Sintesis Poli(butilen itakonat)

C. Sintesis Poli(butilen itakonat)

Poli(butilen itakonat) dibuat dari asam itakonat dan 1,4-butandiol dengan cara polikondensasi dari kedua monomernya, yaitu dengan metode distilasi pada suhu 175 ±5 o

C dengan produk samping air (H 2 O) dari reaksi tersebut. Suhu yang digunakan

untuk reaksi pembuatan poli(butilen itakonat) ini tergolong reaksi pada suhu tinggi, yaitu berkisar 175 ± 5 o

C karena menurut Chajecka (2011) reaksi dengan suhu tinggi (150-220 o

C) akan berjalan lebih cepat dan produknya memiliki berat molekul yang

tinggi dari pada menggunakan suhu rendah (120-140 o C). Pembuatan poli(butilen itakonat) dilakukan dengan variasi waktu distilasi antara 1-3 jam yang bertujuan untuk mengetahui proses yang terjadi selama reaksi polikondensasi tersebut. Rangkaian distilasi pada pembuatan poli(butilen itakonat) terlihat pada Gambar 18.

Pada proses distilasi tersebut dilengkapi dengan gas inert nitrogen (N 2 ) yang dapat

membantu menghilangkan air dan juga mencegah perubahan warna yang terjadi membantu menghilangkan air dan juga mencegah perubahan warna yang terjadi

Gambar 18. Rangkaian Distilasi pada Pembuatan Poli(butilen itakonat)

Hasil pembuatan poli(butilen itakonat) dengan variasi waktu tersebut ditampilkan pada Gambar 19. Hasil poli(butilen itakonat) tersebut mempunyai sifat fisik berwarna oranye yang semakin tua dan berbentuk gel mengalir hingga kurang mengalir seiring lamanya waktu sintesis. Warna oranye yang semakin tua pada poli(butilen itakonat) menunjukkan bahwa poli(butilen itakonat) yang terbentuk semakin panjang. Begitu pula bentuk gel yang semakin memadat dikarenakan interaksi yang terjadi antara asam itakonat dan 1,4-butandiol membentuk poli(butilen itakonat) yang semakin panjang pula.

Gambar 19. Hasil Sintesis Poli(butilen itakonat) dengan Variasi Waktu Sintesis :

(a). 1 jam, (b). 1,5 jam, (c). 2 jam, (d). 2,5 jam, dan (e). 3 jam

Poli(butilen itakonat) yang dihasilkan tersebut dapat larut dalam kloroform, dan sedikit larut dalam etanol dan toluen, tetapi tidak larut dalam air, sedangkan asam itakonat dan 1,4-butandiol yang dipakai dapat larut dalam air. Ketidaklarutan Poli(butilen itakonat) dalam air tersebut menunjukkan bahwa proses polimerisasi (esterifikasi) asam itakonat dan 1,4-butandiol dapat berlangsung pada kisaran suhu dan waktu yang dilakukan. Secara teoritis, asam itakonat dan 1,4-butandiol dapat larut dalam air karena adanya gugus karboksilat dan hidroksil yang polar.

Keberhasilan pembuatan poli(butilen itakonat) selain dari analisis visual, juga ditunjukan dengan analisis dari bilangan asamnya. Bilangan asam merupakan faktor penting untuk mengetahui proses polimerisasi yang terjadi. Hasil perhitungan bilangan asam poli(butilen itakonat) ditunjukkan pada Gambar 20.

Gambar 20. Grafik Hubungan Waktu Sintesis Poli(butilen itakonat) versus Bilangan Asam

Bilangan asam dinyatakan sebagai jumlah miligram kalium hidroksida yang diperlukan untuk menetralkan asam dalam satu gram sampel. Analisa bilangan asam dilakukan untuk mengetahui sisa asam karboksilat yang terkandung setelah proses reaksi terjadi. Senyawa selain asam karboksilat dalam hal ini tidak akan bereaksi dengan kalium hidroksida. Bilangan asam dapat digunakan sebagai kontrol proses sintesis sejauh mana reaksi berlangsung dilihat dari berkurangnya asam itakonat.

Pada Gambar 20 menunjukkan bahwa bilangan asam semakin menurun dengan meningkatnya waktu pembuatan poli(butilen itakonat). Bilangan asam pada pembuatan poli(butilen itakonat) setelah 2 jam mengalami penurunan yang sangat tajam sampai waktu pembuatan selama 3 jam. Hal tersebut menunjukkan bahwa sisa asam karboksilat dari asam itakonat selama proses pembuatan poli(butilen itakonat) semakin lama semakin sedikit sehingga selama proses tersebut dapat dikatakan pembentukan rantai poli(butilen itakonat) yang semakin panjang.

Selain analisis bilangan asam, analisis viskositas intrinsik juga dapat digunakan sebagai kontrol suatu reaksi. Hasil pengukuran viskositas intrinsik poli(butilen itakonat) ditunjukkan pada Gambar 21.

Gambar 21. Grafik Hubungan Waktu Sintesis Poli(butilen itakonat) versus Viskositas

Panjang rantai suatu polimer akan mementukan viskositas dari polimer tersebut, dimana semakin panjang rantai molekul suatu polimer maka viskositasnya juga akan semakin meningkat (Hasan, 2005). Dari Gambar 21, terlihat bahwa viskositas poli(butilen itakonat) pada waktu sintesis 1 dan 1,5 jam meningkat, pada waktu sintesis 2 dan 2,5 jam menurun, dan pada waktu sintesis 3 jam meningkat lagi secara drastis. Hal ini dapat menunjukkan bahwa sintesis poli(butilen itakonat) dengan waktu 3 jam telah dihasilkan panjang rantai suatu molekul polimer yang lebih panjang. Sedangkan penurunan viskositas pada waktu sintesis 2 dan 2,5 jam dapat disebabkan oleh distribusi berat molekul yang lebar dalam sampel yang digunakan. Seperti yang dinyatakan oleh Stevens (2001) bahwa faktor-faktor yang dapat mengacaukan viskositas adalah percabangan rantai, distribusi berat molekul yang terlalu lebar dalam sampel yang digunakan, dan adanya rangkaian alternasi atau blok dalam rangka polimer.

Untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada gugus poli(butilen itakonat) dengan variasi waktu pembuatan, maka dilakukan analisis menggunakan spektroskopi FTIR. Spektra FTIR dari kelima hasil sintesis poli(butilen itakonat) dengan lima variasi waktu sintesis ditunjukkan pada Gambar 22.

Gambar 22. Spektra FTIR Poli(butilen itakonat) Pada Variasi Waktu Sintesis :

1 jam (a), 1,5 jam (b), 2 jam (c), 2,5 jam (d), dan 3 jam (e)

Dari spektra Gambar 22 (a) dan (b) terlihat bahwa pita serapan gugus O-H pada rentang 3500-3000 cm -1 tidak tajam, Gambar 22 (c) ke (d) terlihat bahwa gugus –OH semakin tajam dan lebih tajam daripada gugus –OH pada Gambar 22 (a) dan (b), sedangkan pada Gambar 22 (e) terlihat bahwa gugus –OH semakin hilang. Hasil tersebut identik dengan data pada viskositas intrinsik, yang disebabkan karena distribusi berat molekul tersebut yang lebar pada sampel yang digunakan. Menurut Hasan (2005), setelah terbentuk kopolimer terjadi penurunan yang signifikan pada daerah serapan gugus O-H. Hal tersebut menunjukkan bahwa pada poli(butilen itakonat) yang dibuat dengan waktu 3 jam telah terbentuk kopolimer. Terjadinya pergeseran bilangan gelombang karbonil asam (C=O) pada 1703 cm -1 (Gambar 13) menjadi 1728, 1730, dan 1732 cm -1 (Gambar 22a-e) yang merupakan serapan dari gugus fungsi ester. Seperti yang dinyatakan oleh Silverstein et al. (2005) bahwa terbentuknya ester akan menggeser bilangan gelombang karbonil asam ke bilangan gelombang yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa telah terbentuk ikatan secara poliesterifikasi antara asam itakonat dengan 1,4-butandiol. Pita serapan C=C pada rentang 1637 dan 1639 cm -1 masih terlihat sampai poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 3 jam. Ini menunjukkan bahwa gugus C=C pada asam itakonat tidak terlibat dalam reaksi karena berhasil dilindungi oleh senyawa p-metoksifenol pada saat sintesis. Dari hasil pembahasan FTIR tersebut terlihat bahwa proses sintesis dengan waktu sintesis 3 jam dapat terjadi dan semakin terbentuk poli(butilen itakonat) yang semakin sempurna. Reaksi yang mungkin terjadi pada sintesis poliester dari asam itakonat dan 1,4-butandiol ditunjukkan pada Gambar 23.

OH

OH

HO

OH

-H 2 O

Gambar 23. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Poliester dari Asam

Itakonat dan 1,4-Butandiol

Untuk mengetahui sifat termal dari poli(butilen itakonat) yang dihasilkan dapat dilakukan analisis Termogravimetric Analysis (TGA). Termogram TGA dari poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 1, 2, dan 3 jam disajikan pada Gambar

Gambar 24. Kurva TG-DTA dari Poli(butilen itakonat) 1 jam, 2 jam, dan 3 jam

Gambar 24 menunjukkan bahwa poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis

1 jam mengalami penurunan berat pada suhu 30 °C sampai 258 °C dengan penurunan berat sebesar 7 % karena terjadi pelepasan H 2 O secara endotermis dan diikuti proses

pemutusan gugus ester secara eksotermis. kemudian terjadi penurunan berat sebesar

48 % pada suhu 258 °C sampai 388 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen 48 % pada suhu 258 °C sampai 388 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen

Poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 2 jam mengalami penurunan berat pada suhu 34 °C sampai 275 °C dengan penurunan berat sebesar 14 % karena

terjadi pelepasan H 2 O dan diikuti proses pemutusan gugus ester secara eksotermik.

Kemudian pada suhu 310 °C sampai 375 °C terjadi penurunan berat sebesar 47 % yang disebabkan terjadinya dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) secara endotermis. Sedangkan pada suhu 375 °C sampai 602 °C dengan penurunan berat sebesar 47 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh secara endotermis.

Poli(butilen itakonat) dengan waktu sintesis 3 jam mengalami penurunan berat pada suhu 34 °C sampai 276 °C dengan penurunan berat sebesar 6 % karena

terjadi pelepasan H 2 O secara endotermis dan diikuti proses pemutusan gugus ester

secara eksotermis. Selanjutnya terjadi penurunan berat sebesar 43 % pada suhu 280 °C sampai 387 °C karena dekomposisi rantai poli(butilen itakonat) secara endotermis. Sedangkan pada suhu 387 °C sampai 601 °C dengan penurunan berat sebesar 37 % terjadi degradasi rantai polimer secara menyeluruh (ditunjukkan juga pada Lampiran 7).