperature (28-30 °C) without solvent. Structure of copoly-(eugenol−N,N’-methylene bis(acrylamide)) (PEMBA) was identified by FT-IR and 1H-NMR spectroscopy. Average relative molecular mass (Mv) of PEMBA was determined by viscometry method at constant temperature 28 °C. Morphology of PEMBA was characterized by scanning electron microscopy (SEM). Thermal properties of PEMBA was carried out by differential scanning calorimetry (DSC).
Comparative analysis of FT-IR spectra of PEMBA with eugenol and MBA demonstrated the loss of characteristics absorption of the vinyl group. It was strengthened by the loss of the vinyl proton absorption on 1H-NMR spectra. From the viscosity calculation showed that Mv of PEMBA were decrease with increamentof MBA. SEM imaging showed that influence of MBA composition increament on the morphology of the PEMBA. Thermal analysis showed that increasing of MBA composition in PEMBA shifted the glass transition temperature (Tg) to a lower temperature, but instead shifted the melting point (Tm) and the crystallization temperature (Tc) to a higher temperature.
Key words : copoly-(eugenol−N,N’-methylene bis(acrylamide)), copolymerization, eugenol, N,N’-methylene bis(acrylamide).
vi
MOTTO
Dan Dia mendapatimu sebagai seorang yang bingung lalu Dia memberikan
petunjuk.
(Q.S Adh Dhuhaa: 7)
My pain may be the reason for somebody’s laugh, but my laugh must never be the
reason for somebody’s pain.
(Charlie Chaplin)
There are plenty of difficult obstacles in your path, don’t allow yourself to become
one of them.
(Ralph Marston)
A bird sitting on a tree is never afraid of branch breaking because her trust is not
on branch but on it’s own wing.
(Anonim)
vii
PERSEMBAHAN
Karyaku ini kupersembahkan:
Keluarga tercinta: Bapak, Mama, Yayu Narni dan Mas Eka untuk segala
pengorbanan dan terus memberi semangat. Maaf untuk si bungsu yang egois dan
keras kepala ini.
Alm. Amini, kakakku, maaf atas segalanya.
Keluarga Besar dan Kerabat yang telah memberikan banyak dukungan.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, karunia
dan ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk
memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Program
Studi Kimia FMIPA, UNS. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak dapat
terselesaikan dengan baik tanpa bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia FMIPA
UNS.
2. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku pembimbing I yang telah memberikan
bimbingan, arahan dan kesabaran selama menyelesaikan skripsi.
3. Dr.rer.nat Maulidan Firdaus, M.Sc selaku pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan dan arahan selama menyelesaikan skripsi.
4. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, S.Si., M.Si selaku pembimbing
akademik; dan juga selaku ketua Laboratorium Kimia FMIPA UNS.
5. Keluargaku: Bapak, Mama, kakak dan kakak iparku atas dukungan dan
dorongan semangat, serta paman dan bibi yang sudah memberikan banyak
dukungan.
6. Dewi Puspita Sari, atas segala pengertiannya, lega rasanya mempunyai sobat
sebaik kamu.
7. Respati, Alifah, Carissa, Dyah, dan Lugas serta semua pihak yang telah
membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis mengucapkan terima kasih untuk semua pihak yang telah berjasa
kepada penulis khususnya dalam penyelesaian skripsi ini. Skripsi ini masih jauh
dari sempurna untuk itu penulis senantiasa mengharapkan saran dan kritik yang
membangun bagi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat
bagi pembaca.
Surakarta, Desember 2016
Prapti Rahayu
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... ii
PERNYATAAN ........................................................................................ iii
HALAMAN ABSTRAK ............................................................................ iv
HALAMAN ABSTRACT ........................................................................... v
MOTTO .................................................................................................... vi
PERSEMBAHAN...................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................... viii
DAFTAR ISI ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah .................................................................. 1
1.2. Perumusan Masalah ......................................................................... 4
1.2.1. Identifikasi Masalah ................................................................. 4
1.2.2. Batasan Masalah ....................................................................... 5
1.2.3. Rumusan Masalah .................................................................... 5
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................. 6
1.4. Manfaat Penelitian ........................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 7
2.1. Landasan Teori ................................................................................ 7
2.1.1. Eugenol .................................................................................... 7
2.1.2. Polimer ..................................................................................... 9
2.1.1.1. Tipe Polimer ....................................................................... 9
2.1.1.2. Polimerisasi Rantai (Chain-Growth Polymerization)
Eugenol secara Kationik ..................................................... 13
2.1.3. Senyawa Penyambung-silang ................................................... 17
2.1.4. Penentuan Massa Molekul Relatif Polimer ............................... 20
x
2.2. Kerangka Pemikiran ........................................................................ 22
2.3. Hipotesis ......................................................................................... 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 25
3.1. Metode Penelitian ............................................................................ 25
3.2. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 25
3.3. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................ 25
3.3.1. Alat .......................................................................................... 25
3.3.2. Bahan ....................................................................................... 26
3.4. Prosedur Penelitian .......................................................................... 26
3.4.1. Sintesis kopoli-(eugenol-N,N’-metilen bis(akrilamida)) ............ 26
3.4.2. Penentuan massa molekul relatif rata-rata PEMBA dengan
metode viskometri .................................................................... 27
3.5. Teknik Pengumpulan Data ............................................................... 27
3.6. Teknik Analisis Data ....................................................................... 27
3.6.1. Identifikasi Struktur .................................................................. 28
3.6.2. Penentuan Massa Molekul Relatif ............................................. 29
3.6.3. Karakterisasi Sifat Fisika .......................................................... 29
BAB IV PEMBAHASAN .......................................................................... 31
4.1. Sintesis Kopoli-(eugenol-N,N’-metilen bis akrilamida) (PEMBA) ... 31
4.1.1. Produk Hasil Sintesis ................................................................ 31
4.1.2. Reaksi Kopolimerisasi Eugenol dan MBA ................................ 32
4.2. Penentuan Massa Molekul PEMBA ................................................. 36
4.3. Karakterisasi Gugus Fungsi dengan Menggunakan FT-IR ................ 37
4.4. Analisis 1H-NMR ............................................................................ 39
4.5. Pencitraan SEM ............................................................................... 42
4.6. Analisis DSC ................................................................................... 43
BAB V PENUTUP .................................................................................... 46
5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 46
5.2. Saran ............................................................................................... 46
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 47
LAMPIRAN .............................................................................................. 52
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Perbandingan polimerisasi reaksi tahap dan reaksi rantai. ......... 13
Tabel 2.2. Sifat-sifat MBA ........................................................................ 19
Tabel 4.1 Data hasil sintesis PEMBA. ...................................................... 32
Tabel 4.2 Hasil perhitungan massa molekul relatif rata-rata PEMBA
dengan metode viskometri. ....................................................... 37
Tabel 4.3 Perbandingan serapan pada spektra eugenol, MBA dan
PEMBA. ................................................................................... 39
Tabel 4.4 Pergeseran kimia pada spektra 1H-NMR eugenol. ..................... 40
Tabel 4.5 Pergeseran kimia pada spektra 1H-NMR MBA. ........................ 41
Tabel 4.6 Data hasil studi dari kurva DSC untuk PEMBA. ....................... 43
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Struktur eugenol. .................................................................. 7
Gambar 2.2 Spektra infra merah eugenol ................................................. 9
Gambar 2.3 Tipe kopolimer ..................................................................... 10
Gambar 2.4 Struktur polimer linear, bercabang, dan tersambung-silang ... 11
Gambar 2.5 Reaksi polimerisasi kondensasi poliamida ............................ 13
Gambar 2.6 Polimerisasi adisi ................................................................. 13
Gambar 2.7 Reaksi inisiasi pada eugenol dengan menggunakan katalis
asam sulfat ........................................................................... 15
Gambar 2.8 Reaksi inisiasi pada DVB pada kopolimerisasi eugenol dan
DVB .................................................................................... 15
Gambar 2.9 Reaksi propagasi pada polimerisasi eugenol ............................ 16
Gambar 2.10 Reaksi propagasi pada kopolimerisasi eugenol dan DVB ..... 16
Gambar 2.11 Reaksi terminasi dengan metanol pada polimerisasi eugenol 17
Gambar 2.12 Contoh senyawa penyambung-silang dalam polimerisasi
vinil: (a) divinil benzena; (b) N,N’-metilen bis(akrilamida)
(MBA); dan etilen glikol dimetakrilat ................................... 18
Gambar 2.13 Viskometer kapiler tipe Ostwald. ......................................... 20
Gambar 2.14 Perkiraan reaksi kopolimerisasi eugenol dan MBA secara
umum dengan inisiator H2SO4 (diterminasi dengan metanol) 24
Gambar 4.1 Kenampakan fisik dari (a) PEMBA 2%, (b) PEMBA 4%
dan (c) PEMBA 6% ............................................................. 31
Gambar 4.2 Kemungkinan pembentukan karbokation pada (a) eugenol
dan (b) MBA ........................................................................ 33
Gambar 4.3 Perkiraan reaksi propagasi pada sintesis PEMBA. ................ 34
Gambar 4.4 Perkiraan reaksi terminasi pada PEMBA. ............................. 35
Gambar 4.5 Grafik C vs ƞsp/C pada penentuan massa molekul relatif rata-
rata (a) PEMBA 2%, (b) PEMBA 4% dan (c) PEMBA 6% .. 36
Gambar 4.6 Perbandingan spektra (a) eugenol, (b) MBA, (c) PEMBA
2%, (d) PEMBA 4% dan (e) PEMBA 6% ............................. 38
xiii
Gambar 4.7 Spektra 1H-NMR eugenol dalam pelarut CDCl3. .................. 40
Gambar 4.8 Spektra 1H-NMR MBA dalam pelarut DMSO. ..................... 41
Gambar 4.9 Spektra 1H-NMR PEMBA 2% dalam pelarut Aseton D6....... 42
Gambar 4.10 Pencitraan SEM (a) PEMBA 2%, (b) PEMBA 4% dan (c)
PEMBA 6% ......................................................................... 43
Gambar 4.11 Kurva DSC (a) PEMBA 2%, (b) PEMBA 4% dan (c)
PEMBA 6%. ........................................................................ 44
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan rendemen ............................................................ 52
Lampiran 2. Perhitungan massa molekul relatif rata-rata PEMBA .............. 53
Lampiran 3. Kondisi alat ............................................................................ 55
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Limbah zat warna menjadi salah satu permasalahan polusi karena tidak
mudah terdegradasi (Ong et al., 2011). Berbagai metode pengolahan limbah zat
warna dapat dilakukan, di antaranya dengan mengadsorb zat warna. Saat ini
karbon aktif sudah banyak digunakan sebagai adsorben, termasuk adsorben untuk
zat warna, tetapi adsorpsi dengan menggunakan karbon aktif masih memiliki
permasalahan yaitu regenerasinya memerlukan harga yang cukup mahal dan
mudah mengalami penurunan kemampuan penyerapan serta kurang selektif
terhadap senyawa tertentu (Pan, et al., 2009). Untuk membentuk adsorben yang
selektif, dapat dilakukan dengan sintesis material baru, di antaranya sintesis
polimer. Polimer sendiri telah diteliti untuk diaplikasikan sebagai adsorben
(Chandy dan Pillai, 1995; Gigimol, 2007).
Dalam pembuatan polimer saat ini, monomer yang banyak diteliti dan
dikembangkan adalah monomer yang berbasis sumber daya alam yang mudah
diperbarui. Salah satu sumber daya alam yang telah banyak digunakan untuk
polimerisasi adalah eugenol (Handayani et al., 2004, Kiswandono et al., 2012,
Kiswandono et al., 2014). Eugenol merupakan komponen utama dari minyak
cengkeh (Jirovetz et al., 2006). Menurut INATRIMS (2016), minyak cengkeh
merupakan minyak atsiri yang paling banyak diproduksi di Indonesia dengan
produksi 2600 ton per tahunnya. Indonesia sendiri memenuhi 70% permintaan
minyak cengkeh dunia.
Eugenol memiliki gugus hidroksil (OH) dan gugus vinil (CH=CH2)
yang reaktif sehingga dapat diubah menjadi senyawa lain (Handayani et al.,
2004), salah satunya sebagai polimer. Polimerisasi pada gugus vinilnya akan
menghasilkan material polimer dengan gugus hidroksil yang banyak. Gugus
hidroksil pada eugenol cukup aktif karena adanya perbedaan elektronegativitas
atom O dan H. Elektronegativitas O sebesar 3,5 sedangkan H sebesar 2,1
(Fessenden dan Fessenden, 1986). Perbedaan elektronegativitas ini membuat atom
2
O akan cenderung menarik elektron ikatan dari H, sehingga H mudah lepas.
Selain itu, pada polimer eugenol juga memiliki gugus benzena yang banyak.
Gugus benzena ini bersifat negatif akibat adanya delokalisasi elektron pada cincin
aromatisnya (McMurry dan Simanek, 2007). Gugus hidroksil dan gugus benzena
yang aktif ini diharapkan dapat berinteraksi dengan zat warna yang akan diadsorb.
Polimer eugenol dan turunannya telah banyak disintesis dengan berbagai
metode. Metode living radical polymerization (polimerisasi radikal berkelanjutan)
dimungkinkan cocok untuk mengontrol kopolimerisasi senyawa fenolik. Namun,
di sisi lain senyawa fenolik memiliki aktivitas antioksidan sehingga proses
pembentukan radikal akan sulit (Satoh et al., 2007). Metode polimerisasi eugenol
umumnya dilakukan secara kationik dengan menggunakan inisiator asam sulfat
pekat (Iswanto dan Susilowati, 2003; Ngadiwiyana, 2005), atau menggunakan
inisiator asam nitrat pekat (Suirta et al., 2012). Satoh et al. (2007) menyatakan
polimerisasi kationik untuk turunan senyawa stirena, termasuk senyawa fenolik,
dapat secara langsung dipolimerisasi menjadi living polymers tanpa melakukan
proteksi terhadap gugus fenolik dengan adanya sistem alkohol/borontrifluorida
eterat (BF3O(C2H5)2) sebagai inisiator. Kiswandono et al. (2014) melakukan
kopolimerisasi eugenol dengan DVB menggunakan inisiator BF3O(C2H5)2 dan
menyebutnya sebagai cationic additional co-polymerization karena gugus vinil
yang merupakan pusat reaksi kationik pada eugenol dapat menyebabkan
polimerisasi radikal. Hal ini mengakibatkan polimerisasi kationik yang terjadi
dapat berkelanjutan sehingga massa molekul relatif rata-rata polimer yang
diperoleh akan lebih berat. Namun, asam Lewis seperti BF3 kurang stabil terhadap
keberadaan oksigen dan air. Asam Brønsted lebih mudah ditangani dan lebih
stabil jika dibandingkan dengan asam Lewis (Akiyama, 2007). Oleh karena itu,
pada penelitian ini polimerisasi antara eugenol digunakan asam Brønsted, yaitu
asam sulfat pekat (Iswanto dan Susilowati, 2003; Ngadiwiyana, 2005). Untuk
mendapatkan massa molekul relatif rata-rata yang tinggi, penambahan H2SO4
dilakukan beberapa kali selama reaksi, agar dapat terbentuk kation-kation yang
berkelanjutan.
3
Polimer eugenol dapat diubah sifat fisik atau kimianya. Sifat fisik atau
kima polimer yang spesifik dapat diaplikasikan secara luas di mana hal ini dapat
dilakukan dengan cara memodifikasi polimer. Modifikasi gugus fungsi atau
penambahan gugus fungsi pada polimer secara umum akan menghasilkan polimer
dengan struktur, kereaktifan dan selektivitas yang berbeda pada polimer yang
dihasilkan (Gigimol, 1999). Salah satu modifikasi pada polimer yaitu dengan
penyambungsilangan polimer (crosslinked polymer) (Bhattacharya dan Ray,
2009). Kiswandono et al. (2012) menyebutkan penyambungsilangan polimer
eugenol dengan divinil benzena (DVB) dapat meningkatkan kekakuan (rigidity)
dan massa molekul relatif rata-rata polimer, serta semakin tinggi tingkat
penyambungsilangan pada kopolimer akan meningkatkan titik leleh polimer.
Selain itu dengan penyambungsilangan polimer ini akan menambah sisi aktif pada
polimer (Kiswandono et al., 2014) yang dapat disesuaikan aplikasi yang
diinginkan.
Pada penelitian ini, digunakan senyawa penyambung-silang N,N’-metilen
bis(akrilamida) (MBA) yang memiliki dua gugus vinil dan dua gugus amida.
MBA merupakan agen penyambung-silang yang bersifat hidrofilik (Gigimol,
1999) dan menunjukkan kestabilan yang lebih baik dibandingkan DVB pada
lingkungan yang oksidatif pada polimer (Becker dan Schmidt-Naake, 2002).
MBA dapat membentuk polimer dengan derajat ikat silang yang tinggi selama
kopolimerisasi dengan berbagai monomer (Silva, 2014). Penyambungsilangan
polimer dengan menggunakan MBA yang direaksikan akrilamida pernah
dilakukan oleh Gigimol (2007) untuk adsorpsi zat warna. MBA memiliki gugus
amida yang aktif, yang diharapkan gugus ini akan menambah keaktifan kopolimer
eugenol yaitu kopoli-(eugenol-N,N’-metilen bis(akrilamida)) (PEMBA) yang
dihasilkan sehingga dapat menjadi salah satu polimer yang dapat digunakan
sebagai adsorben zat warna.
4
1.2. Perumusan Masalah
1.2.1. Identifikasi Masalah
Eugenol merupakan konstituen utama dari minyak cengkeh yang
melimpah di Indonesia. Eugenol memiliki gugus hidroksil (OH) dan gugus vinil
(CH=CH2) yang reaktif sehingga dapat diubah menjadi senyawa lain (Handayani
et al., 2004). Gugus vinil eugenol dapat direaksikan untuk membentuk polimer
eugenol. Polimerisasi eugenol sudah banyak dilakukan. Handayani et al. (2004)
melakukan kopolimerisasi eugenol dangan DVB tanpa menggunakan pelarut (bulk
polymerization) dengan variasi konsentrasi 2%, 4%, 6%, 8%, 10% dan 12%.
Massa molekul relatif rata-rata poli-(eugenol-DVB) yang diperoleh pada
konsentrasi DVB 12% dengan berat 2984 g/mol. Selain DVB, senyawa
penyambung-silang yang dapat dikopolimerisasikan dengan eugenol antara lain
MBA. MBA memiliki sifat lebih hidrofilik dibandingkan DVB (Gigimol, 1999)
dan lebih stabil dibandingkan DVB pada lingkungan yang oksidatif pada polimer
(Becker dan Schmidt-Naake, 2002).
Struktur eugenol mirip dengan struktur β-metil stirena sehingga
polimerisasi eugenol dapat dilakukan dengan menggunakan metode polimerisasi
kationik (Handayani et al., 2004). Polimerisasi eugenol dan MBA dapat dilakukan
dengan menggunakan inisiator asam Brønsted seperti H2SO4 dan HNO3 atau
menggunakan asam Lewis seperti BF3, AlCl3, FeCl3 (Odian, 2004).
Pembuatan polimer dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut ataupun
tanpa pelarut (Odian, 2004). Dalam polimerisasi menggunakan pelarut, pemilihan
pelarut sangat mempengaruhi keberhasilan kopolimerisasi kationik, yang
membedakan kopolimerisasi ionik dengan polimerisasi radikal karena spesi yang
berpropagasi berupa ion (Sawamoto dan Ouchi, 2014). Di sisi lain, polimerisasi
tanpa pelarut yang dikenal dengan polimerisasi massa atau polimerisasi ruah (bulk
polymerization) termasuk dalam polimerisasi homogen di mana semua reaktan
yang terlibat dalam polimerisasi ini saling bisa melarut atau bercampur (Ebewele,
1996) tanpa bantuan pelarut.
Perubahan monomer menjadi polimer dapat dianalisis dengan
menggunakan spektroskopi infra merah (infra red, IR), ultraviolet (UV), dan
5
nuclear magnetic resonance (NMR) dan spektroskopi lainnya (Odian, 2004).
Sifat-sifat fisika polimer juga dapat dikarakterisasi dengan beberapa metode.
Penentukan sifal termal polimer yang umum digunakan adalah dengan
menggunakan instrumen differential thermal analyzer (DTA) dan differential
scanning calorimetry (DSC), keduanya menghasilkan puncak yang berhubungan
dengan transisi endotermis dan eksotermis dan menunjukkan perubahan kapasitas
panas (Sperling, 2006). Morfologi permukaan polimer dapat dikarakterisasi
dengan menggunakan beberapa instrumen antara lain scanning electron
microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), spektroskopi
reflektansi total atenuasi (ATR), dan spektroskopi fotoakustik (PAS) (Stevens,
2000). Berbagai metode penentuan massa molekul relatif polimer dapat
dilakukan, di antaranya dengan memanfaatkan sifat koligatif, penghamburan
cahaya (light scattering) dan viskositas larutan polimer atau juga dapat dilakukan
dengan menggunakan instrumen Gel Permeation Chromatography (GPC) (Odian,
2004).
1.2.2. Batasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka pada penelitian ini
dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut:
a. Kopolimerisasi eugenol dengan MBA dilakukan secara kationik dengan
inisiator H2SO4 dengan variasi berat MBA 2%, 4% dan 6% dari berat eugenol
b. Kopolimerisasi eugenol dan MBA dilakukan tanpa menggunakan pelarut.
c. Penentuan massa molekul relatif rata-rata dilakukan dengan memanfaatkan
viskositas larutan polimer dengan alat viskometri Ostwald. Analisis gugus
fungsi dari PEMBA dilakukan dengan menggunakan spektroskopi FT-IR, 1H-
NMR. Morfologi dari PEMBA dikarakterisasi dengan menggunakan SEM dan
karakterisasi sifat termal dari PEMBA dilakukan dengan DSC.
1.2.3. Rumusan Masalah
Berdasarkan batasan masalah tersebut, rumusan masalah penelitian ini
yaitu sebagai berikut:
6
a. Apakah eugenol dan MBA dapat direaksikan melalui kopolimerisasi kationik
dengan menggunakan inisiator H2SO4 untuk memperoleh PEMBA?
b. Bagaimana pengaruh persentase berat MBA yang direaksikan dengan eugenol
terhadap PEMBA yang dihasilkan?
1.3. Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan tersebut, tujuan dari penelitian ini adalah:
a. Mereaksikan eugenol dan MBA melalui kopolimerisasi kationik dengan
menggunakan inisiator H2SO4 untuk memperoleh PEMBA.
b. Mengetahui pengaruh persentase berat MBA yang direaksikan dengan eugenol
terhadap PEMBA yang dihasilkan.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
a. Penelitian ini diharapkan dapat menambah khasanah ilmu pengetahuan secara
umum dan ilmu kimia polimer secara khusus, serta dapat dijadikan sebagai
referensi bagi penelitian selanjutnya.
b. Secara praktis adalah dapat memperluas pemanfaatan eugenol yang
merupakan komponen utama minyak daun cengkeh yang melimpah di
Indonesia sebagai adsorben zat warna dan meningkatkan nilai ekonomisnya.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Landasan Teori
2.1.1. Eugenol
Eugenol (Gambar 2.1) merupakan komponen utama pada minyak daun
cengkeh (Syzigium aromaticum) yaitu sekitar 76% (Jirovetz et al., 2006). Selain
pada cengkeh, eugenol juga merupakan komponen fenolik yang dapat diekstraksi
dari Myristica fragrans, Cinnamomum tamala, Zygium aromaticum, Ocimum
basilicum, Ocimum grattisimum, Ocimum tenuiflorum, dan Pimenta racemosa
(Raja et al., 2015). Eugenol termasuk dalam golongan senyawa turunan
fenilpropena (fenilpropanoid) dan telah digunakan selama bertahun-tahun sebagai
anestesi (khususnya dental anaesthetic) dan juga sebagai bumbu (Dewick, 2009).
O
CH3
H2CCH
CH2
OH
Gambar 2.1 Struktur eugenol (Raja et al., 2015).
Eugenol memiliki rumus molekul C10H12O2 dengan nama IUPAC 4-alil-2-
metoksifenol (Gambar 2.10). Secara fisik, kenampakan eugenol berupa cairan
bening, dan tak berwarna atau berwarna kuning cerah (Anuj dan Sanjay, 2010).
Massa molekul relatifnya 164,2 gram/mol dengan pKa = 10,19 pada 25 °C (Raja
et al., 2015). Eugenol bersifat sedikit asam, sedikit larut dalam air tetapi larut
dalam pelarut organik (Kamatou et al., 2012). Hal ini dikarenakan perbedaan
keelektronegativitasan atom O (3,5) dan H (2,1) yang membuat atom O akan
cenderung menarik elektron ikatan dari H dan membuat ikatannya lebih
terpolarisasi. Gugus O-H senyawa fenolik lebih polar dibanding dengan alkohol
lainnya karena adanya stabilitas resonansi gugus aromatisnya (McMurry dan
8
Simanek, 2007) atau dengan kata lain, kepolaran ikatan O-H pada eugenol lebih
besar dibanding pada alkohol biasa. Hal ini membuat H cenderung bermuatan
parsial positif (δ+) dan O bermuatan parsial negaitif (δ-) sehingga dapat berikatan
hidrogen dengan air, maka dari itu eugenol sedikit larut dalam air. Eugenol akan
terdeprotonasi pada larutan NaOH, bentuk ion fenolatnya akan larut dalam air; hal
ini dimanfaatkan untuk memisahkan eugenol dari komponen organik (Rahimi et
al., 2012) untuk mendapat senyawa murninya saat isolasi dari bahan alam.
Beberapa uji farmakologis yang telah dilakukan menunjukkan bahwa
eugenol dan senyawa turunannya memiliki aktivitas antibakteri (Jadhav et al.,
2004), antimikroba (Gill dan Holley, 2004; Thosar et al., 2013), antioksidan
(Jirovetz et al., 2006), analgesik lokal, anestesi (Jadhav et al., 2004), antifungi
(Vàzquez et al., 2001), antiinflamasi dan antikanker (Kamatou et al., 2012).
Eugenol memiliki tiga gugus fungsi yaitu gugus hidroksi, gugus metoksi
dan gugus alil, sehingga eugenol dapat digunakan sebagai bahan awal untuk
sintesis senyawa baru (Djunaidi et al., 2010). Gugus-gugus fungsi tersebut dapat
terlihat dari karakterisasi infra merah pada eugenol yang dilakukan Handayani et
al. (2004) pada Gambar 2.11. Adanya serapan lebar pada 3448 cm-1 yang
menunjukkan adanya gugus –OH. Serapan pada daerah 1300-1000 cm-1
menunjukkan adanya gugus eter (CO). Serapan pada 995 cm-1 dan 914 cm-1
menunjukkan gugus tak jenuh berupa gugus vinil (CH=CH2). Serapan pada
3000-2800 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi Csp3-H. Gugus alkil yaitu metil
(CH3) yang ditunjukkan oleh pita serapan pada 1367 cm-1 dan adanya gugus
metilena (CH2) ditunjukkan oleh serapan pada 1431 cm-1.
Gugus hidroksi eugenol dapat diubah menjadi gugus fungsi lain seperti
ester (Djunaidi et al., 2010). Gugus vinil eugenol dapat dikopolimerisasikan,
dengan strukturnya yang mirip dengan struktur β-metil stirena sehingga
kopolimerisasi eugenol dapat secara kationik (Handayani et al., 2004).
9
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
0
20
40
60
80
100
T (
%)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 2.2 Spektra infra merah eugenol (Handayani et al., 2004)
2.1.2. Polimer
Polimer adalah makromolekul yang dibangun dari sejumlah besar molekul
kecil (monomer) yang saling berikatan. Molekul-molekul kecil yang saling
berikatan satu sama lain untuk membentuk polimer disebut dengan monomer, dan
reaksi penggabungan monomer disebut dengan polimerisasi (Odian, 2004). Pada
polimer, monomer penyusunnya dapat berupa unit/molekul yang sama atau pun
berbeda jenis (Teraoka, 2002). Jumlah monomer penyusunnya dapat mencapai
ratusan, ribuan, puluhan ribu atau lebih dalam satu polimer. Massa molekular
yang diperlukan agar suatu senyawa dapat disebut sebagai polimer masih
diperdebatkan, kebanyakan ilmuwan membatasi lebih dari 5000 g/mol (Odian,
2004).
2.1.1.1. Tipe Polimer
Polimer dapat dibedakan menjadi homopolimer dan kopolimer tergantung
dari komposisi polimer. Polimer disebut homopolimer apabila tersusun dari satu
jenis monomer saja, sedangkan polimer yang terbentuk dari dua (atau lebih)
monomer yang berbeda disebut dengan kopolimer (Ebewele, 1996). Dalam
10
kopolimer tersebut kadang-kadang sifat yang baik dari tiap monomer dapat
digabungkan atau dipertahankan dan itu merupakan keuntungan dari reaksi
kopolimerisasi (Stanley et al., 1998). Penambahan jumlah monomer yang berbeda
yang digunakan untuk membentuk kopolimer secara dramatis meningkatkan
jumlah kopolimer yang berbeda (variasi) dibandingkan dengan polimer dengan
monomer yang sejenis. Jika hanya ada dua macam monomer yang digunakan,
kopolimer dengan sifat yang berbeda-beda dapat dibuat dengan memvariasikan
jumlah dari tiap monomer (Bruice, 2010). Ada beberapa tipe kopolimer, yaitu
kopolimer random Gambar 2.1(a), kopolimer berselang-seling (alternating
copolymer) (Gambar 2.1 (b)), kopolimer blok (Gambar 2.1 (c)) dan kopolimer
cangkok (graft copolymer) (Gambar 2.1 (d)) (Ebelewe, 1996).
AABBABABBAAABAABBA(a)
ABABABABABABAB(b)
AAAAA BBBBBBBB AAAAAAAAA BBBB
AAAAAAAAAAAA AAAAAAAA
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
(c)
(d)
Gambar 2.3 Tipe kopolimer (Ebelewe, 1996).
Berdasarkan bentuknya, polimer dapat diklasifikasikan menjadi polimer
linear, bercabang, ataupun polimer tersambung-silang (crosslinked polymer)
tergantung pada strukturnya (Gambar 2.2) (Odian, 2004). Polimer yang dihasilkan
dari reaksi penggabungan monomer dapat saling terikat dalam bangun tertentu.
11
Monomer bifungsional (memiliki 2 gugus fungsi) biasanya akan membentuk
suatu polimer linear (Ebewele, 1996). Polimer yang berasal dari monomer vinil
biasanya berupa polimer linear (Teraoka, 2002).
Gambar 2.4 Struktur polimer linear, bercabang, dan tersambung-silang (Odian, 2004)
Lain halnya pada monomer yang polifungsional, biasanya dapat terbentuk
struktur yang non-linear, yaitu polimer bercabang dan polimer tersambung-silang
(Ebewele, 1996). Molekul pada polimer bercabang memiliki sisi cabang pada
12
pusat percabangan yang berbeda-beda sepanjang rantai utama polimer (Odian,
2004). Polimer bercabang dapat memiliki rantai cabang yang panjang ataupun
pendek tergantung pada monomernya (Teraoka, 2002). Pada polimer tersambung-
silang molekul-molekul polimer secara kimia terikat satu sama lain yang
membentuk jaring-jaring polimer (Ebewele, 1996).
Polimer tersambung-silang atau polimer tercangkok pembentukannya
secara fisik terdapat tiga metode reaksi yaitu (Fellows, 2009):
1.) Mekanisme polimer/polimer (P/P): Polimer tercangkok dan tersambung-silang
dapat dibuat dengan menambahkan agen penggandeng dari satu atau lebih
polimer. Stimulasi secara fisika atau fungsionalisasi untuk membentuk ikatan
kovalen dapat dilakukan terhadap polimer-polimer yang akan dimodifikasi.
2.) Mekanisme polimer/monomer (P/M): Polimer dapat diarahkan pada kondisi
tertentu sehingga terbentuk pusat reaktif pada rantainya, yang kemudian dapat
dimodifikasi dengan penambahan monomer.
3.) Mekanisme monomer/monomer (M/M): Polimerisasi dari monomer gugus
polifungsional dapat menghasilkan polimer tersambung-silang atau polimer
bercabang.
Polimer dapat terbentuk dari secara kondensasi maupun adisi. Polimer
kondensasi merupakan polimer yang terbentuk dari monomer polifungsional
dengan reaksi kondensasi dengan pelepasan beberapa molekul kecil misalkan air.
Contoh polimer kondensasi adalah poliamida yang melepaskan molekul air
(Gambar 2.3). Polimer adisi adalah polimer yang terbentuk dari monomer-
monomer tanpa pelepasan molekul apapun. Tidak seperti polimer kondensasi, unit
pengulangan pada adisi polimer memiliki komposisi yang sama sebagai monomer.
biasanya polimer adisi terbentuk dari monomer dengan ikatan rangkap dua
(monomer vinil) (Gambar 2.4) (Odian, 2004).
Pada saat ini penekanan polimer adisi dan polimer kondensasi telah
berubah menjadi mengklasifikasikan polimer-polimer tersebut dibuat dengan
polimerisasi model bertahap (reaksi tahap, step polymerization) atau melalui
propagasi dari pertumbuhan rantai (reaksi rantai, chain-growth polymerization)
13
(Stevens, 2000). Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan polimerisasi reaksi tahap
dan reaksi rantai.
Gambar 2.5 Reaksi polimerisasi kondensasi poliamida (Odian, 2004).
Gambar 2.6 Polimerisasi adisi (Odian, 2004).
Tabel 2.1. Perbandingan polimerisasi reaksi tahap dan reaksi rantai. No. Reaksi tahap Reaksi rantai 1. Pertumbuhan terjadi di seluruh
matriks melalui reaksi antara monomer, oligomer dan polimer.
Pertumbuhan terjadi melalui penambahan unit monomer secara berturut-turut rantai yang tumbuh.
2. DP rendah sampai sedang. DP bisa sangat tinggi. 3. Monomer dikonsumsi dengan cepat
sedangkan berat molekul bertambah secara perlahan.
Monomer dikonsumsi relatif lambat, tetapi berat molekul naik dengan cepat.
4. Tidak diperlukan inisiator; mekanisme reaksi seluruhnya sama.
Mekanisme inisiasi dan propagasi berbeda.
5. Tidak ada tahap terminasi; gugus-gugus ujung masih aktif.
Biasanya melibatkan tahap terminasi rantai.
6. Ketika gugus-gugus fungsi dikonsumsi, laju polimerisasi berkurang secara teratur.
Mulanya laju polimerisasi naik ketika unit-unit inisiator terbentuk; selanjutnya relatif konstan hingga monomer hilang.
2.1.1.2. Polimerisasi Rantai (Chain-Growth Polymerization) Eugenol secara Kationik
Eugenol memiliki gugus-gugus yang reaktif di antaranya adalah gugus
vinil dan gugus hidroksi, sehingga eugenol dapat diubah/dimodifikasi untuk
mendapatkan senyawa yang lain. Struktur eugenol mirip dengan struktur β-metil
14
stirena sehingga polimerisasi eugenol dapat dilakukan dengan menggunakan
metode polimerisasi kationik (Handayani et al., 2004) pada gugus vinilnya.
Beberapa reaksi polimerisasi dan kopolimerisasi kationik eugenol dan turunannya
telah dilakukan dengan inisiator BF3O(C2H5)2 (Djunaidi et al., 2010; Handayani et
al., 2004; Kiswandono et al., 2012; Kiswandono et al., 2014), HNO3 (Suirta et al.,
2012), dan H2SO4 (Iswanto dan Susilowati, 2003; Ngadiwiyana, 2005).
Polimerisasi rantai eugenol secara kationik terjadi dengan 3 tahap, yaitu reaksi
inisiasi, reaksi propagasi dan reaksi teminasi.
2.1.1.2.1. Inisiasi
Polimerisasi kationik dapat diinisiasi dengan menggunakan inisiator asam
Brønsted maupun asam Lewis. Pemilihan asam Brønsted sebagai inisiator
haruslah merupakan cukup kuat untuk membentuk spesi terprotonasi dan
anionnya harus memiliki nukleofilitas yang rendah, karena bila nukleofilitasnya
tinggi dapat menghentikan reaksi polimerisasi dengan cepat (terminasi) (Odian,
2004). Asam Brønsted yang umum dipakai adalah H2SO4 dan H3PO4 (Stevens,
2000). Inisiator pada polimerisasi kationik berupa suatu elektrofil (umumnya
berupa proton) yang akan mengadisi ikatan rangkap sehingga mengakibatkan
terbentuknya suatu karbokation (Bruice, 2010). Inisiasi dengan menggunakan
asam sulfat (H2SO4) pekat pada eugenol akan menimbulkan karbokation pada
eugenol dengan cara adisi elektrofilik. Reaksi diawali dengan pemindahan
(transfer) elektron di mana monomer sebagainya sebagai donor elektron
(Ngadiwiyana, 2005). Gambar 2.7 menunjukkan perkiraan reaksi inisiasi pada
eugenol.
Pada tahap reaksi inisiasi ini, karbokation intermediet yang terbentuk
selama polimerisasi kationik adalah karbokation yang lebih stabil (Bruice 2004),
maka dari itu karbokation yang terbentuk adalah karbokation sekunder yang lebih
stabil dibandingkan dengan karbokation primer (McMurry dan Simanek, 2007).
Anion HSO4- merupakan anion counter yang berikatan secara ionik dengan
karbokation. Pada reaksi inisiasi ini, terjadi perubahan warna menjadi warna