Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

SINTESIS DAN KARAKTERISASI LAPISAN TIPIS KOMPOSITPOLIVINILKLORIDA-POLIPIROL I

Budiarto2, Wuryanto2, Azis. K.y.2, A.Arslan2, Yustinus.p2, Subagio.K.S2, dan Fuji S.2

ABSTRAKSINTESIS DAN KARAKTERISASI LAPISAN TIPIS KOMPOSIT POLl VINIL KLORIDA(pVC) -

POLIPIROL(PPY). Telah dilakukan sintesis lapisan tipis komposit PVC-PPY dari pirol yang didifusikan kedalarn matrik lapisan tipisPVC pada media n-heksan dan aseton, dilakukan polimerisasi oksidasi dalarn media carnpuran asetonitril dan metanol elektrolit FeCI) I M.Hasil yang diperoleh berupa lapisan tipis komposit PVC-PPY berwama hitam dan bersifat arnorf, ini terlihat tidak adanya puncak difraksi,dari termograrn DSC terlihat ikatan silang (crosslinking) pada suhu IO7,2S.C dan l69,IS.C serta suhu transisi gelasnya(T.) 81,S4.C.Spektra infra merah dari lapisan tipis komposit PVC-PPY menunjukkan adanya gugus fungsi yang sarna terhadap lapisan tipis pry danmatrik lapisan tipis PVC. Sifat konduktifitas menurun dengan bertambahnya tebalnya lapisan tipis komposit PVC-PPY.

ABSTRACfSYNTESIS AND CHARACfERIZATION OF THIN FILM POLY VINYL CHLORIDE(pVC)-

POL YPYRROLE(PPY) COMPOSITE. The thin film composite of PVC-PPY was synthesized from pirol, by diffiJsion into PVC thinfilm matrix, in a n-hexane and acetone medium. Oxydation and polimerization were carried out in a mixture of asetonitril and methanol ina electrolyte FeCI} 1M. The final results was a PVC-PPY thin film composite, which is black in colour and of amorphous nature. This isindicated by an absence of any x-ray diffraction peaks. DSC thermogram shows peaks indicativ of the presence of crosslinking peaks atIO7,27°C and l69,15°C respectively, along with a glass transition temperature(T.) of 81,54°C. The infra red spectra of PVC-PPY thinfilm composite show the same, cluster-function with respect to the pry thin film and its matrix PVC. The electrical conductivity decreases

with increasing composite thickness.

termal dengan Differensial ScanningCalorimeter

Tujuan penelitian ini adalah membuatlapisan tipis komposit PVC-PPY dengan metodedifusi dan polimerisasi oksidasi serta

mengkarakterisasinya.

PENDAHULUAN

METODOLOGI

BAHAN:Pirol , FeCI3, MetanoI, Aseton, KBr daTi Merck,Polivinilklorida, Asetonitril dari Aldrich

ALAT:Magnetik Slifer dan pemanas merk Thermoline,Difraktometer sinar-x tipe XD610 merkShimadzu, Spektrofotometer inframerah merkPerkin Elmer, Four Point Probe merk Keithley,DifIerensial Scanning Calorimeter tipe DSC7merk Perkin Elmer.

METODE:

Lapisan tipis PVC tebal 3 ~m dimasukkan dalambeaker glass yang berisi pirol 2,4 CC, aseton 9,8cc,dan n-heksan 87,8 cc untuk proses difusi danpelunakan(swelling), selanjutnya dikeringkandengan kondisi udara. Proses polimerisa$ioksidasi dilakukan dalam elektrolit FeCl31Mdalam media campuran asetonitril daD metanol,

Bahan polimer di Indonesia lebihbanyak dikenal sebagai bahan komoditi sepertiberbagai jenis bahan kemasan plastik( botolplastik, karung/ kantong plastik ), alai danperkakas rumah tangga serta bahan bangunan.Padahal perkembangan bahan polimer sudahjauh melampaui batas-batas bahan konvensionaldan telah mernasuki bidang aplikasi yangcanggih sebagai bahan fungsional khusus (I) .

Polimer penghantar listrik, banyakdipergunakan untuk, bahan elektroda(2-3) ,piranti elektronik(4-6) dan sensor(7). Telahdipelajari elektrosintesis PPY dankarakterisasinya oleh Budiarto,dkk (8-1~. Darisudut pandang penerapan polipirol daDkompositnya, merupakan salah satu polimerkonduksi yang palang menarik, karena stabildalam kondisi tertentu dan merniliki dayahantar listrik yang tinggi. (11-12) .Diharapkan

bahan-bahan komposit memberikan perbaikanpada sifat-sifat fisik maupun mekanik daTilapisan tipis PPY.

Hasil sintesis lapisan tipis kompositPVC-PPY dikarakterisasi terhadap derajatkristalinitas dengan Difraktometer sinar-X; sifatkonduktifitas dengan Four Point Probe, dan sifat

1 Diseminarkan pada PERTEMUAN ILMIAH SAINS MATERI, PPSM, BATAN, SERPONG, Tangga122-23 Oktober-1996.

2PPSM-BATAN Serpong

241

BASIL DAN PEMBAHASAN

1. Penentuan Derajat krista/initasGambar la, Ib, dan lc memperlihatkan

difraktogram dari powder PVC, lapisan tipiskomposit PVC-PPY dengan leba! cuplikan 3 ~mdaD lapisan tipis komposit PVC-PPY denganleba! cuplikan 15 ~m.

Ketiga Difraktogram tersebut, menunjukkanbahwa cuplikan powder PVC, lapisan tipiskomposit PVC-ppy tidak mempunyai puncakdifraksi (struktur molekul ), berarti ketigacuplikan tersebut struktur molekulnya amorf.Sehingga dengan demikian cuplikan powderPVC, cuplikan lapisan tipis komposit PVC-PPYtidak dapat dihitung harga derajatkristalinitasnya.

waktu bervariasi : 1; 3; 5; 7; 9 dan 11 jam padasuhu O°C, selesai proses ini laIu dicuci denganaquades. Lapisan tipis komposit PVC-PPYyang terbentuk dikarakterisasi sebagai berikut :1. Penentuan Derajat Kistalinitas menggunakanperaIatan Difraktometer sinar-X,merkShimadzu type XD610.

Cuplikan lapisan tipis komposit PVC-PPYdipotong sesuai ukuran lubang tempat cuplikan,selanjutnya dilekatkan dengan bantuan perekat.Kemudian tempat cuplikan dimasukkankedalam wadahnya dan aIat dihidupkan.Hasilnya akan terekam berupa difraktogrampada kertas berskala. Kondisi aIat meliputi :Tegangan listrik 20 kv, Arus listrik 20 mA,Kecepatan (Scanning) gonio 4° /menit, Presenttime 1 secan,28 = 10 -90°.2. Penentuan sifat konduktifitas lapisan tipiskomposit PVC-PPY menggunakan aIat Fourpoint probe merk Keithley, yang mana cuplikanditempatkan pada pemegang cuplikan, dipasangkawat tembaga diameter sekitar O,25mm dandilem deilgan pasta perak kemudian diukur dayahantar listriknya.3. Penentuan gugus fungsi dari lapisan tipisPVC, PPY daD lapisan tipis komposit PVC-PPymenggunakan aIat Spektrofotometer infra merahmerk Perkin Elmer.Sampel lapisan tipis PPY,PVC dan PVC-PPY dipotong dengan ukuran3xlcm, kemudian dimasukkan /ditempatkanpada sampel holder, selanjutnya basilspektrogramnya dianaIisa terbadap gugusfungsinya daD dibandingkan spektrogram daristandard.4. Penentuan sifat termal

Telah dilakukan karakterisasi lapisan tipiskomposit Poli vinil klorida -Polipirol, teballapisan tipis 3~m dengan waktu difusi 9 jam, dimedia 0,1 M HCIO4 ,terhadap sifat termaIdilakukan dengan aIat DifferensiaI Scanningcalorimeter, tipe DSC7, merk PE~ ELMER.Dengan kondisi operasi : Kecepatan sapuan 10o/menit, jangkauan suhu = 50°-200°C, kecepatanaIiran gas Nitrogen 5 Itr/menit dan berat sampel3,.1 mgr..5. Penentuan tebal sampel

Telah dilakukan penentuan tebal semuasampel dengan rnikrotester secara manual,sampel dipenitrasi dengan jarum dan basilterbaca pada aIat.

2. Sifat konduktijitasDari basil pengukuran sifat

konduktifitasnya Tabel I, terlihat bahwasemakin teballapisan tipis komposit PVC-PPY ,konduktifitasnya menurun. Hal ini disebabkan

242

;..~I

.=.3. Analisa gugus lungsiSpektra infra merah sampel PVC

standard, PPY standard, PVC-PPY standarddan lapisan tipis komposit PVC-PPY basilsintesa dapat dilihat pada gambar 2 -5, dantabel 2.

..,.

~;f :. -!'~""---"-"V

( ...."..(0(;

G'C'11-1/ tot..

,

Iwi. '

1000 )000 ),iX> "'" 1.- 1000 '"'" ".,., """ -wo" (. --0)

()ambar5 .1 Spektra 1nCre alereh der1 fo11v1n11klor1da-fol1p1rol( Reference ).

Pada bilangan gelombang dari 640 Cm-l, adapuncak serapan yang khas untuk vibrasi regangC-CI; pada bilangan gelombang dari 970, 975Cm-l, ada puncak serapan yang khas untukvibrasi regang C-C; pada bilangan gelombang1100Cm-l, 1250 Cm-r dan 1430 Cm-l, 1450

-ICm ada punCak serapan yang khas untukvibrasiregangC-H; Pada bilangan gelombangdaTi 2940 Cm,l, adanyapuncak serapan yangmerupakan ciri khas dati lapisan tipis PVC,lapisan tipis komposit PVC.PPY standard danlapisan tipis komposit PVC-PPY basil sintesa.Adapun oadabilarlgan gelombang daTi 900 Cm-

, 1040 Cm,l, dan 1600 Cm-1 ada

i.:.n

,{".-,,"".,

,tin-', ada puncak serapan yang khas untukvibrasi regang -CH3; pada bilangangelombang dari 1180 Cm-l, 3440 Cm-l adanyapuncak serapan yang khas untuk vibrasi regangN-H, adanya puncak serapan yang khas diatas

243

merupakan ciri khas dari lapisan tipis PPY,lapisan tipis komposit PVC-PPY standard daDlapisan tipis kornposit PVC-PPY basil sintesa.Dan spektra infra rnerah terdapat kesamaangugus fungsinya, ha1 ini menunjukkan bahwasintesa lapisan tipis kornposit PVC-PPY berhasildibuat.

',5,',0, IlL.'"

2,S;I

2,0.

1 , S~

1,0.o.~

Tabel 2.: Data Bilangan gelombang, Gugusfungsi dari lapisan tipis ,PVC; PPY; lapisantipis komposit PVC-PPY dan PVC-PPYreference(*)

o,v

-0,50- 5b. -1.00"' 150 2"00'250 --,.00

T e In per a t u r ("0)

G...bar 6. Tcmaocr- DSC poIiplnll pad. media 1M HOO.~pak_pa(an r-a l0oClDlCftIt

Gugusfungsi

~

3440 N-H29401 2920 2920

1600

!

-CH2.l

11600

I 1600 c-cc-cC-H-CH3C-HN-HC-HC-CC-CC-CC-CI

~ 3. I -

143013351250

14301335125011801100

11320

11801100

11040 I970 970

~ 900

illm

640 ~ 640 640

temyata lebih kecil dibandingkan suhu transisigelas dari PVC yaitu 97°C pada suhu prosesO°C[14J, ini menunjukkan bahwa deformasisangat lambat karena polimer bersifat gelas dankaku.Dan data difraktogram lapisan tipis kompositPVC-PPY, tidak terlihat adanya puncak difraksi,hal ini menunjukkan bahwa lapisan tipiskomposit PVC-PPY bersifat amon.Dengan demikian proses pengikatan silang PPYterjadi pada rase amorphous dari molekullapisan tipis komposit PVC-PPY, ini sesuaidengan basil penelitian TABATA,dkk(15) yangmenyatakan bahwa tidak terjadi pemutusanrantai(chain scission) maupun pengikatansilang( crosslinking ) pada rase kristal danpengikatan silang hanya berlangsung dalam rase

amorphous.

4.Analisa sifal lermalGambar 6 -7, terlihat terrnogram DSC

dari lapisan tipis PPY dan lapisan tipis kompositPolivinilklorida{ PVC ) -Polipirol{ PPY )menunjukkan adanya puncak crosslin,king{pengikatan silang ), ini menandakan terjadinyapembentukan ikatan silang antaramakromolekul(PVC dan PPY) yang terjadiselama sintesa polimer atau selama pemrosesanpolimer linier.Dengan adanya 2 puncak eksotermik, pada suhu107,25° C dan 169,15°C ini menunjukkanbahwa lapisan tipis komposit PVC-PPY tersebutbersifat termal; terrnogram DSC yang sarna,terlihat juga pada lapisan tipis polipirol dimedia HCIO4 .Selain daTi pada itu terrnogram DSC lapisantipis komposit PVC-PPY, juga terlihat adanyasuhu transisi gelas (TJ pada suhu 81,54°C dan

244

KESIMPULAN

9.

BUDIARTO, WURY ANTO dan punSULISWORO, Lokakarya sehari JURNALNUSANT ARA KIMIA, Berkala setengantahunan,JNK 94 II.I-B,93-106(1994)

10. VORKAND, F.T.A., and JANSSEN, L.J.J.,J. Electrochimica Acta, vol. 33, No.ll,1513-1517(1988)

11. KANAZAWA, K.K., DIAZ, A.F.,GARDINI, G.P., GILL, W.D., GRANT,P.M., KWAK, I.F., and STREET, G.B.,Synth. Met., 1 (1980) 329

-Sifat konduktifitas lapisan tipis komposit PVC-PPy menunm dengan bertambah tebalnyalapisan, ini disebabkan oleh doping pirol kurangdalam..-Sifat termal lapisan tipis komposit PVC-PPymenunjukkan adanya Tg : 81,54°C danterbentuk crosslinking pada suhu 107 ,25°C dan169,15°C.-Lapisan tipis komposit PVC-PPy bersifatamort.

UCAPAN TERIMA KASm12. ASAVAPIRIYANOLT,S., CHANDLER,

G.K., GUNA W ARDENA, G.A., andPLETCHER, D., J. Electroanal. Chern.,177,229(1984)

Pada kesempatan ini kami mengucapkanterima kasih kepada. Drs. Mawardi selakuPimpro PPSM dalam mengelola dana untukmempelancar penelitian ini, juga Agus Sunardiserta rekan-rekan yang telah membantupenelitian ini.

13. DIAZ, A.F., CASTll.LO, J.I., LOGAN,J.A., and LEE, W.Y., J. Electroanal. Chern.129,115-132 (1981)

DAFTAR PUSTAKA14. TAE, J.K., MIYATA, S., and MIYAKI, Y.,

Polymer Bulliten, 31, 593-599(1993)M.O. TnA, Disarnpaikam pacta KIPNAS VI,tanggal 11-15 September 1995, Serpong,Jurusan Fisika, ITB, Bandung. 15. TABATA, Y.,MIRZAN, T.R.,

OTSUHATA,K., OHASIHI,F., andTAKEUCHI, A.,J. Appl. Polyrn. Sci.,36,(1988)633

MAC DIARMID, A.G., and HEEGER,H.G., Synth.Met., 1 (1980) 101

16. COLLINS,E.A., DANlELS,C.A., andWITENHAFER, D.E., Handbook ofPolymer, V, 60-69 (1995)

3. WALATKA, V.W., LABES, M.M., andPERLSTEIN, I.H., Phys. Rev. lett., 31(1973)1139

BECRGAARD, Ko, JACOBSEN, CoSo,MORTENSEN, K., PEDERSEN, R.J., andTHORUP, N., Solid State Cornm., 33(1980) 1119

17. DIAZ,A., Chemica Scripta, 17 (1981) 145-148.

4.

5. KRATSCHMER, W., LOWELL, D.,LAMB, K., and FOSTIROPOULUS, D.R.H., Nature 347 (1990) 354

TOURILLON, K.K., and GARNIES, F.Electroanal. Chern., 135(1982)173

6,

PFLUGER, M. KROUNBI, and G.B.STREET, J. Chern. Phys., 78(6)3212(1983)

7.

BUDIARTO dan WURY ANTO, SeminarNasional KIMIA DAN INDUSTRI, Univ.Indonesia, Jakarta, Tanggal 27-29 Juli1993.

8

245