PREPARASI NANOPARTIKEL FE3O4 (MAGNETIT) DARI PASIR BESI SEBAGAI BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK HDPE (HIGH DENSITY POLIETHYLENE).

(1)

PREPARASI NANOPARTIKEL Fe3O4 (MAGNETIT) DARI PASIR BESI SEBAGAI BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK HDPE

(HIGH DENSITY POLIETHYLENE)

Oleh :

Hepi Arman Gea NIM 4112240005 Program Studi Fisika

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

MEDAN 2015

(2)

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala rahmat dan berkatNya yang memberikan hikmat dan kesehatan kepada penulis sehingga penelitian skripsi ini yang berjudul “Preparasi Nanopartikel Fe3O4 (magnetit) dari Pasir Besi sebagai Bahan Pengisi Termoplastik HDPE (high density poliethylene)” dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan.

Dalam penyusunan skripsi ini pasti tidak akan tercapai hasil yang baik tanpa ada bimbingan, bantuan, saran, dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Nurdin Bukit, Msi., selaku dosen pembimbing skripsi yang dengan sabarnya memberikan bimbingan dan arahan ditengah kesibukan yang luar biasa, kepada Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc., Ph.D., selaku dekan FMIPA, Bapak Alkhafi Maas Siregar, M.Si, selaku ketua jurusan, Bapak Drs. Pintor Simamora M.Si selaku Pembimbing Akademik dan Ketua Prodi Fisika,. Kepada Ibu Dr. Dra. Eva Marlina Ginting, M.Si., Bapak Drs. Usler Simarmata, M.S., Bapak Mukti Hamjah Harahap, S.Si., M.Si., dan bapak ibu dosen lainya yang telah banyak memberikan saran dan masukan dalam menyelesaikan skripsi ini. Secara khusus, dan teristimewa, penulis mengucapkan terima kasih, hormat, rasa cinta, dan bangga kepada kedua orang tua tercinta Ayah Dm.Gea dan Ibu M. Harefa, keluarga, kakak beserta adik-adik tercinta Ariss Gea, Jelis Gea dan Friendly Gea dan keluarga besar penulis beserta rekan-rekan seperjuangan Fisika 011 tercinta yang selalu mendukung memberi semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis juga mengucapkan terimakasih sebanyak-banyaknya kepada Bapak Kepala Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Negeri Medan, Bapak Kepala Laboratorium Fisika Universitas Negeri Medan dan Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung yang telah membantu, memfasilitasi dalam proses penelitian sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di

(4)

Universitas Negeri Medan. Secara khusus penulis mengucapkan terimakasih kepada rekan-rekan seperjuangan di Senat Mahasiswa Fakultas MIPA Unimed buat Andi Sitanggang, Misael Pasaribu Saut Manik, Derman, Fajar, April. Begitu juga kepada rekan-rekan dan adik-adik di Keluarga Mahasiswa Nias Unimed buat Elpin Zega, Yanto Gea, Novul Waruwu dan Robin Harefa dan adik Ester Halawa atas semangat dan dukungan yang telah disumbangsikan kepada penulis dalam menyelesaikan studi. Semua itu tak ada balasan dari penulis, hanya ucapan terimakasih yang sedalam-dalamnya.

Besar harapan hasil penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dibidang material nanokomposit dan pengembangan Ilmu Fisika Material kejenjang selanjutnya. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan yang mendasar pada skripsi ini baik isi maupun cara penulisan yang tidak sempurna. Sehingga saran dan kritik dari pembaca yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kebaikan dimasa mendatang.

Medan, 24 Juni 2015 Penulis,

Hepi Arman Gea NIM. 4112240005

(5)

iii

PREPARASI NANOPARTIKEL Fe3O4 (MAGNETIT) DARI PASIR BESI SEBAGAI BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK HDPE

(HIGH DENSITY POLIETHYLENE) Hepi Arman Gea (NIM 4112240005)

ABSTRAK

Nanopartikel Fe3O4 ( magnetit) telah berhasil dipreparasi dengan metode kopresitasi. Dengan menggunakan Politilen Glikol 6000 sebagai template nanopartikel, sehingga dipergunakan nanopartikel dengan perbandingan 1:5 antara nanopartikel dengan PEG 6000. Nanopartikel yang dipergunakan dalam bentuk serbuk.Penggunaan nanopartikel magnetit sebagai bahan pengisi termoplastik HDPE dilakukan dengan menggunakan dan yang tanpa menggunakan kompatibilzer PE-g-MA menjadi nanokomposit dicampur menggunakan internal mixer dengan laju 60 rpm selama 10 menit pada suhu 150o C dengan masing-masing variasi % berat bahan pengisi yakni 2,4,6,8 % berat. Kemudian dilakukan penekan panas (hot press) untuk pemotongan dengan dumbbell pemotong standar JIS K 6781 untuk dilakukan uji tarik. Dari hasil uji tarik dihasilkan bahwa nanokomposit HDPE/Fe3O4 dengan menggunakan kompatibilizer PE-g-MA dengan nilai kekuatan tarik, perpanjangan putus dan Modulus Young’s terbaik berturut-turut 21.687MPa, 16.963mm, 634.58 MPa untuk sampel dengan % berat pengisi masing-masing 4%, 2%, 8%. Sedangkan untuk nanokomposit yang tanpa menggunakan PE-g-MA dengan nilai Kekutan tarik, perpanjangan putus dan Modulus Youngs terbaik berturut-turut 22.145MPa, 9.9627 mm, 643.20 MPa dengan % berat pengisi masing-masing, 2%, 2% dan 6%.

Karakterisasi nanopartikel magnetit menggunakan XRD menghasislkan ukuran kisi kristal nanopartikel 20,63 nm dengan sistim kristal kubus (cubic) .

Kata kunci : nanopartikel Fe3O4 (magnetit), termoplastik HDPE, PE-g-MA, uji tarik, kompatibilizer

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

Lembar pengesahan i

Riwayat Hidup ii

Abstrak iii

Kata Pengantar iv

Daftar Isi vi

Daftar Gambar ix

Daftar Tabel xii

Daftar Lampiran xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Batasan Masalah 6

1.3. Rumusan Masalah 6

1.4. Tujuan Penelitian 6

1.5. Manfaat Penelitian 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Nanopartikel 8

2.1.1. Pengertian Nanopartikel 8

2.1.2. Perkembangan Nanopartikel 10

2.2. Pasir Besi 11

2.2.1. Struktur Pinel 11

2.2.2. Magnetit 12

2.3. Nanopartikel Magnetit ( Fe3O4) 14

2.4. Termoplastik HDPE 15

2.4.1. Karakteristik HDPE 18

2.5. Nanokomposit 19

2.5.1. Nanokomposit HDPE dengan Nanopartikel 20 2.5.2. Preparasi Nanopartikel Metode Kopresitasi 21

(7)

vii

2.5.4. Matriks Nanokomposit 23

2.5.5. Polyethilene grafed Maleated Anhiride (PE-g-MA) Sebagai 23 Kompatibilizer

2.5.6. Filler Nanokomposit 26

2.6. XRD ( X Ray Diffractometry)

2.8. Uji Mekanik Nanokomposit 29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 31

3.2. Alat dan Bahan Penelitian 31

3.2.1. Alat Penelitian 31

3.2.2. Bahan Penelitian 32

3.3. Prosedur Penelitian 32

3.3.1 Preparasi Nanopartikel Magnetit 32

3.3.1.1. Proses Pengolahan pasir besi 33

3.3.1.2. Proses sintesis nanopartikel metode kopresitasi 33

3.3.2. Pembuatan Nanokomposit 37

3.3.2.1. Pencampuran dengan internal mixer 37 3.3.3. Diagram alir pembuatan nanokomposit HDPE/Fe3O4 41

3.4. Karakterisasi 37

3.4.1. Analisis Nanopartikel Fe3O4 dengan XRD 41

3.4.2. Analisis Sifat Mekanik 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 44

4.1. Hasil Penelitian 44

4.1.1. Hasil Preparasi Nanopartikel Fe3O4 44

4.1.2. Hasil Karakterisasi XRD Nanopartikel Fe3O4 44 4.1.3. Hasil uji tarik HDPE/Fe3O4 menggunakan PE-g-MA 46 4.1.4. Hasil uji tarik HDPE/Fe3O4 tanpa PE-g-MA 46 4.1.5. Hubungan uji tarik regangan dan tegangan HDPE/PE-g-MA/

Nano Partikel Fe3O4 47

4.1.6. Hubungan uji tarik regangan dan tegangan HDPE/ Nano Partikel 49 Fe3O4 tanpa PE-g-MA

(8)

viii

4.2 . Pembahasan 50

4.2.1. Nanopartikel Fe3O4 50

4.2.2. Nanokomposit HDE/Fe3O4 51

4.2.3. Nanokomposit HDPE/Fe3O4/tanpa PE-g-MA 54 4.2.4. Hubungan kekuatan tarik terhadap variasi persen berat bahan

Pengisi Nanokomposit HDPE/Fe3O4/PE-g_MA dan Nano

Komposit HDPE/Fe3O4/ tanpa PE-g-MA 56 4.2.5. Kekuatan Tarik Optimum Nanokomposit HDPE/Nanopartikel/

PE-g-MA dengan yang tanpa PE-g-MA 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 60

5.2. Saran 60

DAFTAR PUSTAKA 61

(9)

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Komposisi kimia pasir besi 13

Tabel 2.2. Sifat fisika dan kimia pasir besi 16 Tabel 2.3. Karakteristik HDPE dan sifat fisika, kimia HDPE 18

Tabel 2.4. Sifat Fisika dan Mekanika HDPE 18

Tabel 3.1. Alat Penelitian 31

Tabel 3.2. Bahan Penelitian 31

Tabel 3.3. Komposisi campuran bahan nanokomposit dalam internal mixer

tanpa kompatibilizer 37

Tabel 3.4. Komposisi campuran bahan nanokomposit dalam internal mixer dengan menggunakan bahan kompatibilizer 38 Tabel 4.1. Data kristalografi Nanopartikel magnetit 45 Tabel 4.2. Identifikasi Puncak Sampel Nanopartikel Fe3O4 46 Tabel 4.3. Data Hasil Uji Tarik HDPE/Nanopartikel Magnetit/PE-g-MA 46 Tabel.4.4. Data Hasil Uji Tarik HDPE/Nanopartikel Fe3O4 tanpa

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Sintesis nanopartikel bottom up dan bottom down 10

Gambar 2.2. Pasir Besi 11

Gambar 2.3. Struktur kubik ferit (a) posisi ion logam dalam logam Kristal Tetra hedral (b) posisi ion logam dalam octa hedarl (c)

gabungan tetrahedral dan octahedral (d) kubik magnet 12

Gambar 2.4. Serbuk magnetik (Fe3O4) 15

Gambar 2.5. Struktur Fe3O4 15

Gambar 2.6. High Density High Poletilen (HDPE) 16

Gambar 2.7. Struktur rantai polietilena 17

Gambar 2.8. Struktur Kristal polietilena, gambaran perspektif ikatan dan

unit sel (sel satuan) 18

Gambar 2.9. Maleat anhidrat 24

Gambar 2.10. Mekanisme pembentukan PE-g-MA 24

Gambar 2.11. X-Ray Diffactometry (XRD) 26

Gambar 2.12. Diffraksi sinar x berdasarkan persamaan Bragg 27 Gambar 2.13. Ukuran puncakdifraksi , dimana semakin lebar puncak ukuran

Difraksi maka ukuran kristalin semakin kecil dan sebaliknya 28 Gambar 2.14. Bentuk umum regangan dan tegangan pada uji tarik 30 Gambar 2.15. Skema pengujian mekanik untuk kekuatan tarik 32 Gambar 3.1. Peenggerusan pasir besi pada morta 33 Gambar 3.2. Pasir besi diayak dengan ukuran 200 mesh 33

Gambar 3.3. Pasir besi ukuran 200 mesh 33

Gambar 3.4. Pencampuran pasir besi dengan HCl pada magnetic stirrer 34 Gambar 3.5. Penyaringan larutan FeCl dengan kertas saring 34 Gambar 3.6. PEG 6000 dalam proses pelelehan 34 Gambar 3.7. Larutan FeCl dicampur dengan PEG 6000 35 Gambar 3.8. NH4OH dimasukan kedalam larutan FeCl 35 Gambar 3.9. Pencucian Fe3O4 dan proses pengendapannya 36 Gambar 3.10. Serbuk partikel nano Fe3O4 dikeringkan dalam oven 36 Gambar 3.11. Nanopartikel Fe3O4/HDPE dimasukan didalam internal mixer 38

Gambar 3.12. Hasil lembaran nanokomposit 39

Gambar 3.13. Pemotongan lembaran sampel dengan Dumbel standar JIS K

6781 39

Gambar 3.14. Hasil potongan JIS K 6781 39

Gambar 3.15. Uji tarik sampel Nanokomposit 40

Gambar 3.16. Sampel Setelah uji tarik 40

Gambar 4.1. Serbuk Nanopartikel Fe3O4 (Magnetit ) dengan PEG 6000 1:5 44 Gambar 4.2. Pola difraksi XRD nanopartikel magnetit 45

(11)

Gambar 4.3. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi Nanopartikel Fe3O4 2% berat 47 Gambar 4.4. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi Nanopartikel Fe3O4 4% berat 48 Gambar 4.5. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi NanoPartikel Fe3O4 6% berat 48 Gambar 4.6. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi NanoPartikel Fe3O4 8% berat 48 Gambar 4.7. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi Nanopartikel Fe3O4 2% berat 49 Gambar 4.8. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi NanoPartikel Fe3O4 4% berat 49 Gambar 4.9. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi NanoPartikel Fe3O4 6% berat 49 Gambar 4.10. Hubungan rata-rata tegangan terhadap regangan pada

Komposisi NanoPartikel Fe3O4 8% berat 50 Gambar 4.11. Pola difraksi Nanopartikel Fe3O4 yang digunakan sebagai

bahan pengisi (filler) 51 Gambar 4.12. Grafik hubungan kekuatan tarik masing-masing sampel

HDPE/PE-g-MA dengan variasi % berat bahan pengisi

Fe3O4 52

Gambar 4.13. Grafik hubungan perpanjangan putus masing-masing sampel HDPE/PE-g-MA dengan variasi % berat bahan

pengisi Fe3O4 52

Gambar 4.14. Grafik modulus Young’s masing-masing sampel HDPE/

PE-g-MA dengan variasi % berat bahan pengisi Fe3O4 53 Gambar 4.15 Grafik hubungan kekuatan tarik dengan komposisi % berat Nanopartikel Fe3O4 sebagai bahan pengisi tanpa PE-g-MA 54 Gambar 4.16. Grafik hubungan perpanjangan putus dengan komposisi % berat Nanopartikel Fe3O4 sebagai bahan pengisi tanpa

PE-g-MA 54

Gambar 4.17. Grafik hubungan Modulus Young’s dengan komposisi % berat Nanopartikel Fe3O4 sebagai bahan pengisi tanpa

PE-g-MA 55

Gambar 4.18. Hubungan kekuatan tarik HDPE menggunakan PE-g-MA dan yang tanpa PE-g_MA dengan komposisi % berat pengisi Nanopartikel Magnetit 56 Gambar 4.19. Grafik hubungan perpanjangan putus HDPE menggunakan PE-g-MA dan yang tanpa PE-g_MA dengan komposisi %

(12)

Gambar 4.20. Grafik hubungan Modulus Young’s HDPE menggunakan PE-g-MA dan yang tanpa PE-g_MA dengan komposisi %

berat pengisi Nanopartikel magnetit 57

(13)

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Hasil Karakteriasasi Nanopartikel Fe3O4 dengan

PEG 6000 1:5 dengan XRD 63 Lampiran 2. Perhitungan Kisi Kristal Magnetit (Fe3O4) dengan PEG 6000 (1:5) Dengan Metode Debye – Scherrer 65

Lampiran 3. Hasil uji tarik nanokomposit 70

Lampiran 4. Dokumen alat dan bahan 77

Lampiran 5. Proses Preparasi dan penggunaan Nanopartikel magnetit

Sebagai filler 82

Lampiran 6. Surat Persetujun bimbingan skripsi 84 Lampiran 7. Surat izin penelitian Laboratorium Kimia Unimed 85 Lampiran 8. Surat izin penelitian Laboratorium Fisika Polimer LIPI

Bandung 86

Lampiran 9. Surat Balasan Keterangan Penelitian Laboratorium Kimia

Unimed 87

Lampiran 10. Surat Balasan Keterangan Penelitian Laboratorium Pusat

Penelitian Fisika LIPI Bandung 88

(14)

1 BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Perkembangan ilmu Pengetahuan dan teknologi (IPTEK) diberbagai Negara dibelahan dunia semakin lama semakin meningkat. Salah satu diantaranya adalah ilmu tentang rekayasa material. Di dasari atas dasar prinsip ilmu yang mengatakan bahwa segala sesuatu yang berwujud di alam ini terdiri atas berbagai material-material penyusun didalamnya. Sehingga ilmu rekayasa material menjadi suatu kajian yang sangat diminati akhir-akhir ini. Hal ini juga tak terkecuali di Indonesia. Indonesia merupakan negara yang kaya akan sumber daya alam terutama bahan-bahan galian industri atau bahan tambang. Bahan galian ini di Indonesia hampir menyebar diseluruh wilayah. Sumber-sumber yang menyebutkan tentang jenis, jumlah cadangan terhitung, kualitas, daerah penyebaran serta kegunaannya masih terbatas sekali, hal ini disebabkan karena banyaknya jenis bahan galian industri, termasuk yang belum diketahui kegunaannya disamping kualitas yang masih belum memenuhi persyaratan. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, pemanfaatan akan sumber daya alam galian tersebut telah bisa dimanfaatkan dalam tahap yang lebih memberikan banyak manfaat yang kenal dalam teknologi nano (nanotechnology). Hal ini disebabkan karena pemanfaatan bahan-bahan galian yang selama ini dalam ukuran besar (bulk) kurang memberikan manfaat dan dampak besar bagi kehidupan masyarakat. Oleh karena itu pemanfaatan material yang lebih dikembangkan saat ini adalah material dalam ukuran nano yang dikenal dengan nanopartikel karena memiliki manfaat yang lebih besar dalam pengaplikasiannya.

Keberadaan pasir besi di Indonesia merupakan suatu hal yang tidak diragukan lagi, akan tetapi pemanfaatan pasir besi selama ini kurang memberikan dampak positif bagi kehidupan masyarakat oleh karena penggunaannya yang hanya lebih banyak dipergunakan sebagai material dalam membuat beton dalam ukuran makro. Oleh karena itu pemanfaatannya bisa lebih ditingkatkan lagi dalam skala ukuran nano yang dikenal dengan nanopartikel. Nanopartikel merupakan

(15)

2 partikel mikroskopis yang memiliki ukuran dalam skala nanometer yaitu sekitar 1-100 nm. Struktur nano bisa dibandingkan dengan rambut manusia yang tebalnya sekitar 50nm dan diameter sekitar 0.3nm molekul air (Schaefer, 2010). Keberadaan nanopartikel akhir-akhir ini menjadi kajian yang sangat menarik, karena materi yang berada dalam ukuran nano biasanya memiliki partikel dengan sifat kimia atau fisika yang lebih unggul dari materi yang berukuran besar (bulk). Sifat tersebut dapat diubah-ubah melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan dan pengontrolan interaksi antar partikel.

Di Indonesia, perkembangan nanoteknologi masih dalam tahap perintisan karena keterbatasan fasilitas dan tenaga ahli baik dalam eksperimen maupun dalam pemanfaatannya. Dengan kendala tersebutlah membuat kita sebagai generasi muda tergerak untuk bekerja keras dengan memanfaatkan potensi dan tenaga ahli yang ada dinegeri ini. Pada periode tahun 2010 sampai 2020 akan terjadi percepatan besar-besaran dalam penerapan nanoteknologi dalam dunia industri yang menandakan bahwa dunia saat ini sedang mengarah kedalam perkembangan teknologi nano. Diberbagai Negara-negara maju seperti Jepang, Eropa dan Amerika mereka telah dan sedang mengembangkan teknologi yang berkaitan dengan nanoteknologi untuk berbagai keperluan yang bermanfaat bagi manusia. Ada berbagai bidang yang akan sangat dipengaruhi oleh nanoteknologi seperti industri baja, pelapisan (coating) dekoratif, industri polimer, industri kemasan, peralatan olahraga, tekstil, keramik, industri farmasi dan berbagai bidang lainnya. Nano teknologi yang sedang menarik untuk dikembangkan saat ini adalah nanopartikel magnetik.

Nanopartikel magnetik telah menjadi material menarik yang dikembangkan karena sifatnya yang terkenal dan sangat potensial dalam aplikasinya dalam berbagai bidang, seperti ferrofluids, katalis, pigmen warna, dan diagnosa medik. Bagaimanapun, beberapa sifat partikel nano magnetik ini bergantung pada ukurannya. Ketika ukuran suatu partikel nano magnetik di bawah 10 nm, akan bersifat super paramagnetik pada temperatur ruang, artinya bahwa energi termal dapat menghalangi anisotropi energi penghalang dari sebuah

(16)

3 partikel nano tunggal dan itu yang sedang digeluti saat ini. Karena itu, bagaimana mensintesis partikel nano seragam dengan mengatur ukurannya menjadi salah satu kunci masalah dalam ruang lingkup sintesis nanopartikel (Aiguo et al.2008). Fe3O4 (magnetit) merupakan salah satu fase dari oksida besi yang bersifat amfoter dan memiliki daya serap yang tinggi (Abdillah, 2013). Fe3O4 (FeO.Fe2O3), berwarna hitam dengan struktur berbentuk inverse spinel dan mengandung ion Fe2+ dan Fe3+ (Gubin, 2007). Disamping keberadaan pasir besi yang tidak terlalu susah untuk didapatkan, pasir besi juga memiliki karakter dan komposisi tersendiri sehingga bisa diperoleh dengan melakukan sintesa. Secara umum pasir besi mempunyai komposisi utama besi oksida, silikon oksida, serta senyawa-senyawa lain dengan kadar yang lebih rendah.

Nanopartikel magnetit (Fe3O4) untuk beberapa tahun terakhir telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, diantaranya sebagai penyimpan informasi dengan densitas yang tinggi, pembentukan gambar dengan resonansi magnetik (MRI), sistem pengiriman untuk obat-obatan, kosmetik, pewarna, sebagai pelapis (coating) untuk mencegah korosi, proses adsorbsi dan sebagai filler untuk berbagai aplikasi nanokomposit.

Salah satu zat yang dapat dipakai untuk membentuk dan mengontrol ukuran dan struktur pori adalah polyethylene glycol (PEG). Dalam hal ini PEG dapat berfungsi sebagai template dan juga pembungkus partikel besi sehingga tidak terbentuk agregat, hal ini dikarenakan PEG terjebak pada permukaan partikel dan menutupi ion positif besi dan pada akhirnya akan diperoleh hasil partikel dengan bentuk bulatan yang seragam. Berbagai penelitian sebelumnya yang melakukan sintesis nanopartikel Fe3O4 dengan menggunakan PEG, seperti yang telah dilakukan oleh Baqiya, dkk (2007), Dame H. (2014) dengan menggunakan PEG 4000, Astuti, dkk (2013) menggunakan PEG 4000. Sedangkan untuk kali ini penelitian menggunakan PEG 6000.

Dalam beberapa tahun terakhir kebutuhan plastik sangat banyak digunakan untuk berbagai kebutuhan dan aplikasi dalam kehidupan manusia. Mulai dari kebutuhan rumah tangga sampai kebutuhan industri. Penggunaannya terus meningkat dan masih memiliki potensi yang besar untuk itu dilakukan

(17)

4 pengembangan lagi agar tercipta produk plastik lebih berkualitas dan tentunya dengan biaya produksi seminimal mungkin. Penggunaan plastik selama ini hanya sebatas dipergunakan dan yang setelah itu dibuang begitu saja. Hal itu disebabkan karena plastik tidak memiliki pengembangan yang lebih lanjut akan sifat, karakter dari masing-masing jenis plastik. Plastik terdiri dari berbagai jenis. Plastik yang umumnya beredar dipasaran antara lain, PET (Polyethylene Terephthalate), HDPE (High Density Polyethylene), PVC (Polyvinyl Chloride), LDPE (Low Density Polyethylene), PP (Polypropylene), PS (Polystyrene). Masing-masing dari jenis plastik ini penggunaannya berbeda-beda sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki.

HDPE merupakan polimer termoplastik linear yang dibuat dari monomer etilen. Memiliki rantai utama yang saling berdekatan, dengan berdekatannya rantai-rantai utama akan menaikkan kristalinitas, rapat massa dan kekuatannya (Hamid, 2008). HDPE memiliki kekuatan tarik dan gaya antar molekul yang tinggi, bersifat lebih keras dan bisa bertahan pada temperatur tinggi (120 oC), dan sangat tahan terhadap bahan kimia sehingga memiliki aplikasi yang luas, diantaranya kemasan deterjen, tangki bahan bakar, kantong plastik, sistem perpipaan gas alam, meja lipat dan pipa yang berfungsi sebagai mengalirkan air maupun gas, dimana material ini memiliki tingkat elastisitas yang tinggi & tingkat keretakan yang rendah, sehingga memiliki life time lebih dari 50 tahun (Olx, 2014). HDPE merupakan plastik yang terbuat dari minyak bumi dan juga merupakan plastik yang sangat sulit terdegradasi, dengan adanya bahan aditif khususnya sebagai pengisi akan mampu mengurangi massa HDPE sebagai bahan baku produk-produk plastik dipasaran. Adanya beraneka ragam produk berbahan polietilena disebabkan karena polimer ini dapat kompatibel dengan sejumlah bahan aditif (Ram, 2008). Selain itu, untuk mengurangi harga atau memperbesar sifat fisik dan mekanik dari HDPE, beberapa zat tambahan yang dimaksud adalah pengisi (filler).

Telah banyak penelitian akhir-akhir ini menggunakan termoplastik HDPE sebagai matrik dan nanopartikel sebagai pengisi (filler) antara lain TiO2/HDPE (Tuan Vu Manh, (2014), CaCO3/HDPE (Saeedi dan Sharahi, 2011); Zebarzad,

(18)

5 dkk. 2006), grafit/HDPE (Sarikanat, dkk. 2011), Clay/HDPE (Pegoretti, dkk, 2010; Wang, dkk. 2003), bentonit alam/HDPE (Bukit, N., 2013), pati tapioka/HDPE (Gunawan, dkk. 2008), abu layang/HDPE (Ni’mah, dkk. 2009), Soya Stalk Flour/HDPE (Mehdinia, dkk. 2013), abu sekam padi/HDPE (Ayswarya, dkk. 2012), Zeolit alam/ASP/HDPE (Siregar M.A, 2014), CPE/HDPE (Caudhry A.U (2014), dan Abu boiler kelapa sawit/ASP/HDPE (Ginting E.M., 2014).

Sementara itu, penggunaan nanopartikel magnetit (Fe3O4) telah banyak dilakukan penelitian akhir-akhir ini. Adapun beberapa penelitian tentang nanopartikel magnetit antara lain nanopartikel Fe3O4 dengan Asam alginic (Kazmierczak et al), Nanopartikel Fe3O4 – Biji Besi, (Montazeri, Hojatollah, 2013), Nanopartkel Fe3O4 – Carbon (Prakash, Raju (2013), nanopartikel Fe3O4-Crom (Cr), Usu), Nanopartikel Fe3O4 sebagai epoksi (Laksmita sari, Riska, 2013), nanopartikel Fe3O4- garfit oksida (GO) (Zhang xiao et al, 2014), nanopartikel Fe3O4 dengan termoplastik LDPE (zhang, dong et al, 2012), Nanopartikel Fe3O4/PAni (Nasution,E.L., 2012), Nanopartikel Fe3O4 dengan sekam padi (Khandanlou,R. et al, 2013) dan nanopartikel Fe3O4 dengan ZnO (Zaporoshets, M. 2011).

Berdasarkan uraian dan penjelasan diatas, peneliti akan melanjutkan penelitian yang mengkhususkan pada penggunaan nanopartikel dengan pencampuran termoplastik HDPE sebagai matrik polimer dan menggunakan pengisi (filler) Nanopartikel Fe3O4 yang telah berhasil disintesis dari Pasir Besi oleh peneliti lainnya. Dimana dalam proses mensintesis oleh peneliti lainnya menggunakan Polietilen Glikol (PEG) 6000 sebagai pembungkus partikel sehingga tidak tejadi penggumpalan. Adapun penelitian ini dengan melakukan analisis fasa dan penyusun material dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan untuk mengetahui struktur morfologinya menggunakan scanning electro microscopy (SEM). Selain itu, untuk mengetahui sifat mekanik untuk uji tarik nanokomposit Fe3O4/HDPE, Sehingga penelitian ini berjudul “ Preparasi Nanopartikel Fe3O4 (magnetit) dari Pasir Besi sebagai bahan pengisi Termoplastik HDPE”.

(19)

6 1.2. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini batasan masalah yang dibahas meliputi:

1. Nanopartikel yang digunakan adalah Fe3O4 dari pasir besi sebagai filler 2. Matriks yang digunakan polimer high density polietilen (HDPE)

3. Karakterisasi Nanopartikel yang dilakukan adalah XRD

4. Uji mekanik yang dilakukan adalah kekuatan tarik, perpanjangan putus

dan Modulus Young’s

5. Variasi persen berat nanopartikel Fe3O4 adalah 2,4,6,8

1.3. Rumusan Masalah

Berdasarkan batasan masalah diatas maka dapat dirumuskan permasalahannya sebagai berikut:

1. Bagaimana struktur dan fasa kristal nanopartikel Fe3O4 yang digunakan ? 2. Bagaimana nilai optimum kuat tarik, perpanjangan putus dan modulus

Young’s dari nanokomposit campuaran Fe3O4/HDPE /PE-g-MA dan tanpa Kompatibeliser PE-g-MA

3. Bagaimana pengaruh sifat mekanik pada penambahan bahan (filler) nano partikel Fe3O4

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetaui struktur dan fasa dan sistem kristal nanopartikel Fe3O4 yang digunakan sebagai bahan pengisi HDPE

2. Untuk mengetahui nilai optimum kekuatan tarik, perpanjangan putus dan modulus Young’s masing-masing Nanokomposit yang menggunakan kompatibilizer PE-g-MA dan yang tanpa menggunakan PE-g-MA

3. Untuk mengetahui pengaruh sifat mekanik terhadap penambahan bahan pengisi (filler) nanopartikel Fe3O4

(20)

7 1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:

Pemanfaatan dalam bidang teknologi nanokomposit yang bisa diaplikasikan untuk nanotekonologi seperti dalam bidang dalam bidang industri digunakan sebagai katalis, sensor, penyimpan data dalam bentuk CD atau hard disk, dan teknologi dan aksesoris elektronik seperti touch screen, serta aplikasi bahan polimer yang mampu memiliki sifat magnetit untuk diaplikasikan dalam dunia teknologi-teknologi canggih.

(21)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa:

1. Nanopartikel Fe3O4 (magnetit) yang digunakan memiliki ukuran kisi kristal 20,63 nm dengan kisi 331 dan sistem kristal cubik.

2. Hasil Uji tarik nanokomposit menghasilkan Nilai Optimum Kekuatan Tarik adalah pada komposisi pengisi (2%) berat tanpa PE-g-MA sebesar 22,145 MPa , Sedangkan Perpanjangan Putus adalah pada sampel dengan komposisi pengisi (2%) berat menggunakan kompatibilizer PE-g-MA sebesar 16,963m m, dan Modulus Young’s pada sampel dengan komposisi pengisi 6% berat tanpa menggunakan PE-g-MA sebesar 643,20 MPa.

3. Penggunaan PE-g-MA sebagai kompatibilizer kurang memberikan pengaruh terhadap kekuatan tarik dan Modulus Young, tetapi hanya untuk perpanjangan putus Nanokomposit HDPE/Fe3O4. Sedangkan pengaruh komposisi bahan pengisi dihasilkan nilai terbaik pada komposisi (2%) berat untuk kuat tarik dan perpanjangan putus, tetapi untuk Modulus Young’s dengan nilai terbaik pada komposisi pengisi (6%) berat.

5.2. Saran

1. Sampel nanopartikel Fe3O4 (magnetit) setelah berhasil disintesis sebaiknya dikeringkan sampai benar-benar kering sehingga tidak terjadi penggumpalan sebelum diballmill atau digerus kemudian.

2. Penggunaan sampel sebaiknya lebih banyak lagi untuk variasi antara bahan pengisi (nanopartikel magnetit) dan HDPE untuk menemukan hubungan erat antara keduanya didalam nanokomposit.

(22)

61 DAFTAR PUSTAKA

Abdillah, G., (2013), Sintesis Karakterisasi dan Uji Stabilitas Fe3O4) Asam Karbonat, Skripsi, Fakultas sain dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga, Yogyakarta

Ahmadi, M., 2008, Potential applications of Nanoparticles and HDPE, International Journal of Pharma and Bio Sciences V1(1)2008

Acosta, Virgilio, C., Clide, Graham, B. J., 1973, Essential of Modern Physic, Harper and Row Publisher, New York

Alothman, Othman, Y., 2012. Processing and Characterization of High DensityPolyethylene/Ethylene Vinyl Acetate Blends with Different VA Contents, Journal of Chemical Engineering Department, King Saud University, P.O. Box 800, Riyadh 11421, Doi:10.1155/2012/635693

Astuti,G., Claudia, 2013, Synthesis of Fe3O4 Nanoparticles from Ironstone Prepared by Polyethylene Glycol 4000, Makara J. Sci. 17/2 (2013), In Press doi: 10.7454/mss.v17i2.xxxx

Bower, I., David, (2002), An Introduction to Polymer Physic, University Cambridge press, published in the United States of America by Cambridge University Press, New York

Bukit, N., (2011), Pengolahan Zeolit Alam Sebagai Bahan Pengisi Nano Komposit Polipropilena dan Karet Alam Sir -20 Dengan Kompatibilizer Anhidrida Maleat Grafted-Polipropilena, Disertasi, USU, Medan

Bukit, N., Frida, E, and Harahap.M.H, (2013). Preparation Natural Bentonite In Nano Particle Material As Filler Nanocomposite High Density Poliethylene (HDPE) Journal of Chemistry and Material Research.3.13, 10-20

Caudhry, A. U., 2014, Blends of High-Density Polyethylene With Chlorinated Polyethylene: Morphology, Thermal, Rheological, and Mechanical Properties, Department of Chemical Engineering, The Petroleum Institute, Abu Dhabi, United Arab Emirates, DOI 10.1002/pen.23546

Fakuktas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan,

(2011), Buku Pedoman Penulisan Proposal dan Penulisan Skripsi

Mahasiswa Program Studi Sain, FMIPA, Unimed

F., Smith William, 2008. Material Science and Engineering, fourth edition McGraw Hill Companies , New delhi

(23)

62 Ghaemi, Mousa, 2002, Grafting of Maleic Anhydride on Polyethylene in a Homogeneous Medium in the Presence of Radical Initiators, Department of Chemistry, University of Mazandaran, Babolsar-4741/ 311, I.R. Iran Ginting, E. M.,(2014), Pengolahan dan Karakterisasi Abu Boiler Kelapa Sawit

dan Abu Sekam Padi menjadi Nano partikel sebagai Bahan Pengisi Termoplastik HDPE, Disertasi, FMIPA USU, Medan.

Ginting, E. M., Bukit, N., (2014), Karakterisasi Material, Medan, Unimed Press Medan

J., Ping Liu. 2007, Nanoscale Magnetic Materials and Applications. Springer Heidelberg : London New York, (ISBN 978-0-387-85598-1)

Kazmierczak, m., pogorzelec-glaser, k., hilczer, a. (2012), morphology and magnetic properties of fe3o4-alginic acid nanocomposites, ainstitute of molecular physics polish academy of sciences, m. smoluchowskiego 17, pl-60179 poznan, Poland

Khandanlou, Roshanak, Ahmad, M.B., (2013), Synthesis and Characterization of Rice Straw/Fe3O4 Nanocomposites by a Quick Precipitation Method, Molecules 2013, 18, 6597-6607; doi:10.3390/molecules18066597, ISSN 1420-3049

Montazeri, Hojatollah, Amani, A., Shahverdi,H.R.,Haratifar, R., (2013), Separation of the defect-free Fe3O4-Au core/shell fraction from magnetite-gold composite nanoparticles by an acid wash treatment, Montazeri et al. Journal Of Nanostructure in Chemistry 2013, 3:25

Moreno, R.Ruiz, (2010), study of superparamagnetic nanocomposites of high density polyethylene and maghemite, advanced applications of electrical engineering, ISBN: 978-960-474-072-7

Novianti, Dwi, (2007), Sintesis Nanopartikel Ni1-xZnxFe2O4 dengan Metode Kopresipitasi, LIPI Nomor : 536/D/2007, Jurusan Fisika ITS

Prakash, R., Fanselau, K. (2013), A facile synthesis of a carbon-encapsulated Fe3O4 nanocomposite and its performance as anode in lithium-ion batteries, Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4, 699–704

Rihayat, T., dan Suryani, (2010), Pengolahan dan Pengujian Sifat Termal Polipropilen Clay Nanokomposit, Seminar Teknik Kimia

Risnasari, I., (2006), Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan Penambahan Uv Stabilizer terhadap Cuaca, Sekolah Pascasarjana, IPB, Bogor

(24)

63 Sarikanat, M., et al (2011), Preparation and mechanical properties of graphite filled HDPE nanocomposites, international scientific journal, volume 50 issue 2, Ege University Turkey

Saeedi, Mojtaba, et al (2011), Morphological and Thermal Properties of HDPE/CaCO3 Nanocomposites : Effect of Content of Nano and MFI, 2011 International Conference on Nanotechnology and Biosensors IPCBEE vol.25(2011) © (2011) IACSIT Press, Singapore

Sera, Merdekani, : Sintesis Partikel Nanokomposit FE3O4/SiO2 dengan Metode Kopresipitasi, (Pemanfaatan sains dan teknologi nuklir), Prosiding Bandung 04 juli 2013

Setiadi dan Pertiwi, A, (2007), Preparasi dan Karakterisasi Zeolit Alam untuk Konversi Senyawa ABE menjadi Hidrokarbon, Prosiding Konggres dan Simposium Nasional Kedua MKICS April 2001.

Sholihah, L. K., 2010, Sintesis dan Karakteriasasi Partikel Nano Fe3O4 yang Berasal dari Pasir Besi dan Fe3O4 Bahan Komersial ( ALDRICH), Jurusan Fisika ITS, Surabaya

Siregar, M. A. (2014), Pengolahan dan Karakterisasi Zeolit Alam dan Abu Sekam Padi Sebagai Bahan Pengisi HDPE (High Density Polyethylene), Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan

Tuan,Vu Manh, (2014), Using Rutile TiO2 Nanoparticles Reinforcing High Density Polyethylene Resin, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Polymer Science Vol. 2014, Article ID 758351

Taufiq, A., (2008), Sintesis Partikel Nano Fe3MnO4 Berbasis Pasir Besi dan Karakterisasi Struktur serta Kemagnetannya, Jurnal nanosais dan nanoteknologi, ISSN : 1979-0880

Willey., John, (2005), nanoscale science and technology, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England

Zhang, Xiao, Jiang, B.,Du, Feng (2014), one-pot hydrothermal synthesis of Fe3O4/reduced grapheme oxide nanocomposite for enchanced lithium storage, Indian Journal of chemistry Vol.53A, March 2014,pp.265-273 Zhang, Dong, Wang, Xuan, Juan, He li, Song, W., Sun, Zi, Han, Bai, Xin, Li in,

(2012), Preparation and characteristic of magnetic LDPE/Fe3O4 nano-composite films, _ Springer Science+Business Media New York 2012, JMater Sci: Mater Electron (2013) 24:1796–1800 DOI 10.1007/s10854-012-1014-0

(25)

(1)

1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:

(2)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa:

1. Nanopartikel Fe3O4 (magnetit) yang digunakan memiliki ukuran kisi kristal 20,63 nm dengan kisi 331 dan sistem kristal cubik.

perpanjangan putus, tetapi untuk Modulus Young’s dengan nilai terbaik pada

komposisi pengisi (6%) berat.

5.2. Saran

1. Sampel nanopartikel Fe3O4 (magnetit) setelah berhasil disintesis sebaiknya dikeringkan sampai benar-benar kering sehingga tidak terjadi penggumpalan sebelum diballmill atau digerus kemudian.

2. Penggunaan sampel sebaiknya lebih banyak lagi untuk variasi antara bahan pengisi (nanopartikel magnetit) dan HDPE untuk menemukan hubungan erat antara keduanya didalam nanokomposit.

(3)

DAFTAR PUSTAKA

Abdillah, G., (2013), Sintesis Karakterisasi dan Uji Stabilitas Fe3O4) Asam Karbonat, Skripsi, Fakultas sain dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sunan Kalijaga, Yogyakarta

Ahmadi, M., 2008, Potential applications of Nanoparticles and HDPE, International Journal of Pharma and Bio Sciences V1(1)2008

Acosta, Virgilio, C., Clide, Graham, B. J., 1973, Essential of Modern Physic, Harper and Row Publisher, New York

Astuti,G., Claudia, 2013, Synthesis of Fe3O4 Nanoparticles from Ironstone Prepared by Polyethylene Glycol 4000, Makara J. Sci. 17/2 (2013), In Press doi: 10.7454/mss.v17i2.xxxx

Bower, I., David, (2002), An Introduction to Polymer Physic, University Cambridge press, published in the United States of America by Cambridge University Press, New York

Bukit, N., (2011), Pengolahan Zeolit Alam Sebagai Bahan Pengisi Nano Komposit Polipropilena dan Karet Alam Sir -20 Dengan Kompatibilizer Anhidrida Maleat Grafted-Polipropilena, Disertasi, USU, Medan

Fakuktas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, (2011), Buku Pedoman Penulisan Proposal dan Penulisan Skripsi Mahasiswa Program Studi Sain, FMIPA, Unimed

F., Smith William, 2008. Material Science and Engineering, fourth edition McGraw Hill Companies , New delhi

(4)

Ghaemi, Mousa, 2002, Grafting of Maleic Anhydride on Polyethylene in a Homogeneous Medium in the Presence of Radical Initiators, Department of Chemistry, University of Mazandaran, Babolsar-4741/ 311, I.R. Iran Ginting, E. M.,(2014), Pengolahan dan Karakterisasi Abu Boiler Kelapa Sawit