JKTI, Vol. 15, No.1, Juni 2013 : 57-59ISSN 0853 - 2788

Akreditasi No: 345/Akred-LIPIIP2MBII0712011

SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOKOMPOSITKONDUKTIF NANOFIBER

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CONDUCTIVE COMPOSITE NANOFIBER

Muhamad Nasir

Pusat Penelitian Kimia Lembaga IImu Pengetahuan IndonesiaJalan Cisitu Sangkuriang Bandung 40135

Email: mnasir7l@yahoo.com

Diterima : 29April 2013, Direvisi: 10Mei 2013, Disetujui: 30Mei 2013

ABSTRAK

Telah dibuat nanokomposit konduktif polianilin(PANI) / polivinyliden fluoride (PVDF) nanofiber denganmenggunakan teknikco-axialelektrospining. Prosespembuatan konduktifkomposit nanofiber danmorfologinanofiberyang terbentuk sangat dipengaruhi oleh konsentrasilarutan PVDF dan jenis pelarut yang digunakan. Padakonsentrasi polimer yang rendah akan terbentuk nanofiberberupa bead sedangkan pada konsentrasi polimer yang lebihtinggi akan terbentuk nanofiber dengan sempuma. Hasilanalisis spectrum FTIR menunjukan struktur Kristal PVDFdalam nanokomposit nanofiber didominasi oleh Kristal p-fasa. Nanokomposit konduktif nanofiber mempunyai potensiaplikasi yang sangat penting untuk sensor, aktuator, dan filterudara.

Kata kunci Nanokomposit konduktif nanofiber, co-axialelektrospinning,polianilin/pvdf nanofiber

ABSTRACT

Conductive composite polyanilinelPVDF nanofiberhas been synthesized by using co-axial electro spinning.Morphology and diameter of nanofiber was influenced byPVDF polymer concentration and the type of solvent. Beadednanofiberwas formed at lower polymer concentration. On thecontrary, free beaded nanofiber was formed at higherpolymer concentration. Result of FTIR analysis showed thatPVDF crystal structure was dominant by p-phase crystalstructure. Conductive composite nanofiber has potentialapplication in sensor, actuator and airfilter.

Keywords: Conductive composite nanofiber, co-axialelectrospinning, polyaniline/pvdf compositenanofiber

PENDAHULUAN

Saat ini perkembangan nanosains dannanoteknologi sangat cepat dan menjadi perhatianutama kalangan akademik dan industri. Perubahan

ukuran material dari skala makro ke skala nanomenyebabkan perubahan sifat-sifat material danakhirnya akan berpengaruh pada kinerja alat ataupunproduk yang menggunakannya'". Salah satu topikpenelitian yang banyak dilakukan saat ini adalahpengembangan material nano seperti nanofiber dannanopartikel dengan menggunakan teknologielektrospinning. Keunggulan nanofiber dibandingkandengan fiber konvensional adalah mempunyai luaspermukaan spesifik yang sangat luas, sangat ringan,bentuk yang fleksibel, mengurangi ruang yangdibutuhkan dalam aplikasi, mampu menembus bataskinerja optimum material konvensional, mempunyainilai ekonomi yang sangat tinggi'". Nanofibermempunyai potensi aplikasi dalam bidang energi,medisin, bioteknologi, pemurnian air dan lain-lain.

Elektrospinning adalah salah satu cara yang ampuhuntuk membuat nanofiber dan nanopartikel. Secarasederhana proses elektrospinning adalah sebagaiberikut: larutan polimer di charge dengan listrik DCtegangan tinggi; peningkatan voltase akanmempengaruhi dan mendistorsi droplet pada ujungnozel, jika tegangan yang diberikan mampu mengatasitegangan permukaan (surface tension) larutan makadroplet pada ujung nozzle akan pecah dan akanmembentuk aliran lurus dari larutan polimer (polymerjet). Selanjutnya pada saat danjarak tertentu akan terjadiinstabilitas dari polimer jet. Pada saat aliran polimermenunju kolektor akan terjadi penguapan pelarut danakhirnya akan terjadi solidifikasi polimer menjadinanofiber dikolektor yang terhubung dengan groundtegangan listrik (3).

Material komposit dibuat dengan tujuan untukmendapatkan sifat gabungan dari materialpenyusunnya, peningkatan sifat-sifatnya sertamengontrol nilai ekonomisnya. Polianilin adalahpolimer yang bersifat konduktif. Sedangkan PVDFadalah sebuah material yang sangat penting dalam duniaindutri karena sifat kimia dan fisiknya yang baik. PVDF

57

JKTI, Vol. 15, No.1, Juni 2013: 57-59

mempunyai beberapa fasa kristal, seperti fasa alfa (a) ,beta (~) dan gama (y) (4). Fasa a tidak mempunyai sifatlistrik, sedangkan fasa ~ dan y mempunyai sifat listrik:.Fasa ~ PVDF dengan sifat listriknya sepertipiezoelektrik, pyroelektrik sangatpenting dalam apliksiindustri. Dalam pembuatan nanokomposit konduktifPVDF/PAN!nanofiber pengontrolan bentuk kristal dariPVDF adalah sesuatuyang sangatpenting (S).

Tujuan penelitian adalah untuk membuatnanokomposit konduktif PVDF/PANI nanofiber,pengontrolan morfologi dan strukturnya denganteknologi elektrospinning.

BAHAN DAN METODA

BahanBahan-bahan kimia yang digunakan: polyaniline

(PAN!) (Merck), PVDF (Sigma), N-N DMAc (Sigma),aceton (Sigma), SDS(Sigma).

PeralatanMesin elektrospinning dengan co-axial nozel,

FESEM (JEOL)danFTIR (Nicolet).

MetodaLarutan untuk elektrospinning

Polianilin dilarutkan dengan asam asetatdengan berbagai variasi konsentrasi dan diaduk sampailarut dan kemudian disaring dengan mikrofilter. PVDFdan SDS dilarutkan dengan pelarut N-N DMAc secarabersama-sama dan diaduk secara terus menerus padasuhu 60°C. Setelah polimer sempurna larut, kemudianlarutan didiamkan untuk menghilangkan udara yangterperangkap.

Pembuatan nanofiber

Larutan PVDF dipasang pada larutan umpanuntuk bagian luar (shell) sedangkan larutan PAN!dihubungkan dengan nozel bagian dalam (core).Kecepatan aliran larutan PVDF dan PAN! diatur untukmendapatkan kondisi optimal. Jarak antara nozel dankolektor, kemudian voltase yang digunakan diaturuntukmendapatkan kondisi yang optimum.

Nanofiber yang terbentuk dikeringkan dalamdesikator vacuum untuk menghilang sisa pelarut danpengotor.Karakterisasi

Morfologi nanofiber dikarakterisasi denganmenggunakan FESEM (JEOL) dan struktur dari PVDFdiidentifikasi denganFTIR (Nicolet).

58

BASIL DAN PEMBAHASAN

Pengarub konsentrasi PVDF polimer pada morfologinanofiber

Gambar 1. Perubahan morfologi dari nanokomposit konduktifnanofiber dengan variasi konsentrasi PVDF. A)PVDF = 20% w/w, B) PVDF =26% w/w dan C).PVDF = 33% w/w. Sedangkan konsentrasi PANItetap ( 1 t% w/w).

Gambar I menunjukan morfologi darinanokomposit konduktif nanofiber. Pada konsentrasilarutanPVDF 20%terbentuk nanopartikel. Peningkatankonsentrasi PVDF menjadi 26% terbentuknya beadednanofiber. Pada konsentrasi PVDF 33 % terbentuknanofiber secara sempurna. Fenomena perubahanmorfologi berhubungan dengan pengaturan molekulpolimer dalam larutan. Pada konsentrasi rendah polimerdalam larutan berbentuk independent globe, sehinggajika menggunakan larutan ini dalam proseselektrospinning akan terbentuk nanopartikel. Padakonsentrasi polimer sedang akan mulai terjadi interaksiantara globe dalam larutan, pada proses ini akanterbentuk beaded nanofiber. Pada konsentrasi tinggiakan terjadi overlap antar molekul dalam larutan,sehinggaakan terbentuk nanofiber secara sempurna (6-9).

Pengaruh campuran pelarut pada morfologinanofiber

Gambar 2. Perubahan campuran pelarut terhadap morfologidan bead dari nanokomposit konduktif nanofiberdengan variasi konsentrasi PVDF. (a) PVDF30 wt % - laju alir 0.6ml/h-SDS-05wt% - asetone10 wt %-PANI 1 wt %-laju alir 0.008mllh dan (b).PVDF 30 wt % - laju alir 0.6ml/h - SDS-05wt% -PANI 1wt %-laju alir 0.008ml/h

Gambar 2 adalah morfologi dari nanokompositkonduktif nanofiber dengan campuran pelarut. Terlihatdengan penambahan pelarut aseton maka terbentukjumlah bead yang lebih banyak. Jumlah bead pada

proses pembentukan nanofiber tergantung pada sifatlarutan, tegangan permukaan, konduktivitas larutan dantegangan yang digunakan. Aseton bukanlah pelarutyang baik bagi PVDF sebingga dengan mencampurkanaseton dengan N-N DMAc akan menyebabkanterbentuknyaglobe.

Diameter nanoflber

Dalam pembuatan nanofiber, Pengontrolankonsentrasi larutan polimer adalah salah satu cara yangsangat efektif dalam mengontrol diameter nanofiber.Pada konsentrasi rendah akan didapatkan nanofiberdengan diameter yang lebih kecil, sebaliknya diameternanofiber yang lebih besar akan didapatkan jikamenggunakan polimer konsentrasi besar, dimana hal initerlihat jelas pada Gambar 1.

Struktur Nanofiber

2,5

2,0

'5'.!!.u i.suc:•.a•..a 1,0III.a<

0,5

o ,0 -f--,-r~r'-r--'--"T""""""T~--'-.....-.r"""':"",-r--.--r--,----,.--T-'-.....--I1500 1400 1300 1200 1100 1000 gOO SOD 700 600 500 400

WINe number cem-',

Gambar 3. Spektrum FTIR nanokomposit konduktifPVDF/ polyaniline nanofiber

Gambar 3 menunjukan spektrum infra merah darinanokomposit konduktif PVDFIPANI nanofiber.Spektraum FTIR menunjukan gugus fungsi dari PVDF.PVDF berada pada bagian luar (shell) dari nanofiber.Dari spectrum terlihat puncak serapan spesifik dari fasa~ PVDF, yaitu pada panjang gelombang 1277 em",840cm-!, 61Ocm" dan 472cm-!(4-S).Hasil ini menunjukanbahwa kita berhasil mengontrol kristal struktur PVDF

Sintesis Dan Karakterisasi Nanokomposit Konduktif Nanojiber -'Muhamad Nasir.

dalam system kompositnya. Hal ini berarti sangatpenting dalam pengembangan aplikasinya, sepertiuntuk sensor dan aktuator.

KESIMPULAN

Proses pembuatan nanokomposit konduktifPVDF/PANI nanofiber sangat ditentukan olehkonsentrasi larutan PVDF. Free beaded nanokompositkonduktiJnanofiber didapatkan padakonsentrasi larutanPVDF 33 %w/w. Struktur PVDF dalam nanokompositkonduktif nanofiber yang dominan adalah dalam bentukkristal fasa B. Untuk selanjutnya akan diteliti lebihmendalam tentang morfologi dari polianiline dalam intinanofiber komposit.

DAFTAR PUSTAKA

1. Y.Dzenis,Science2004,3041917 -1919

2. S. Ramakrishna, K. Fujihara, Wee-Eong Teo, T.Yong, Z. Ma, and R. Ramaseshan, Material today2006,9,40-50

3. A. Formhals, USPatent no. 1975504 19341002,1934

4. M. Nasir, H. Matsumoto, T. Danno, M Minagawa,T Irisawa, A. Tanioka, Journal oJPolymer SciencePart B: Polymer Physics 2006, 44, 779-786

5. M. Nasir, H. Matsumoto, M. Minagawa, A.Tanioka, T. Danno, H Horibe, , Polymer Journal2007,39,7

6. MG. McKee, GL. Wilkes, RH. Colby, TE. Long,Macromolecules 2004,37,1760-1767

7. PG. De Gennes, Macromolecules 1976, 9,587-597

8. SL. Shenoy, WD. Bates, HL. Frisch, GE. Wnek,Polymer 2005,463372-3384

9. Teraoka, Polymer Solutions: An Introduction tophysical properties 2002, Willey Intesciences

5