STunI AWAL POLIMERISASI OPAL STIRENA-BUTILAKRILAT

STunI AWAL POLIMERISASI OPALSTIRENA-BUTILAKRILAT BERUKURAN SERAGAM SECARANANOTEKNOLOGI

Evi Oktavla', Nurudin Budtman', Emil Budianto''

I Balai Besar Pulp dan Kertas, Bandung2 PT Clariant, Tangerang3 Universitas Indonesia, Depok

A NANOTECHNOLOGY PRELIMINARY STUDY OF OPALINEPOLYMERISATION OF MONODISPERSE STYRENE-BUTYL ACRYLATE

ABSTRACT

A preliminary study of starved feed stepwise emulsion polymerization was conducted on twomonomers, which have a large refractive index difference between the hard monomer styrene and thesoft monomer butyl acrylate. Monomer glycidyl methacrylate used as cross linker agent. Thesemonomers are selected to obtain monodisperse polymer colloids for the preparation of elastomericpolymer opaline film. The films showed opaline color shades due to selective reflection of the lightwavelength corresponding to the lattice spacing. Surfactant and initiator were maintained at lowconcentrations in order to obtain polymer colloids of nanometer size i.e. 200 - 300 nm in diameter.These polymer colloids in range sizes of particles were cast dried. They showed the opalescencecolors. The effect of concentration surfactant sodium lauryl sulfate and concentration of initiatorammonium persulfate was investigated to obtain theoretically solid content. The polymers preparedwith this method were monodispersed at less than 5 %

Keywords: Emulsion polymerization, cross link, polymer colloid opals, particle size, monodisperse

INTISARI

Studi awal polimerisasi emulsi dilakukan terhadap dua monomer dengan perbedaan indeksrefraksi yang cukup tinggi, antara monomer keras stirena dan monomer lunak butil akrilat. Monomerglisidil metakrilat digunakan sebagai pengikat silang. Polimer koloid yang dihasilkan mempunyaidistribusi ukuran partikel seragam, untuk menghasilkan polimer elastomerik berwarna opal. Warnadisebabkan oleh hamburan selektif panjang gelombang sinar yang dilewatkan sebanding denganjarak kisi kristal koloid. Konsentrasi surfaktan dan inisiator dijaga rendah untuk menghasilkanpartikel berukuran nanometer yaitu 200 - 300nm. Polimer dalam wujud kering berwarna opal.Pengaruh surfaktan natrium' lauril sulfat, dan inisiator amonium persulfat diamati untukmendapatkan kandungan padatan teoritis. Polimer mempunyai distribusi ukuran partikel yangseragam, yaitu dibawali 0,05,

Kata kunci: Polimerisasi emulsi, ikatan silang, poJimer koloid wama opal, ukuran partikel, distribusiseragam

PENDAHULUAN sedikit. Di dalam industri pulp dan kertas didunia, nanoteknologi mulai dikembangkan, diantaranya pelapisan nano berupa lapisan polimertipis, penyusunan sendiri lapis demi lapis,flokulasi dalam sistem retensi.

Dalam industri kertas, pigmen salutdigunakan sebagai estetika dan kernampuan

Nanoteknologi berkaitan dengan ukuranyang sangat kecil. Suatu material berukurannanometer dan mempunyai sifat-sifat yangberbeda dengan ukuran mikro. Nanoteknologijuga berarti penggunaan material yang lebih

49

BS, Vol.41, No. 2, Desember2006: 49 - 57 ..

cetak. Umumnya zat warna dan pigmenmerupakan bahan kimia yang mengandungikatan rangkap terkonjugasi, yangmengabsorbsi radiasi pada daerah sinartampak. Alternatif untuk menghasilkan warnaadalah refleksi selektif. Warna dihasilkanberdasarkan sudut refraksi, dan bukanberdasarkan struktur alami suatu material.(Egen, M et.al, 2004). Berdasarkan efek ini,untuk memperoleh warna yang semakin kuat,maka modulasi periodik dari indeks refraksiperlu diperhatikan. Model yang paling sesuaiuntuk refleksi cahaya yang sangat kuat dapatdiamati pada batuan opal alami. (Egen, Met.al,2004)

Beberapa usaha dilakukan untukmengimitasi refleksi cahaya batuan opal, diantaranya sedimentasi Si02 (Rupaner, R., et.Al., 2002) dan kristalisasi polimer (Albrecht,T.,2001 Yablonovitch, 1987) sebagaipewarna. Usaha ini dilakukan terhadapmaterial yang mempunyai jarak pita fotonik.Yablonovitch (1987) dan John (1987)memprediksi bahwa kristal dengan kisi padaskala panjang gelombang cahaya modulasirefraktifitas yang periodik akan menunjukkanjarak pita fotonik. Cahaya dengan jarak (gap)ini tidak dapat mengalami propagasi di dalamkristal fotonik, sehingga cahaya dari luar akandirefleksikan. Sedangkan cahaya internal yang METODOLOGIdiemisikan oleh flouresensi pada cacat kisi Proses polimerisasi emulsi inti-kulitkristal akan mengalami lokalisasi. Sifat optik dilakukan secara semi kontinu. Reaktor diisi olehini bergantung pada perbedaan indeks benih berupa pra-emulsi pertama, yaitu campuranrefraksi yang besar antara partikel bola dengan air, KOH, surfaktan, monomer stirena danmatriksnya (Ruhl, 2004). partikel bola dan monomer pengikat silang glisidil metakrilat.matriksnya ini dianalogikan sebagai inti-kulit Kandungan stirena dalam benih lebih sedikit(inti-kulit) dalam sistem polimer lateks. daripada stirena total yang digunakan. BenihPolimer lateks biasa digunakan sebagai bahan diaduk pada kecepatan tinggi yang tetap agarsalut maupun pengikat pada industri kertas. dihasilkan ukuran partikel yang seragam. SuhuLateks berupa campuran partikel bola polimer reaktor dinaikkan hingga 75°C, yaitu suhuberukuran nanometer dan air sebagai terjadinya penguraian amonium persulfat (APS)matriksnya juga merupakan nanomaterial yang........ menjadi radikal bebas ion sulfat. Setelah dicapairamah lingkungan. suhu 75°C, APS ditambahkan sekaligus (shot)

Polimer lateks merupakan material yang agar ukuran partikel yang dihasilkan mempunyaimenjanjikan untuk kreasi efek wama opal distribusi seragam atau sempi (Ruhl, 2005)sebagai bahan salut kertas. Beberapa penelitian Untuk pembentukan inti stirena, ke dalamtelah dilakukan terhadap polimer yang reaktor ditambahkan pra-emulsi pertarna yangmerefleksikan warna pada daerah sinar tersisa secara kontinu selama 3 jam (feeding).tampak, diantaranya yaitu polimerisasi tanpa Setelah penambahan stirena berakhir, dilakukanmenggunakan surfaktan terhadap stirena dan pasca polimerisasi (aging) selama 30 menit tanpaturunan metakrilat (Egen, et. al.,2002; Egen, penambahan stirena lebih lanjut. Paseaet.al.,2004) Egen et al. 2004 melakukan polimerisasi dilakukan pada suhu tetap 75°C.polimerisasi sistem tidak kontinu (batch) Untuk pembentukan kulit butil akrilat, keterhadap metil metakrilat terflorinasi. Ruhl et dalam reaktor yang sama ditambahkan pra-emulsial. 2001 - 2004 melakukan riset terhadap kedua. Pra-emulsi ini berupa campuran air,polimerisasi inti-kulit semikontinu yang surfaktan dan monomer butil akrilat secaradiawali oleh pembentukan benih partikel

50

(seeding). Polimerisasi inti dari monomer kerasdilapisi oleh kulit dari monomer lunak. Perbedaanindeks refraksi antara inti dan kulit cukup tinggi.Karenanya, pada ukuran partikel yang sesuai,film kering yang dihasilkan akan merefleksikanwama pada daerah sinar tarnpak.

Penelitian ini merupakan studi awalpolimerisasi opal dari monomer stirena dan butilakrilat. Terdapat dua faktor yang mendasaripemilihan stirena dan butil akrilat. Faktorpertama adalah perbedaan indeks refraksi yangtinggi di antara keduanya. Faktor kedua adalahperbedaan Transisi gelas (Tg) yang tinggi diantara keduanya. Stirena yang merupakanmonomer keras bertindak sebagai inti, dan butilakrilat yang merupakan monomer lunak bertindaksebagai kulit. Studi ini dititikberatkan padarendemen atau kandungan padatan dan warnapelangi atau opal yang menunjukkankeberhasilan pem-bentukan inti polistirena yangberukuran seragam. Pada penelitian ini digunakansurfaktan sodium lauril suifat dan inisiatoramonium persulfat. Kedua konsentrasi darikomponen ini dijaga pada jumlah rendah, agardihasilkan ukuran partikel polimer 200 - 300 nmyang seragam, dan sesuai dengan panjanggelombang refleksi warna pada daerah sinartampak.

Studi awal Polimerisasi Opal Stirena-ButilakrilatBerukuran SeragamSecara Nanoteknologi (Evi Oktavia, Nurudin Budiman, Emil Budianto)

Tabel I. Pengelompokan trial polimerisasi

Pengikat Jumlah KandunganKelompok Trial Polimerisasi padatansilang SLS teoritis (%)

I T 1, T 7, T 5 Inti stirena - Rendah 16 1811 T2, T 11, T 6 Inti stirena - Rendah 16-18III T3, T 10, T9 Inti stirena - Tingai 16 -18

T 12 Inti stirena ..j Rendah 18

IV T 3, T 4, T 8 Inti-kulit stirena- Rendah 30-32butilakrilat -V T13,TI4,TI5 Inti-kulit stirena- ..j Rendah 23 -24butilakrilat

kontinu selama 4 jam pada suhu 75°C.Polimerisasi dilanjutkan dengan pascapolimerisasi selama 1 jam tanpa penambahanbutil akrilat lebih lanjut. Kemudian, dilakukanpendinginan polimer emulsi yang terbentuksampai mencapai suhu kamar.

Penelitian ini dibagi menjadi 5 kelompok,seperti tampak pada Tabel I. Variasi dilakukanuntuk melihat pengaruhnya terhadap rendemenatau kandungan padatan, wama, dan ukuranpartikel polimer yang dihasilkan. Polimeremulsi dikarakterisasi dengan cara penentuannilai kandungan padatan (SC) secaragravimetri menggunakan oven Memmert UM400. Perhitungan kandungan padatan :

% se eksperimen= A - B x 100 %e

% se tecritis= beret total fonnula - beret fonnula tanpa air x100%

beret total formula

Studi nu menggunakan formula dengankandungan padatan yang bervariasi. Maka,kandungan padatan akan dibahas dalam bentukpersen kedekatan antara SC yang diperolehdari eksperimen dengan perhitungan SCteoritis, yaitu :

% Kedekatan se =[100 Kteariti! - se . 'I x 100% ~

se teoritis

Pengukuran pH polimer lateks menggunakanMetrohm pH meter 691, distribusi ukuranpartikel polimer lateks menggunakan MalvernZetaNano Particle Analyzer Nano Series(Nano S), spektofotometri film keringmenggunakan FTIR Shimadzu IRPRESTIGE-21 ATR, dan sifat termalmenggunakan alat DSC-60 Shimadzu

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kandungan padatan

Secara keseluruhan trial polimerisasimenghasilkan kedekatan yang rendah di antaraSC eksperimen dengan teoritis. Ini menunjukkanreaksi konversi monomer untuk membentukpolimer berlangsung belum sempurna. KedekatanSC kelompok I, Il, dan IV bernilai rendah. Ketigakelompok ini menggunakan surfaktan dalamjumlah yang rendah (Tabel I). Nilai SC yangrendah ini menunjukkan jumlah surfaktan kurangmemadai. Sedangkan kedekatan SC tertinggiberada pada kelompok Ill. Hal ini sesuai denganteori bahwa makin tinggi jumlah surfaktansampai batas jumlah tertentu, maka polimerisasiberlangsung semakin baik. (Ruhl, 2005)

Pada T 12, formula T 1 dimodifikasi denganpenambahan pengikat silang (+XL) glisidilmetakrilat (GMA). Pada Gambar 2. terlihatbahwa polimerisasi stirena menggunakan pengi-kat silang (T 12) menunjukkan hasil yang lebihbaik daripada tanpa pengikat silang (T I). Dengankata lain, T 12 lebih baik daripada kelompok I, n,dan Ill. Ini dikarenakan GMA mempunyai gugusakrilat dan epoksi. Gugus-gugus fungsi ini me-nyediakan pasangan elektron bebas, sehinggamemudahkan polimerisasi be-rantai, Selain itu,

-"'GMA bertindak sebagai monomer penstabil,seperti halnya asam akrilat (Dow Plastics, 2005).

Glisidil metakrilat mempermudah transferradikal bebas. Selain itu, bagian hidrofobik dariGMA memberikan kontribusi terhadap ber-tambahnya hidrofobisitas sistem emulsi.Bertambahnya hidrofobisitas ini menguntungkanuntuk terjadinya kristalisasi polimer berwamaopal. Hal ini akan terjadi jika jumlah inisiatorrendah seperti formula T 12. Oleh sebab itu,densitas muatan akan rendah jika dibandingkanhidrofobisitasnya yang tinggi (Egen, et.al.,2004)

51

BS, VoJ. 41, No. 2, Desember2006 : 49 - 57 ..

Perlllndingan se PoIistiren ·Xl dgn +Xl

:!)..• ···········.IU

....r:'····:·········~l~15 __ T1",:.'- ,.... .' ...•.. TlIeorlis

-10 ..'u ••••••• T12..."'~7'" ...•... T121eo!iil

5 .'"

"

."0Seed PS Fled PS 1 jIm Fled PS 2 jam Fled PS 3 pm Agilg PS 31

WUN ,..dln; SlIr.n

Gambar 2. Perbandingan SC polimerisasi T 1dan T 12

Pada Gambar 3 terlihat se eksperimenpolimerisasi inti stirena (penambahan Stselama 3 jam) mengikuti tren yang seharusnya,meskipun masih jauh dari SC teoritis.Sedangkan pada ekperimen kopolimerisasistirena-butil akrilat (penambahan BA selama 4jam), SC ekperimen menunjukkan trenmenurun. Ini menunjukkan bahwakopolimerisasi butil akrilat berlangsungkurang sempuma, yaitu sebagian besarmengalami pengenceran sistem emulsi olehmonomer butil akrilat yang disebabkan olehjumlah surfaktan dan inisiator yang rendah.Namun, formula ini tetap dipertahankan padakonsentrasi keduanya yang rendah ataudilakukan sedikit penambahan variasi jumlah

Pollmerisaai Slirena-&lliiakrilal (TU)25.-------------------~------~.•....•....•....•20 .•.•....•...

-15~~10

.'Seed Fttd Feed Feed A""g Feed Feed Feed Feed AgingPS PSl PS2 PS3 PS3a SAl SA2 BA3 BA. BAW

jam jam jam jam jam jam jam

Feeding

Gambar 3. SC eksperimen dan SC teoritispada polimerisasi stirena-butilakrilat

inisiator dan surfaktan, agar diperoleh polimeropal yang seragam dengan kisaran ukuranpartikel 200 - 300 nm.

52

Pengaruh APS dan SLS terhadap pH

.Nilai SC eksperimen bervariasi, bergantungpada kondisi pH reaksi. Polimerisasi ini tidakmenggunakan larutan penyangga, sehingga rasiopenggunaan APS terhadap SLS berperan dalampenentuan nilai pH. Polimerisasi menggunakaninisiator APS berlangsung baik pada pH basa .

2- -S208 --? 2 S04'

2 S04' + 2 H20 OH.. 2 HS04 + oso,"H+2 S04' + 2 H20 ---'---'? 2 HS04 + H202

H202 2 OH· --? H20 + 'l'2 O2

Data pada Tabel 2 menunjukkan nilai pHyang berbanding terbalik dengan penggunaanAPS yang semakin besar. Kemungkinan yangterjadi adalah pembentukan ion hidrogen dariproses pelarutan garam amonium. Pembentukanion hidrogen ini menyebabkan pH sistem menjadirendah atau asam. Reaksi yang terjadi yaitu reaksihidrolisis yang menghasilkan ammonia dan ionhidrogen, dimana ion hidrogen ini berperandalam penurunan pH (Cotton, dan Wilkinson,1999). Polimerisasi kelompok I berlangsung padapH yang sesuai, yaitu basa, tetapi belummenghasilkan SC yang mendekati teoritis. Untuksemua kelompok, rasio APS/SLS menunjukkanangka bervariasi. Penambahan inisiator sensitifterhadap kestabilan emulsi, sedangkan surfaktanlebih berperan pada ukuran partikel polimer.

Kelompok I menunjukkan kisaran pH basa,kelompok 11dan III berkisar pH asam. KelompokI (Tl dan T 7) dan kelompok II (T 2 dan T 11)menggunakan APS yang hampir sama, tetapikelompok II menunjukkan penurunan pH yangbesar dibandingkan kelompok I.

Kelompok 11menggunakan SLS lebih banyakdaripada kelompok I. Kelompok IIImenggunakan jumlah SLS yang jauh lebih besar,sehingga terjadi penurunan pH juga. Tabel 2menunjukkan bahwa SLS mempunyai pengaruhyang lebih besar terhadap pH daripada APS. Inididukung oleh Boutti et a/ (2005) bahwakontribusi muatan negatif dari APS (0,1 bib %)dapat diabaikan jika dibandingkan dengansurfaktan anionik (7,4.10,8 mollL). Penurunan pHakan menurunkan efisiensi persulfat dalammenyediakan radikal bebas (Beyer,., 2003).

Jika hanya memperhatikan pH, makapolimerisasi polistirena pada T 1 dan T 7(kelompok I) menjanjikan untuk mengalamireaksi polimerisasi inti dengan sempuma.


Diharapkan terbentuk polimer opal dengankedekatan SC tinggi, yang dijelaskan pada subbab wama dan ukuran partikel berikut.

Warna dan Ukuran Partikel

Casting film polimerisasi yang dikeringkanmenunjukkan beragam wama. MenurutRuhl,(2004) wama film akan berubah selamareaksi berlangsung. Pada awal reaksi, filmtidak berwama karena ukuran partikel masihterlalu keeil. Saat reaksi terus berlanjut, wamaberubah menjadi sedikit keunguan, lalu biru,hijau, dan akhimya merah,

Pada T 1, selama reaksi berlangsung wamaberubah dari putih, ungu muda, kuningkehijauan, dan terakhir kuning hijaukemerahan. Wama akhir mendekati merahmenunjukkan ukuran partikel besar. Pada T 3dan T 9, wama tidak berubah selama reaksiberlangsung. Tidak adanya perubahan wamaini menunjukkan ukuran partikel yang kecil.Hal ini terjadi karena jumlah SLS yang lebihbesar pada formula T 3 dan T 9. Semakinbanyak surfaktan maka ukuran partikelpolimer semakin kecil ( Yablonoviteh, 1987)Kaitan wama dan ukuran partikel polimerdapat dilihat pada Tabel3.

Nilai indeks polidispersitas (PDI) yangrendah menunjukkan bahwa distribusi ukuranpartikel adalah seragam. Nilai PDI padapenelitian ini berkisar antara 0,002 - 0,2, inimenunjukkan monodispersitas yang tinggi.Kurva distribusi partikel seragam dapat dilihatpada Gambar 5 berikut:

Partikel dengan ukuran 200 - 300 nmyang sangat seragam akan merefleksikanwama opal yang kuat. Ukuran partikel danwama polistirena yang bervariasi dapat dilihatdari hubungannya dengan pH dan persenkedekatan SC (Tabel 1). Pada kelompok I, T 1dan T 7 menunjukkan persen kedekatan SCrendah, namun T 1 dan T 7 berwama palingkuat, sesuai dengan ukuran partikel T 1 dan T7 yang berada dalam kisaran 200 - 300 nm.Peristiwa tersebut terjadi karena keduanyabereaksi pada pH yang sesuai, yaitu basa. PadapH IDl, APS stabil, sehingga dalampenggunaan inisiator dan surfaktan yangrendah, dapat terbentuk ukuran partikel sesuaipersyaratan refleksi warna opal.

Kelompok III menunjukkan persenkedekatan SC tinggi, tetapi hanya berwamaputih, atau dihasilkan ukuran partikel terlalukecil. Hal ini terjadi karena kelompok III

berlangsung pada pH asam. Nilai pH asamdiperoleh dari kontribusi jumlah APS dan SLSyang lebih besar dibandingkan trial lain. Hal inimengakibatkan benih polimer berukuran sangatkeeil.

Pada T 8, film kering menunjukkan wamadominan putih sedikit kemerahan. Selamapolimerisasi butil akrilat berlangsung, wamasemakin menghilang atau memutih. Hal inimenunjukkan ukuran partikel semakin besar,yang hanya merefleksikan pada daerah sinar inframerah (Egen., et. al., 2004) T 8 menghasilkanpolimer lunak seperti tujuan semula, akan tetapitidak menunjukkan rendemen yang sesuai. Persenkedekatan SC inti stirena sangat rendah (22,82 %)dan persen kedekatan SC kopolimer stirena-butilakrilat juga rendah (16,00 %). Oleh karena itu,film elastomerik T 8 terbentuk karena monomerbutil akrilat mengembang, dan bukan polimerinti-kulit yang terbentuk (Egen, et.al., 2004)

Spektrum FTIR dan Nilai Tg

Pada Gambar 6. spektra T 1 dibandingkanterhadap T 12 tidak menunjukkan perbedaanserapan yang signifikan. Perbedaan puneak yangkhas pada daerah 1870 - 1540 cm'! menunjukkanserapan gugus karbonil (C=O) dari esterkarboksilat, atau pengikat silang GMA yangdigunakan pada T 12. Puneak serapan inimempunyai intensitas kuat sedangkan spektrapada 1740 cm'! mempunyai intensitas lemah(Steward, P.A., 2005). Hal tersebut disebabkanoleh jumlah GMA yang ditambahkan hanyasedikit (6% dari berat polistirena).

Pada Gambar 7. perbandingan spektra FTIRuntuk T 12 terhadap T 13 tidak mempunyaiperbedaan yang besar. Pada T 13, serapan daerah3100 - 3000 cm'! merupakan bilangan

. gelombang dan intensitas yang sama dengan inti-"T 12. Ini menunjukkan tidak memadainya

interaksi antara polistirena dengan butil akrilatdan asam akrilat. Penjelasan ini didukung datakarakterisasi termal menggunakan DSC.. Puneak serapan pada 1740 cm'Imenunjukkangugus karbonil (C=O) untuk T 13 yang lebih kuatdaripada T 12 menunjukkan gugus karbonil daributil akrilat dengan intensitas lebih kuat daripadagugus karbonil dari GMA. Hasil ini sesuaidengan berat butil akrilat yang lebih besardaripada GMA. Puneak serapan pada daerah1190 - 1140 cm'! dengan intensitas mediummenunjukkan kemungkinan vibrasi C-C(=O)-Oester jenuh atau vinil karboksilat dari £util akrilat.

53

BS, Vol. 41, No. 2, Desember 2006: 49 - 57 ..

Tabel2. Penggunaan APS dan SLS, pH Polimerisasi, dan Kedekatan se

Trial APS (bib %) SLS (gIL) Rasio APS (gIL) / SLS (bib pH Kedekatan se%) (%)

(Kel. I)Tl 0.067 0.979 0.0680 8.70 46.76T7 0.082 1.006 0.0816 8 22.82T5 0.093 0.979 0.0951 8.15 89.14

(Ke!. 11)T2 0.070 1.025 0.0679 5.23 37.24Tll 0.083 1.025 0.0815 2.85 45.61T6 0.133 0.979 0.1358 2.21 39.14

(Ke!. Ill)T3 0.067 1.635 0.0407 4.81 92.56TIO 0.081 1.239 0.0658 4.14 96.42T9 0.132 4.896 0.0271 2.51 94.74

(Ke!. IV)T3 0.040 1.475 0.0271 2.60 33.38T4 0.040 1.088 0.0368 2.86 34.63T8 0.053 1.120 0.0473 2.38 16.00T 12 0.069 1.087 0.0637 4.61 87.88

(Ke!. V)TB 0.069 1.010 0.0680 2.78 53.74T 14 0.069 1.010 0.0680 2.56 50.99T 15 0.069 1.0lO 0.0680 2.90 59.21

Tabel3. Data ukuran partikel dan wama

Ukuran IndeksTrial partikel Polidispersitas Warna Ket(nm)

Inti(Ke!. I)

Tl 280,9 0,147 kuning hijau kemerahan ++T7 249,4 0,015 hijau kekuningan ++T5 309,5 0,143 putih merah kehijauan -

(Ke!. III)T3 151,8 0,013 putih -

TlO 186,8 0,004 putih -T9 76,91 0;e23 putih -

T 12 201.9 0.003 ungu +Inti-kulit

T8 278.1 0.068 putih -(Ke!. V)

TB 233.3 0.024 hijau +++T 14 192.7 0.024 ungu ++T 15 .213 0.013 biru +++

Keterangan+ " termasuk kisaran warna opal (200 - 300 nm)- : tidak termasuk dalam kisaran warna opal « 200 nm atau > 300 nm)

54


Size Distribution by Volume .

-40· ------------- ---------.---- -------------

30 ----,->----.--, ------------- ------------- 80

70

gI 20>

.eo

-. - - -. - - ,'-.- -', --...-•..•.-Ud.,., '.,:"~. :;,.,',- -.,. --'" SO,40

0,+----- ~ ~ ~~·1~·~~ __ ~ ~--~0o.r 10 '100. tooo '10000'

~hor(""")

10 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -. - - - - - --30

20

10.

Gambar 5. Distribusi Ukuran Partikel (T 13)

l------ [: - ...r ----r----- -------.r---------r---------I-- -r-------r"----- --------'1"------". . i ---l-----"-l

•• ~M - - -----. -t:- "'- -,;,.. -'-~ _... ---- -t--- _.". - -- --_._--'- .. {---------"f - - -O:"~ ,.-t- . -·-...---1,·--- - ~_. --~,."'."---"-- : i,'-',,: :.".' :." i,,: i". ,i ,l ,i

i,: i;;' ,.'.'.. : ~ 1.. ;i.. ~.r-----· ·[--··------r--···· - -,.... . __..,1::. · .. ·r "'1'""----- T

........ · .. i"". . . 'i,'" ~"''j, .

"": '! :':; :l !'[.-- "TH

-

.. _ ------.i

----i-- -------i

'·--·r-- .. · .. --·----j ..... -- .. ,

.... 1i,1·----f - -,--------I

Gambar 6. Spektra inti polistirena T 1 dan T 12

Gambar 7. Spektra inti polistirena (T 12) dan polistirena-ko-polibutilakrilat (T 13)

55

BS, Vol. 41, No. 2, Desember2006: 49 - 57

Temp [C)

Gambar 8. Kurva DSC T 13

Pada kopolimer biasa, dilakukan poli-merisasi dua jenis monomer dengan nilai Tgyang berbeda, sehingga dihasilkan polimerbaru yang mempunyai karakteristik termalyang baru juga, atau terjadi kombinasi Tg darikedua monomer tersebut. Pada kopolimertidak hanya karakteristik termal yang berubah,tetapi sifat fisik lainnya juga berubah.Sedangkan pada polimer inti-kulit,penggabungan dua buah monomer yangmempunyai nilai Tg berbeda, tetapi tetapmempunyai karakteristik dari masing-masingmonomemya. Maka dari itu, pada polimer inti-kulit, Tg juga tetap mempunyai dua nilai, yaitudari masing-masing monomer pembentuknya.Gambar 8 diatas menunjukkan kurva DSCformula T 13 .

Prospek Penggunaan dalam Industri Kertas

Dari hasil karakterisasi seeara umum, polimerlateks yang dihasilkan dapat memberikanwama opal yang baik. Distribusi ukuranpartikel yang seragam dan ukurannya yangsangat keeil juga memberikan prospek yangbaik sebagai bahan pelapis dalam industrikertas. Wama opal memberikan nilai estetikayang tinggi. Di samping itu, polimer emulsi iniberbahan dasar air sehingga ramahlingkungan. Masih diperlukan penelitian lebihlanjut dalam aplikasinya sebagai bahan pelapiskertas.

56

Gambar 8 menunjukkan tiga nilai Tg yangmerupakan Tg dari masing-masing monomerpembentuknya. Tg 21,02°C merupakan kenaikannilai Tg yang eukup besar dari butil akrilat (Tg -44°C). Tg 68,84°C merupakan penurunan nilaiTg dari glisidil metakrilat (Tg 75°C). Tg 96,28°Cmerupakan penurunan nilai Tg dari stirena (Tg100°C). Pergeseran nilai-nilai Tg inimenunjukkan terjadinya kopolimerisasipeneangkokan (grafting) butil akrilat terhadappolistirena, ditambah dengan kehadiran pengikatsilang GMA. Muneulnya masing-masing Tg inidan bukan satu buah Tg gabungan menunjukkanbahwa T 13 mungkin menghasilkan polimer inti-kulit. Data ini didukung oleh data ukuran partikeldan wama T 13 yang merefleksikan pada sinartampak.

-"KESIMPULAN

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkanbahwa:a. Jumlah surfaktan lebih berpengaruh daripada

jumlah inisiator terhadap rendemen intipolistirena. Penambahan inisiator lebihbanyak dan jumlah surfaktan yang konstan,akan mengurangi rendemen polimer. Inisiatorakan mempengaruhi kestabilan emulsi danpH polimerisasi.

b. Nilai pH polimerisasi mempengaruhikestabilan koloid polimer yang terbentuk,sehingga akan mempengaruhi nilai•

Studi awal Polimerisasi Opal Stirena-ButitakritatBerukuran SeragamSecara Nanoteknologi (Evi Oktavia, Nurudin Budiman, Emit Budianto)

kandungan padatan eksperimen.Polimerisasi stirena secara radikal bebasberlangsung baik dalam pH basa.

c. Ukuran partikel polimer pada kisaran 200- 300 nm merefleksikan wama padadaerah sinar tampak. Ini sesuai denganteori pembentukan material jarak pitafotonik. Partikel dengan ukuran lebih kecildari 200 nm dan lebih besar dari 300 nmtidak merefleksikan sinar tampak ataumuncul sebagai wama putih.

d. Polimer opal dari polistirena dapatdisintesis dengan kandungan padataneksperimen mendekati teoritis jikadigunakan pengikat silang. Polimer yangdihasiIkan mempunyai kisaran ukuranpartikel 200 - 300 nm yang sangatseragam, yaitu niIai Indeks Polidispersitasdi bawah 0,05.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terimakasih kepada Pusdiklat DepartemenPerindustrian RI dan PT Clariant Tangerangyang mendanai penelitian ini.

DAFTAR PUST AKA

1. Beyer, D. Alih bahasa Herawan, 2003."Buku Pegangan Polimerisasi Emulsi danPembentukan Lapisan Film". PT.Pulosyntetics-Clariant Indonesia, CiIegon,

2. Boutti, S.; Zafra, R.D.; Graillat, C.;McKenna, T.F., 2005. "Interaction ofSurfactant and Initiator Types in EmulsionPolymerisations; A Comparison ofAmmonium Persulfate and HydrogenPeroxide ", Macromol. Chem. Phys., 206,1355-1372,.

3. Cotton, F.A., Wilkinson, G., 1999, Alihbahasa Suharto, S., "Kimia AnorganikDasar", Penerbit Unversitas Indonesia,.

4. Dow Plastics, "Glycidyl' Methacrylate(GMA)".

http://www.dow.com/acrylic/products/gma.html (15' Oktober 2005, 20.05 wib).

5. Egen, M.; Braun, L.; Zentel, R; Tannert, K.;Frese, P.; Reis, 0.; Wulf, M.; 2004."Artificial Opals as Effect Pigments in Clear-Coatings ", Macromol. Mater. Eng., 289, 158-163,

6. Egen, M.; Zentel, R., 2004. "Surfactant-FreeEmulsion Polymerization of variousMethacrylates; towards Seragam Colloids forPolymer Opals", Macromol. Chem. Phys.,205, 1479-1488,

7. Egen, M.; Zentel, R., 2002. "Tuning theProperties of Photonic Films from PolymerBeads by Chemistry", Chem. Mater., 14,2176-2183,

8. Ger. 19820302, BASF AG, penemu 2002.Rupaner, R.; Leyrer, R.J.; Schumacher, P.,

9.. John, S., 1987. Phys. Rev. Lett., 58, 2486.,10. Komunikasi pribadi, [email protected],

2005.11. Ruhl, T.; Spahn, P.; Winkler, H.; HeIlmann,

G.P., 2004."Large Area Monodomain Orderin Colloidal Crystals ", Macromol. Chem.Phys., 205, 1385-1393,

12. Ruhl, T; Hellmann, G.P.; 2001. "ColloidalCrystals in Latex Films: Rubbery Opals",Macromol. Chem. Phys., 202, 3502-3505,

13.Silverstein, R.M.; Bassler, G.C.; Morrill, T.C.,1981. "Spectroscopic Identification ofOrganic Compounds '', edisi ke-4., JohnWiley & Sons, New York,

I4.Steward, P.A., "Review of the SurfaceChemical Properties of Polymer Latices".http://www.initium.demon.co.uklls_nf.htm(20 Agustus 2005, pk 21.02 wib).

15. USPTO 20040253443, penemu : Anselmann,R.; Winkler, H.; Hellmann, G.P.; Rubl, T.;Vulpius, G.; Dorr, H., 2004. "MouldedBodies Consisting of Core-Shell Particles ",

16. WO 0188044, Merck Patent Gmbh, 2001.........penemu : Albrecht, T.; Anselmann, R;

Rodriguez-Mozaz, S.17. Yablonovitch, E., 1987. Phys. Rev. Lett., 58,

2059,

57

Documents

STunI AWAL POLIMERISASI OPAL STIRENA-BUTILAKRILAT