PREPARASI DAN KARAKTERISASI PARTIKEL NANO TIO2 SEBAGAI BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK LDPE.
PREPARASI DAN KARAKTERISASI PARTIKEL
NANO TIO2 SEBAGAI BAHAN PENGISI
TERMOPLASTIK LDPE
Oleh:
Marlina
NIM 4121240006
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sains
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
ii
PREPARASI DAN KARAKTERISASI PARTIKEL NANO TIO2 SEBAGAI
BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK LDPE
Marlina (4121240006)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian sintesis dan karakterisasi nanopartikel TiO2
dengan PEG-6000 dan CTAB menggunakan metode sol gel. Penelitian ini
dilakukan untuk mengetahui pengaruh PEG-6000 dan CTAB terhadap ukuran
partikel.
Penggunaan nanopartikel TiO2 sebagai bahan pengisi termoplastik LDPE
menjadi nanokomposit dicampur menggunakan internal mixer dengan laju 60 rpm
selama 10 menit pada suhu 150oC dengan variasi 2,4,6,8 %. Kemudian dilakukan
penekan panas untuk pemotongan dengan JIS K 6781 untuk dilakukan uji tarik.
Hasil uji tarik nanokomposit menghasilkan sampel dengan nilai terbaik
pada variasi 2% kekutan tarik 10,139 MPa, 2% perpanjangan putus 244,31 mm
8% Modulus Young’s 135,58 MPa, 2% tegangan Yielding 7,9250 MPa, 2%
tegangan putus 9,7435 MPa. Sedangkan untuk LDPE/ TiO2 murni dengan nilai
terbaik pada variasi 4% kekutan tarik 11,359 MPa, 4% perpanjangan putus 283,97
mm, 8% Modulus Young’s 136,04, 8% tegangan Yielding 8,4992 MPa, 4%
tegangan putus 11,092 MPa. Hasil XRD dari sintesis nanopartikel TiO2 adalah
68,81 nm. Adapun hasil SEM menunjukkan bahwa morfologi nanopartikel TiO2
terdapat gumpalan-gumpalan dan tidak teratur.
Kata kunci: TiO2, CTAB, PEG-6000, nanopartikel, XRD, SEM, Uji mekanik
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala. Atas rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi yang berjudul “Preparasi dan Karakterisasi Partikel
Nano TiO2 Sebagai Bahan Pengisi Termoplastik LDPE” terselesaikan dengan
baik sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di Universitas Negeri Medan. Shalawat
dan salam kita sampaikan kepada Nabi Muhammad Shalallahu ‘alaihi wasalam
manusia sempurna pencerah peradaban.
Dalam penyusunan skripsi ini pasti tidak akan tercapai hasil yang baik
bilamana tidak ada bimbingan, bantuan dan saran dari berbagai pihak. Oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof.Dr.Nurdin Bukit,
M.Si selaku dosen pembimbing skripsi yang dengan sabar memberikan bimbingan
dan arahan serta nasehat kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan
selesainya penulisan skripsi ini, dan tidak lupa juga ucapan terima kasih kepada
Bapak yang telah meluangkan waktu memberikan bimbingan juga arahan selama
penyusunan skripsi, kepada Bapak Drs. Abd Hakim S, M.Si selaku dosen penguji
I, Bapak Dr.Makmur Sirait, M.Si selaku dosen penguji II, Bapak
Prof. Dr.
Sahyar, M.Si,M.M selaku dosen penguji III yang telah memberikan kritikan dan
masukan demi penyempurnaan skripsi ini serta Prof. Drs. Motlan, M.Sc., Ph.D
selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan, arahan, teguran
yang berharga dan nasehat selama masa perkuliahan berlanjut.
Secara khusus dan teristimewa penulis ucapakan terima kasih sebesar –
besarnya kepada kedua orang tua Ibunda Tarti dan Ayahanda Yono yang telah
memperjuangkan pendidikan penulis dengan jerih payahnya mendukung serta
mendoakan dengan kasih sayang yang tulus dan tak henti – hentinya. Begitu juga
untuk kakak tercinta Nurul Syaodah, adik – adikku tercinta Abrori dan Rabiul
Tholib, sepupu tercinta Puspita, Leha, Ilyas, Yusuf dan juga untuk keluarga yang
juga memberikan dukungan dan doa. Buat rekan-rekan mahasiswa/i Non-Dik
Fisika angkatan 2012, teman-teman seperjuangan (Dayah, Nurhayati, Ulfa, Kak
Elvi, Sri, Irma, Dinie, Lily, Cindy, Marnala, Martha, Clara, Tika, Nila, Renny,
iv
Konny, Intan, Isrin, Suryani, Rita, Gloria, Juli, Erni, Reza, Wahyu, Ibrahim,
Hendro, Andi, Denny, Habibi, Evan, Heri, Peter, Gordon) terima kasih juga untuk
dukungannya Fani, Ririn, Aty, Laili, teman yang selalu menyemangati Trya,
Citra, Nur, Rahma, Iin, Wulan, Liana, Lia, Nita. Dan ucapkan terimakasih kepada
pihak Laboratorium Kimia dan Laboratorium Fisika Unimed, Bapak Suryono di
LIPI Bandung yang telah membantu penelitian penulis, semoga Allah Subhanahu
Wa Ta’ala memberikan balasan yang baik atas semua bantuan, bimbingan,
persahabatan, dan rasa cinta yang telah diberikan.
Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi para pembaca dan
pengembangan ilmu pengetahuan dalam bidang nanoteknologi. Saya menyadari
bahwa masih sangat banyak kekurangan pada skripsi ini. Oleh karena itu saya
mengundang pembaca untuk memberikan kritik dan saran yang bersifat
membangun untuk sempurnanya skripsi dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan
khususnya dalam bidang nanoteknologi.
Medan, Januari 2017
Penulis,
Marlina
NIM. 4121240006
xi
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir pada tanggal 11 Mei 1993 di Pasar Bilah, Kecamatan Kualuh
Hilir Kabupaten Labuhan Batu Utara, Sumatera Utara. Ibu bernama Tarti dan
ayah bernama Yono. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara.
Pada tahun 2000 penulis masuk SD Negeri No. 115456 Kecamatan
Kualuh Hilir dan lulus pada tahun 2006. Kemudian penulis melanjutkan
pendidikan Sekolah Lanjut Tingkat Pertama di SMP Negeri 1 Kualuh Hilir dan
lulus pada tahun 2009. Pada tahun 2009 penulis melanjutkan sekolah di SMA
Negeri 1 Kualuh Hilir, lulus pada tahun 2012. Pada tahun yang sama penulis
diterima di Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan melalui jalur reguler. Penulis juga pernah
bergabung di organisasi UKMI (Unit Kegiatan Mahasiswa Islam) dan
IKAMMUFIS (Ikatan Mahasiswa Muslim Fisika) Universitas Negeri Medan.
i
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ........................................................................................
i
Abstrak ............................................................................................................
ii
Kata Pengantar .................................................................................................
iii
Daftar Isi...........................................................................................................
v
Daftar Tabel .....................................................................................................
viii
Daftar Gambar ..................................................................................................
ix
Daftar Lampiran ...............................................................................................
x
BAB 1 PENDAHULUAN ..............................................................................
1.1.
Latar Belakang .....................................................................................
1.2.
Batasan Masalah...................................................................................
1.3.
Rumusan Masalah ................................................................................
1.4.
Tujuan Penelitian .................................................................................
1.5.
Manfaat Penelitian ...............................................................................
1
1
3
3
3
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................
2.1 Titanium Oksida (TiO2) ............................................................................
2.1.1. Titanium ...............................................................................................
2.1.2. Penemuan dan Ekstraksi Titanium .......................................................
2.1.3. Titanium Dioksida (TiO2) ....................................................................
2.1.4. Aplikasi TiO2 .................................................................................................................................
2.1.5. Diagram Fasa TiO2.....................................................................................................................
2.2
Bahan Pengisi (filler) Nanokomposit ..................................................
2.2.1 LDPE(Low Density Polyethylena) ......................................................
2.2.2 Polietilen Glikol (PEG) .......................................................................
2.2.3 CTAB (Cetyl trimethilammonium bromide) ........................................
2.3
Nanopartikel .........................................................................................
2.3.1. Pengertian Nanopartikel .......................................................................
2.3.2. Perkembangan Nanopartikel ................................................................
2.3.3. Metode Pembuatan Nanopartikel TiO2........................................................................
2.3.4. Sintesis Nanopartikel TiO2 ...................................................................................................
2.3.5. Proses Pembuatan Nano .......................................................................
2.3.6. Metode Sol Gel ....................................................................................
2.4
Karakteristik Nanopartikel TiO2 .......................................................................................
2.4.1. Karakteristik Kristalinitas XRD ...........................................................
2.4.2. Karakterisitik Morfologi dengan SEM.................................................
2.4.3. Uji Sifat Mekanik Nanokomposit ........................................................
4
4
4
4
5
6
8
10
11
13
14
15
15
16
17
20
21
22
27
27
27
28
ii
BAB III METODE PENELITIAN ...............................................................
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ..............................................................
3.2
Bahan ....................................................................................................
3.3
Alat .......................................................................................................
3.4
Prosedur Penelitian ...............................................................................
3.5
Teknik Analisis Data ............................................................................
3.6
Diagram Alir ........................................................................................
31
31
31
31
32
36
37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1
Hasil Penelitian ....................................................................................
4.1.1 Hasil Pengujian XRD (Xray Diffraction) ............................................
4.1.1.1 Hasil Sintesis Nanopartikel TiO2 ........................................................
4.1.2 Hasil Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) ......................
4.1.3 Hasil Uji Mekanik ................................................................................
4.2
Pembahasan ..........................................................................................
4.2.1 Analisis XRD (Xray Diffraction) .........................................................
4.2.2 Analisis SEM (Scanning Electron Microscopy) ..................................
4.2.3 Analisis Uji Mekanik Nanokomposit LDPE/Nanopartikel TiO2 .
4.2.4 Analisis Uji Mekanik Nanokomposit LDPE/Murni TiO2 ....................
39
39
39
39
42
44
49
49
50
51
53
BAB V KESIMPULAN ................................................................................
5.1
Kesimpulan ..........................................................................................
5.2
Saran .....................................................................................................
59
59
59
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
60
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 TiO2 .......................................................................................... 4
Gambar 2.2. Struktur DSSC ........................................................................... 7
Gambar 2.3 Diagram Fasa TiO2 .................................................................................................... 8
Gambar 2.4 Struktur Kristalrutile .................................................................. 9
Gambar 2.5 Struktrur Kristal Anatase ............................................................ 10
Gambar 2.6 Struktur Kristal Brookite ............................................................ 10
Gambar 2.7 LDPE .......................................................................................... 12
Gambar 2.8 CTAB ........................................................................................ 15
Gambar 2.9 Skema umum proses pembuatan Sol Gel ................................... 22
Gambar 2.10 Tahapan Pembuatan Metode Sol Gel ........................................ 24
Gambar 2.1 Tahapan Preparasi Metode Sol Gel ............................................. 25
Gambar 2.12 Intrumen XRD ............................................................................ 27
Gambar 2.13 Instrumen SEM .......................................................................... 28
Gambar 2.14 Bentuk umum Tegangan dan Regangan pada Uji Tarik ............ 29
Gambar 2.15 Skema Pengujian Mekanik untuk Kekuatan Tarik ..................... 30
Gambar 3.1 Proses Penimbangan Bahan pencampuran larutan dan
Pengadukan di Magnetic Stirrer ............................................... 32
Gambar 3.2 Proses Pengeringan dalam oven ................................................. 32
Gambar 3.3 TiO2+CTAB+PEG-6000 ............................................................ 33
Gambar 3.4 TiO2+CTAB+tanpaPEG-6000 ................................................... 33
Gambar 3.5 TiO2+tanpaCTAB+PEG-6000 ................................................... 33
Gambar 3.6 Diagram Alir Pembuatan Nano TiO2 ......................................... 37
Gambar 3.8 Diagram Alir Pembuatan Nanokomposit .................................. 38
Gambar 4.1 Pola Difraksi XRD TiO2 Murni ................................................. 39
Gambar 4.2 Pola Difraksi XRD Nanopartikel dengan CTAB
tanpa PEG-6000 ......................................................................... 40
Gambar 4.3 Pola Difraksi XRD Nanopartikel TiO2 tanpa CTAB
dengan PEG-6000 ....................................................................... 41
Gambar 4.3 Pola Difraksi XRD Nanopartikel TiO2 dengan CTAB
x
dan PEG-6000 ............................................................................. 42
Gambar 4.4 Morfologi Nanopartikel TiO2 Murni Perbesaran 1000x
dan 500 .......................................................................................... 43
Gambar 4.5 Morfologi Nanopartikel TiO2+CTAB+PEG-6000 Murni Perbesaran
1000x dan 500x ............................................................................ 43
Gambar 4.6 Grafik Kekuatan Tarik terhadap Regangan pada LDPE 100% .... 44
Gambar 4.7 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan pada LDPE 38% dan
Nanopartikel TiO2 2%................................................................. 44
Gambar 4.8 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 36% dan
Nanopartikel TiO2 4%................................................................. 45
Gambar 4.9 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 34% dan
Nanopartikel TiO2 6%................................................................. 45
Gambar 4.10 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 32% dan
Nanopartikel TiO2 8%................................................................. 46
Gambar 4.11 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 38% dan
TiO2 murni 2%............................................................................. 44
Gambar 4.12 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 36% dan
TiO2 murni 4%............................................................................. 46
Gambar 4.13 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 34% dan
TiO2 murni 6%............................................................................. 47
Gambar 4.14 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 32% dan
TiO2 murni 8%............................................................................. 48
Gambar 4.15 Pola Hasil XRD TiO2 dengan dan tanpa penambahan
PEG-6000 dan CTAB.................................................................. 49
Gambar 4.16 Foto SEM TiO2 murni dan Nanopartikel TiO2.......................... 50
Gambar 4.17 Hubungan kekuatan tarik LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2............................................................. 51
Gambar 4.18 Hubungan tegangan Yielding LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2..............................................................53
Gambar 4.19 Hubungan Modulus Young’s LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2..............................................................52
xi
Gambar 4.20 Hubungan perpanjangan putus LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2.................................................................52
Gambar 4.21 Hubungan kekuatan putus LDPE dengan variasi %
berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2.................................................................52
Gambar 4.22 Hubungan kekuatan tarik LDPE dengan variasi %
berat bahan
pengisi TiO2 Murni........................................................................ 53
Gambar 4.20 Hubungan tegangan yielding LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 54
Gambar 4.21 Hubungan Modulus Young’s LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 54
Gambar 4.22 Hubungan perpanjangan putus LDPE dengan variasi % berat
bahan pengisi TiO2Murni.................................................................54
Gambar 4.23 Hubungan kekuatan putus LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 55
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik Polietilen) ...............................................................
12
Tabel 2.2
Sifat Fisika Polietilen Glikol (PEG).............................................
13
Tabel 2.3
Spesifikasi CTAB (Cetyl trimethylammonium bromide) .............
15
Tabel 2.4
Jenis – jenis Sistem Koloid ..........................................................
19
Tabel 2.5
Parameter Proses Sol Gel .............................................................
25
Tabel 3.1
Bahan Penelitian ) ........................................................................
31
Tabel 3.2
Alat Penelitian ..............................................................................
31
Tabel 3.3
Komposisi Campuran Bahan Nanokomposit ...............................
34
Tabel 3.4
Komposisi Campuran Bahan Nanokomposit ...............................
34
Tabel 4.1
Sifat Mekanik LDPE Murni .........................................................
44
Tabel 4.2
Sifat Mekanik LDPE 98% dan Nanopartikel TiO2 2%. ...............
44
Tabel 4.3
Sifat Mekanik LDPE 96% dan Nanopartikel TiO2 4%. ...............
45
Tabel 4.4
Sifat Mekanik LDPE 94% dan Nanopartikel TiO2 6% ...............
45
Tabel 4.5
Sifat Mekanik LDPE 92% dan Nanopartikel TiO2 8% ........... ....
46
Tabel 4.6
Sifat Mekanik LDPE 98% dan TiO2 Murni 2%...................... ....
46
Tabel 4.7
Sifat Mekanik LDPE 96% dan TiO2 Murni 4%...................... ....
47
Tabel 4.8
Sifat Mekanik LDPE 94% dan TiO2 Murni 6%...................... ....
47
Tabel 4.9
Sifat Mekanik LDPE 92% dan TiO2 Murni 8%...................... ....
48
Tabel 4.10 Sifat Mekanik Nanokomposit LDPE /TiO2 ............................ ....
48
Tabel 4.11 Sifat Mekanik Nanokomposit LDPE /Nanopartikel TiO2....... ....
48
Tabel 4.12 Ukuran Partikel ............................................................................
49
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil Pengujian XRD ..............................................................
63
Lampiran 2 Hasil Pengujian SEM ..............................................................
71
Lampiran 3 Hasil Uji Mekanik ...................................................................
81
Lampiran 4 Dokumentasi Penelitian ...........................................................
81
Lampiran 5 Surat SK Dosen .......................................................................
83
Lampiran 6 Surat Izin Penelitian................................................................
84
Lampiran 7 Surat Balasan Penelitian ..........................................................
86
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi dan tuntutan membuat segala sesuatu menjadi ringan
dan kuat adalah hal yang wajar. Hal ini mendorong produsen komponen mencari
material baru yang lebih ringan dari logam, tapi memiliki kekuatan lebih baik.
Orang berkeyakinan bahwa material berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat
kimia dan fisika yang lebih unggul dari material ukuran besar (bulk).
Pengembangan metode sintesis nanopartikel merupakan salah satu bidang yang
menarik minat banyak peneliti. Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun
melalui proses sintesis oleh manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan
partikel dengan ukuran yang kurang dari 100 dan sekaligus mengubah sifat atau
fungsinya. (Abdullah, 2008)
Proses pembuatan nano yaitu metode sol gel, hidrotermal, Ballmil,
ultrasonik dan kopresipitasi. Dalam penelitian ini digunakan Titanium dioksida
(TiO2) karena TiO2 suatu material yang memiliki berbagai keunggulan baik dari
segi sifat fisika maupun sifat kimia dan dapat dimodifikasi menjadi beberapa
bentuk antara lain nanotube,nanoflakes, nanosheet, dan nanowire bergantung
pada metode sintesis dan variasi suhu yang digunakan. Metode yang tepat dalam
sintesis TiO2 adalah metode sol gel, karena metode sol gel dapat diaplikasikan
untuk preparasi nanopartikel karena dapat mengontrol ukuran partikel dan
homoginetisnya (Liqun,2005). Penelitian sintesis nanopartikel TiO2 dilakukan
menggunakan metode sol gel, dengan mencampurkan surfaktan CTAB dengan
variasi 0; 0,5; 1; 1,5; dan 2 mM. Hasil penelitian menunjukkan penambahan
CTAB 1 mM menghasilkan ukuran kristal paling kecil (Helga, 2012).
Jenis plastik dikelompokkan berdasarkan ketahanannya terhadap panas
seperti LDPE dan teflon atau polytetrafluoroethylene (PTFE). LDPE biasa dipakai
untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang lembek. Memiliki
titik leleh 115°C. Penggunaan LDPE karena sifat mekanis jenis plastik LDPE
adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. LDPE
mempunyai daya proteksi yang baik terhadap uap air, namun kurang baik
2
terhadap gas lainnya seperti oksigen. harganya yang murah, proses pembuatan
yang mudah, dan mudah didaur ulang. (Sari, 2014). Penelitian komposit yang
dibuat dari campuran PVC dan LDPE sudah diteliti oleh Arum (2014) yang
menunjukkan bahwa penambahan LDPE kedalam PVC dengan suhu 215oC
menunjukkan bahwa jumlah LDPE naik dalam komposit, kekerasan dan
ketahanan pukul takik menunjukkan kenaikan, tetapi kuat tarik, kemuluran dan
berat jenis turun. Penelitian Tjitjik (2009) pengaruh penambahan LDPE dalam
campuran aspal dilakukan pada temperatur 180oC dan 200oC. Teflon juga
merupakan bahan pelapis sintetik yang sangat kuat, umumnya berwama putih.
Walaupun teflon tahan terhadap panas sampai suhu 250°C, dan diatas 250°C
tetapi teflon tidak tahan terhadap larutan alkali hidroksida. Juga kurang tahan
terhadap hidrokarbon yang mengandung khlor. Teflon termasuk bahan penyekat
berbentuk padat maka teflon memiliki kemampuan elastisitas yang rendah. Teflon
juga bersifat hidrofobik (tidak suka air). (Arip, 2012). Harga teflon relatif lebih
mahal teflon juga berpotensi mengganggu kesehatan dan lingkungan.
Penelitian ini digunakan metode sol gel sesuai dengan acuan penelitian
sebelumnya yang dilakukan oleh Helga (2014) dengan judul “ Pengaruh
Konsentrasi CTAB dalam Sintesis Nanopartikel TiO2 untuk Aplikasi Sel Surya
Menggunakan Metode Sol Gel” pada penelitian tersebut dihasilkan serbuk TiO2
yang disintesis dengan metode sol gel dengan mencampurkan surfaktan CTAB 0;
0,5, 1, 1,5; dan 2 mM. Hasil penelitian menunjukkan penambahan CTAB 1 mM
menghasilkan ukuran kristal paling kecil dan Haryati (2012) dengan penambahan
PEG 6000 dengan perbandingan 1:4,1:6,1:2 dengan perbandingan 1:4
menghasilkan pola difraksi yang paling tinggi intesintasnya dan paling tajam
puncaknya. sedangkan dalam penelitian ini ditambahkan HCL dan PEG 6000
Dengan perubahan penambahan HCL dan PEG 6000 instrumentasi Scanning
Electron Microscopy (SEM), X-Ray Difraction (XRD), dan sifat mekanis.
diharapkan menghasilkan nanokomposit dengan struktur morfologi permukaan
yang lebih baik. Berdasarkan permasalahan di atas maka adapun yang menjadi
judul dari penelitian ini ialah “Preparasi dan Karakterisasi Nano TiO2 Sebagai
Bahan Pengisi Termoplastik LDPE”
3
1.2 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini batasan masalah yang dibahas meliputi:
1. Nanopartikel yang digunakan adalah TiO2 fasa anatase
2. Pengaruh Penambahan CTAB dan PEG-6000
3. Matriks yang digunakan polimer Low density polietilen (LDPE)
4. Karakterisasi XRD (X-Ray Diffractometer), dan SEM ,dan uji mekanis.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana ukuran kristal nano TiO2 dengan menggunakan metode sol
gel?
2. Bagaimana morfologi nano TiO2?
3. Bagaimana sifat mekanik, morfologi dan struktur nanokomposit TiO2?
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengukur ukuran kristal nano TiO2
2. Menghasilkan nanokomposit dengan sifat mekanik yang lebih baik.
3. Untuk menghasilkan ukuran kristal yang kecil.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Mampu membuat bahan partikel nano berbahan dasar TiO2 dengan
distribusi ukuran yang merata dan tetap memiliki sifat mekanik yang lebih
baik.
2. Partikel nano berbahan dasar TiO2 dengan distribusi ukuran yang merata
dan tetap memiliki sifat mekanik yang baik, diharapkan dapat diterapkan
dalam aplikasi nano dibidang mekanik.
3. Partikel nano diharapkan memiliki kekerasan, sifat kuat dan tahan gores
yang lebih besar bila dibandingkan dengan material dengan ukuran biasa.
59
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa:
1.
Dengan penambahan PEG-6000 dan CTAB ukuran partikel lebih kecil
dibandingkan tanpa penambahan PEG-6000 dan CTAB yaitu 68,81 nm.
2.
Hasil uji tarik nanokomposit menghasilkan sample dengan nilai terbaik
beserta
%
berat
komposisi
pengisi
yang
masing-masing
untuk
LDPE/Nanopartikel TiO2 dengan kekutan tarik 10,139 MPa (pengisi 2%),
perpanjangan putus 244,31 mm (pengisi 2%), Modulus Young’s 135,58 MPa
(pengisi 8%), tegangan Yielding 7,9250 MPa (pengisi 2%), tegangan putus
9,7435 MPa (pengisi 2%). Sedangkan untuk LDPE/ TiO2 murni dengan
kekutan tarik 11,359 MPa (pengisi 4%), perpanjangan putus 283,97 mm
(pengisi 4%), Modulus Young’s 136,04 MPa (pengisi 8%), tegangan Yielding
8,4992 MPa (pengisi 8%), tegangan putus 11,092 MPa (pengisi 4%).
3.
Perbandingan persen berat (%) bahan pengisi untuk nanokomposit
menunjukkan bahwa hasil uji tarik dengan penambahan Nanopartikel TiO2
lebih baik untuk sisi perpanjangan putus dibanding dengan penambahan TiO2
murni.
5.2. Saran
1. Sampel nanopartikel TiO2 setelah berhasil disintesis sebaiknya dikeringkan
sampai benar-benar kering sehingga tidak terjadi penggumpalan sebelum
digerus kemudian.
2. Komposisi bahan campuran LDPE dan nanopartikel belum memenuhi
berdasarkan sistem mekanika nanokomposit.
3. Untuk hasil yang lebih baik dilakukan perbesaran paling optimum terhadap
gambar hasil pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) untuk
menemukan hubungan erat antara pengujian SEM dan uji mekanik.
60
DAFTAR PUSTAKA
Asrori, M.Z, Andry, Permana, dan Dewi Sukma, Darminto: Pengembangan
Nanokomposit PANi (HCL) Sebagai Material Pelapis Anti Korosi,
Prosiding Seminar Nasional Ke -16 Teknologi dan Keselamatan PLTN
Serta Fasilitas Nuklir, 275-281
Abdullah, M., (2008), Pengantar Nanosains, FMIPA ITB, Bandung.
Fernandez R,B., 2011, Sintesis Nanopartikel, Pascasarjana Universitas Andalas
Padang
Fahyuan D, H, Dahlan, dan Astuti, Pengaruh Konsentrasi CTAB Dalam Sintesis
Nanopartikel TiO2 untuk Aplikasi Sel Surya Menggunakan Metode Sol Gel,
Jurnal Ilmu Fisika (JIF). Vol.5 No.1, hal 16-23
Ginting E,M., Sinulingga K, dan Harahap M,H, Bukit N, Siregar I,S, Analysis of
Rice Husk Ash Nanoparticles with Polyethylene Glycol Surfactants -6000
Using Coprecipitation Method, Jurnal Chemistry dan Material Research,
Vol.8 No.7, hal 58-63
Hayati, S. M., (2010), Pengaruh Ph Terhadap Pembentukan Hidrogen Pada
Fotokatalisis Air Rawa Gambut Oleh Serbuk TiO2 Nanopartikel., Skripsi,
FMIPA, UNPAD, Padang
Haryati T, Andarini N, Febrianti M, 2012, Sintesis Lapis Tipis Fotokatalis ZnO –
TiO2 Menggunakan Metode Sol Gel dengan PEG (Polyethylene Glycol)
sebagai Pelarut, Jurnal Ilmu Dasar, Vol.13 No.1,hal 1-5
Handayani,K, 2011, https.wordpress.com. Teknik Analisis Dengan Xray
Fluorescence XRF Spektrometry, ( Diakses 26 Maret 2016, 08.35)
Imasilkan, 2012, Tipe dan Jenis Kemasan Plastik, Universitas Sriwijaya,
http://thi.fp.unsri.ac.id, (Diakses 13 Oktober 2015, 19:05)
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, pl60179 poznan, Poland
Mahreni, 2007, Sintesis Membran Nanokomposit Nafion-SiO2 Menggunakan
Metode Sol Gel, Jurnal Sains Materi Indonesia, Vol.11 No.2,hal 129-133
Nasiri. A, Shariaty Niasar.M, Akbari .Z, (2012), Synthesis of LDPE/Nano TiO2
Nanocomposite forPackaging Applications, Int. J. Nanosci. Nanotechnol.
Vol.8 No.3, hal 165-169
61
Rahman T, Fadhlulloh A.M, dan Nandiyanto A, Mudzakir A, 2014, Sintesis
Titanium Dioksida Nanopartikel, Jurnal Integrasi Proses. Vol.5 No.1, hal
15-29
Ratna, 2009, Pengelompokan Koloid, http://www.chem-is-try.org/materi_kimia
/kimia-smk/kelas_x/pengelompokan-koloid/ (Diakses 17 Maret 2016,
12:25)
Riana H, 2014, Berbagai Jenis Plastik Kemasan Produk Pangan Dan Bahayanya,
http://www.kompasiana.com (Diakses 13 Agustus 2014 03:27:00)
Sinaga, P, (2010), Material Plastik, Jurusan pendidikan Fisika, PT Sugitek Indo
Tama
Smyth, J., (2009), TiO2 Group, http://ruby.colorado.edu/~smyth/min/tio2.html
(diakses 15 Maret 2011, 10;29).
Setiabudi,A.http://file.upi.edu/Direktori Bahan Kuliah Karakterisasi Material
Bab 4 Analisa dengan XRF. Fmipa, Jurusan Pendidikan Kimia
Sass, J., (2007), Nanotechnology’s Invisible Threat Small Science, Big
Consequen, NRDC Issue Paper, New York.
Surdia, T.,dan Saito S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Edisi ke-4,
PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
S Sugik, K Aloma, Sudirman dan H Evy , 2002, Karakterisasi Sifat Mekanik dan
Termal Komposit LDPE – lrganok, Jurnal Prosiding Pertemuan llmiah lbnu
Pengetahuan dan Teknologi Bahan , hal 241- 245
Widodo, S, 2010, Teknologi Sol Gel pada Pembuatan Nano Kristalin Metal
Oksida untuk Aplikasi Sensor Gas, Fakultas Teknik, UNDIP, Semarang, hal
1-8
Yuniari A, 2014, Karakteristik Sifat Mekanik Ketahanan Api dan Pembakaran
dan Morfologi Nanokomposit Campuran PVC dan LDPE, Majalah Kulit
Karet dan Plastik, Vol.30 No.1, hal.7-13
Z Osvaldo, Putra Panca, Faizal M, 2012, Pengaruh Konsentrasi Asam Dan Waktu
Pada Proses Hidrolisis Dan Fermentasi Pembuatan Bioetanol Dari AlangAlang, Jurnal Teknik Kimia, Vol.18 No.2 hal 52 – 62
Wibhawa, P, 2014, http://www.slideshare.net/prayogawibhawa/pembuatan-sio2dengan-metode-sol-gel
Wikipedia, (2011), Anatase, http://en.wikipedia.org/wiki/Anatase (Diakses 20
Maret 2015, 19:46).
62
Wikipedia, (2011), Brookite, http://en.wikipedia.org/wiki/Brookite (Diakses 20
Maret 2015, 19:57).
Wikipedia,2015,Setrimonium bromida, https://id.wikipedia.org/wiki/Setrimonium
bromida, pukul 08.27, (Diakses 20 Maret 2016, 08:27)
Wikipedia, 2013, http://id.wikipedia.org/wiki/polietilena_glikol , (di
akses : jumat,1/02/2014; 15:20 pm)
NANO TIO2 SEBAGAI BAHAN PENGISI
TERMOPLASTIK LDPE
Oleh:
Marlina
NIM 4121240006
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sains
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2017
ii
PREPARASI DAN KARAKTERISASI PARTIKEL NANO TIO2 SEBAGAI
BAHAN PENGISI TERMOPLASTIK LDPE
Marlina (4121240006)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian sintesis dan karakterisasi nanopartikel TiO2
dengan PEG-6000 dan CTAB menggunakan metode sol gel. Penelitian ini
dilakukan untuk mengetahui pengaruh PEG-6000 dan CTAB terhadap ukuran
partikel.
Penggunaan nanopartikel TiO2 sebagai bahan pengisi termoplastik LDPE
menjadi nanokomposit dicampur menggunakan internal mixer dengan laju 60 rpm
selama 10 menit pada suhu 150oC dengan variasi 2,4,6,8 %. Kemudian dilakukan
penekan panas untuk pemotongan dengan JIS K 6781 untuk dilakukan uji tarik.
Hasil uji tarik nanokomposit menghasilkan sampel dengan nilai terbaik
pada variasi 2% kekutan tarik 10,139 MPa, 2% perpanjangan putus 244,31 mm
8% Modulus Young’s 135,58 MPa, 2% tegangan Yielding 7,9250 MPa, 2%
tegangan putus 9,7435 MPa. Sedangkan untuk LDPE/ TiO2 murni dengan nilai
terbaik pada variasi 4% kekutan tarik 11,359 MPa, 4% perpanjangan putus 283,97
mm, 8% Modulus Young’s 136,04, 8% tegangan Yielding 8,4992 MPa, 4%
tegangan putus 11,092 MPa. Hasil XRD dari sintesis nanopartikel TiO2 adalah
68,81 nm. Adapun hasil SEM menunjukkan bahwa morfologi nanopartikel TiO2
terdapat gumpalan-gumpalan dan tidak teratur.
Kata kunci: TiO2, CTAB, PEG-6000, nanopartikel, XRD, SEM, Uji mekanik
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala. Atas rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi yang berjudul “Preparasi dan Karakterisasi Partikel
Nano TiO2 Sebagai Bahan Pengisi Termoplastik LDPE” terselesaikan dengan
baik sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di Universitas Negeri Medan. Shalawat
dan salam kita sampaikan kepada Nabi Muhammad Shalallahu ‘alaihi wasalam
manusia sempurna pencerah peradaban.
Dalam penyusunan skripsi ini pasti tidak akan tercapai hasil yang baik
bilamana tidak ada bimbingan, bantuan dan saran dari berbagai pihak. Oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof.Dr.Nurdin Bukit,
M.Si selaku dosen pembimbing skripsi yang dengan sabar memberikan bimbingan
dan arahan serta nasehat kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan
selesainya penulisan skripsi ini, dan tidak lupa juga ucapan terima kasih kepada
Bapak yang telah meluangkan waktu memberikan bimbingan juga arahan selama
penyusunan skripsi, kepada Bapak Drs. Abd Hakim S, M.Si selaku dosen penguji
I, Bapak Dr.Makmur Sirait, M.Si selaku dosen penguji II, Bapak
Prof. Dr.
Sahyar, M.Si,M.M selaku dosen penguji III yang telah memberikan kritikan dan
masukan demi penyempurnaan skripsi ini serta Prof. Drs. Motlan, M.Sc., Ph.D
selaku pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan, arahan, teguran
yang berharga dan nasehat selama masa perkuliahan berlanjut.
Secara khusus dan teristimewa penulis ucapakan terima kasih sebesar –
besarnya kepada kedua orang tua Ibunda Tarti dan Ayahanda Yono yang telah
memperjuangkan pendidikan penulis dengan jerih payahnya mendukung serta
mendoakan dengan kasih sayang yang tulus dan tak henti – hentinya. Begitu juga
untuk kakak tercinta Nurul Syaodah, adik – adikku tercinta Abrori dan Rabiul
Tholib, sepupu tercinta Puspita, Leha, Ilyas, Yusuf dan juga untuk keluarga yang
juga memberikan dukungan dan doa. Buat rekan-rekan mahasiswa/i Non-Dik
Fisika angkatan 2012, teman-teman seperjuangan (Dayah, Nurhayati, Ulfa, Kak
Elvi, Sri, Irma, Dinie, Lily, Cindy, Marnala, Martha, Clara, Tika, Nila, Renny,
iv
Konny, Intan, Isrin, Suryani, Rita, Gloria, Juli, Erni, Reza, Wahyu, Ibrahim,
Hendro, Andi, Denny, Habibi, Evan, Heri, Peter, Gordon) terima kasih juga untuk
dukungannya Fani, Ririn, Aty, Laili, teman yang selalu menyemangati Trya,
Citra, Nur, Rahma, Iin, Wulan, Liana, Lia, Nita. Dan ucapkan terimakasih kepada
pihak Laboratorium Kimia dan Laboratorium Fisika Unimed, Bapak Suryono di
LIPI Bandung yang telah membantu penelitian penulis, semoga Allah Subhanahu
Wa Ta’ala memberikan balasan yang baik atas semua bantuan, bimbingan,
persahabatan, dan rasa cinta yang telah diberikan.
Semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi para pembaca dan
pengembangan ilmu pengetahuan dalam bidang nanoteknologi. Saya menyadari
bahwa masih sangat banyak kekurangan pada skripsi ini. Oleh karena itu saya
mengundang pembaca untuk memberikan kritik dan saran yang bersifat
membangun untuk sempurnanya skripsi dan untuk kemajuan ilmu pengetahuan
khususnya dalam bidang nanoteknologi.
Medan, Januari 2017
Penulis,
Marlina
NIM. 4121240006
xi
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir pada tanggal 11 Mei 1993 di Pasar Bilah, Kecamatan Kualuh
Hilir Kabupaten Labuhan Batu Utara, Sumatera Utara. Ibu bernama Tarti dan
ayah bernama Yono. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara.
Pada tahun 2000 penulis masuk SD Negeri No. 115456 Kecamatan
Kualuh Hilir dan lulus pada tahun 2006. Kemudian penulis melanjutkan
pendidikan Sekolah Lanjut Tingkat Pertama di SMP Negeri 1 Kualuh Hilir dan
lulus pada tahun 2009. Pada tahun 2009 penulis melanjutkan sekolah di SMA
Negeri 1 Kualuh Hilir, lulus pada tahun 2012. Pada tahun yang sama penulis
diterima di Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan melalui jalur reguler. Penulis juga pernah
bergabung di organisasi UKMI (Unit Kegiatan Mahasiswa Islam) dan
IKAMMUFIS (Ikatan Mahasiswa Muslim Fisika) Universitas Negeri Medan.
i
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ........................................................................................
i
Abstrak ............................................................................................................
ii
Kata Pengantar .................................................................................................
iii
Daftar Isi...........................................................................................................
v
Daftar Tabel .....................................................................................................
viii
Daftar Gambar ..................................................................................................
ix
Daftar Lampiran ...............................................................................................
x
BAB 1 PENDAHULUAN ..............................................................................
1.1.
Latar Belakang .....................................................................................
1.2.
Batasan Masalah...................................................................................
1.3.
Rumusan Masalah ................................................................................
1.4.
Tujuan Penelitian .................................................................................
1.5.
Manfaat Penelitian ...............................................................................
1
1
3
3
3
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA....................................................................
2.1 Titanium Oksida (TiO2) ............................................................................
2.1.1. Titanium ...............................................................................................
2.1.2. Penemuan dan Ekstraksi Titanium .......................................................
2.1.3. Titanium Dioksida (TiO2) ....................................................................
2.1.4. Aplikasi TiO2 .................................................................................................................................
2.1.5. Diagram Fasa TiO2.....................................................................................................................
2.2
Bahan Pengisi (filler) Nanokomposit ..................................................
2.2.1 LDPE(Low Density Polyethylena) ......................................................
2.2.2 Polietilen Glikol (PEG) .......................................................................
2.2.3 CTAB (Cetyl trimethilammonium bromide) ........................................
2.3
Nanopartikel .........................................................................................
2.3.1. Pengertian Nanopartikel .......................................................................
2.3.2. Perkembangan Nanopartikel ................................................................
2.3.3. Metode Pembuatan Nanopartikel TiO2........................................................................
2.3.4. Sintesis Nanopartikel TiO2 ...................................................................................................
2.3.5. Proses Pembuatan Nano .......................................................................
2.3.6. Metode Sol Gel ....................................................................................
2.4
Karakteristik Nanopartikel TiO2 .......................................................................................
2.4.1. Karakteristik Kristalinitas XRD ...........................................................
2.4.2. Karakterisitik Morfologi dengan SEM.................................................
2.4.3. Uji Sifat Mekanik Nanokomposit ........................................................
4
4
4
4
5
6
8
10
11
13
14
15
15
16
17
20
21
22
27
27
27
28
ii
BAB III METODE PENELITIAN ...............................................................
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ..............................................................
3.2
Bahan ....................................................................................................
3.3
Alat .......................................................................................................
3.4
Prosedur Penelitian ...............................................................................
3.5
Teknik Analisis Data ............................................................................
3.6
Diagram Alir ........................................................................................
31
31
31
31
32
36
37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................
4.1
Hasil Penelitian ....................................................................................
4.1.1 Hasil Pengujian XRD (Xray Diffraction) ............................................
4.1.1.1 Hasil Sintesis Nanopartikel TiO2 ........................................................
4.1.2 Hasil Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) ......................
4.1.3 Hasil Uji Mekanik ................................................................................
4.2
Pembahasan ..........................................................................................
4.2.1 Analisis XRD (Xray Diffraction) .........................................................
4.2.2 Analisis SEM (Scanning Electron Microscopy) ..................................
4.2.3 Analisis Uji Mekanik Nanokomposit LDPE/Nanopartikel TiO2 .
4.2.4 Analisis Uji Mekanik Nanokomposit LDPE/Murni TiO2 ....................
39
39
39
39
42
44
49
49
50
51
53
BAB V KESIMPULAN ................................................................................
5.1
Kesimpulan ..........................................................................................
5.2
Saran .....................................................................................................
59
59
59
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
60
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 TiO2 .......................................................................................... 4
Gambar 2.2. Struktur DSSC ........................................................................... 7
Gambar 2.3 Diagram Fasa TiO2 .................................................................................................... 8
Gambar 2.4 Struktur Kristalrutile .................................................................. 9
Gambar 2.5 Struktrur Kristal Anatase ............................................................ 10
Gambar 2.6 Struktur Kristal Brookite ............................................................ 10
Gambar 2.7 LDPE .......................................................................................... 12
Gambar 2.8 CTAB ........................................................................................ 15
Gambar 2.9 Skema umum proses pembuatan Sol Gel ................................... 22
Gambar 2.10 Tahapan Pembuatan Metode Sol Gel ........................................ 24
Gambar 2.1 Tahapan Preparasi Metode Sol Gel ............................................. 25
Gambar 2.12 Intrumen XRD ............................................................................ 27
Gambar 2.13 Instrumen SEM .......................................................................... 28
Gambar 2.14 Bentuk umum Tegangan dan Regangan pada Uji Tarik ............ 29
Gambar 2.15 Skema Pengujian Mekanik untuk Kekuatan Tarik ..................... 30
Gambar 3.1 Proses Penimbangan Bahan pencampuran larutan dan
Pengadukan di Magnetic Stirrer ............................................... 32
Gambar 3.2 Proses Pengeringan dalam oven ................................................. 32
Gambar 3.3 TiO2+CTAB+PEG-6000 ............................................................ 33
Gambar 3.4 TiO2+CTAB+tanpaPEG-6000 ................................................... 33
Gambar 3.5 TiO2+tanpaCTAB+PEG-6000 ................................................... 33
Gambar 3.6 Diagram Alir Pembuatan Nano TiO2 ......................................... 37
Gambar 3.8 Diagram Alir Pembuatan Nanokomposit .................................. 38
Gambar 4.1 Pola Difraksi XRD TiO2 Murni ................................................. 39
Gambar 4.2 Pola Difraksi XRD Nanopartikel dengan CTAB
tanpa PEG-6000 ......................................................................... 40
Gambar 4.3 Pola Difraksi XRD Nanopartikel TiO2 tanpa CTAB
dengan PEG-6000 ....................................................................... 41
Gambar 4.3 Pola Difraksi XRD Nanopartikel TiO2 dengan CTAB
x
dan PEG-6000 ............................................................................. 42
Gambar 4.4 Morfologi Nanopartikel TiO2 Murni Perbesaran 1000x
dan 500 .......................................................................................... 43
Gambar 4.5 Morfologi Nanopartikel TiO2+CTAB+PEG-6000 Murni Perbesaran
1000x dan 500x ............................................................................ 43
Gambar 4.6 Grafik Kekuatan Tarik terhadap Regangan pada LDPE 100% .... 44
Gambar 4.7 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan pada LDPE 38% dan
Nanopartikel TiO2 2%................................................................. 44
Gambar 4.8 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 36% dan
Nanopartikel TiO2 4%................................................................. 45
Gambar 4.9 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 34% dan
Nanopartikel TiO2 6%................................................................. 45
Gambar 4.10 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 32% dan
Nanopartikel TiO2 8%................................................................. 46
Gambar 4.11 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 38% dan
TiO2 murni 2%............................................................................. 44
Gambar 4.12 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 36% dan
TiO2 murni 4%............................................................................. 46
Gambar 4.13 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 34% dan
TiO2 murni 6%............................................................................. 47
Gambar 4.14 Grafik kekuatan tarik terhadap regangan LDPE 32% dan
TiO2 murni 8%............................................................................. 48
Gambar 4.15 Pola Hasil XRD TiO2 dengan dan tanpa penambahan
PEG-6000 dan CTAB.................................................................. 49
Gambar 4.16 Foto SEM TiO2 murni dan Nanopartikel TiO2.......................... 50
Gambar 4.17 Hubungan kekuatan tarik LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2............................................................. 51
Gambar 4.18 Hubungan tegangan Yielding LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2..............................................................53
Gambar 4.19 Hubungan Modulus Young’s LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2..............................................................52
xi
Gambar 4.20 Hubungan perpanjangan putus LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2.................................................................52
Gambar 4.21 Hubungan kekuatan putus LDPE dengan variasi %
berat bahan
pengisi nanopartikel TiO2.................................................................52
Gambar 4.22 Hubungan kekuatan tarik LDPE dengan variasi %
berat bahan
pengisi TiO2 Murni........................................................................ 53
Gambar 4.20 Hubungan tegangan yielding LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 54
Gambar 4.21 Hubungan Modulus Young’s LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 54
Gambar 4.22 Hubungan perpanjangan putus LDPE dengan variasi % berat
bahan pengisi TiO2Murni.................................................................54
Gambar 4.23 Hubungan kekuatan putus LDPE dengan variasi % berat bahan
pengisi TiO2 Murni......................................................................... 55
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik Polietilen) ...............................................................
12
Tabel 2.2
Sifat Fisika Polietilen Glikol (PEG).............................................
13
Tabel 2.3
Spesifikasi CTAB (Cetyl trimethylammonium bromide) .............
15
Tabel 2.4
Jenis – jenis Sistem Koloid ..........................................................
19
Tabel 2.5
Parameter Proses Sol Gel .............................................................
25
Tabel 3.1
Bahan Penelitian ) ........................................................................
31
Tabel 3.2
Alat Penelitian ..............................................................................
31
Tabel 3.3
Komposisi Campuran Bahan Nanokomposit ...............................
34
Tabel 3.4
Komposisi Campuran Bahan Nanokomposit ...............................
34
Tabel 4.1
Sifat Mekanik LDPE Murni .........................................................
44
Tabel 4.2
Sifat Mekanik LDPE 98% dan Nanopartikel TiO2 2%. ...............
44
Tabel 4.3
Sifat Mekanik LDPE 96% dan Nanopartikel TiO2 4%. ...............
45
Tabel 4.4
Sifat Mekanik LDPE 94% dan Nanopartikel TiO2 6% ...............
45
Tabel 4.5
Sifat Mekanik LDPE 92% dan Nanopartikel TiO2 8% ........... ....
46
Tabel 4.6
Sifat Mekanik LDPE 98% dan TiO2 Murni 2%...................... ....
46
Tabel 4.7
Sifat Mekanik LDPE 96% dan TiO2 Murni 4%...................... ....
47
Tabel 4.8
Sifat Mekanik LDPE 94% dan TiO2 Murni 6%...................... ....
47
Tabel 4.9
Sifat Mekanik LDPE 92% dan TiO2 Murni 8%...................... ....
48
Tabel 4.10 Sifat Mekanik Nanokomposit LDPE /TiO2 ............................ ....
48
Tabel 4.11 Sifat Mekanik Nanokomposit LDPE /Nanopartikel TiO2....... ....
48
Tabel 4.12 Ukuran Partikel ............................................................................
49
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil Pengujian XRD ..............................................................
63
Lampiran 2 Hasil Pengujian SEM ..............................................................
71
Lampiran 3 Hasil Uji Mekanik ...................................................................
81
Lampiran 4 Dokumentasi Penelitian ...........................................................
81
Lampiran 5 Surat SK Dosen .......................................................................
83
Lampiran 6 Surat Izin Penelitian................................................................
84
Lampiran 7 Surat Balasan Penelitian ..........................................................
86
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi dan tuntutan membuat segala sesuatu menjadi ringan
dan kuat adalah hal yang wajar. Hal ini mendorong produsen komponen mencari
material baru yang lebih ringan dari logam, tapi memiliki kekuatan lebih baik.
Orang berkeyakinan bahwa material berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat
kimia dan fisika yang lebih unggul dari material ukuran besar (bulk).
Pengembangan metode sintesis nanopartikel merupakan salah satu bidang yang
menarik minat banyak peneliti. Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun
melalui proses sintesis oleh manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan
partikel dengan ukuran yang kurang dari 100 dan sekaligus mengubah sifat atau
fungsinya. (Abdullah, 2008)
Proses pembuatan nano yaitu metode sol gel, hidrotermal, Ballmil,
ultrasonik dan kopresipitasi. Dalam penelitian ini digunakan Titanium dioksida
(TiO2) karena TiO2 suatu material yang memiliki berbagai keunggulan baik dari
segi sifat fisika maupun sifat kimia dan dapat dimodifikasi menjadi beberapa
bentuk antara lain nanotube,nanoflakes, nanosheet, dan nanowire bergantung
pada metode sintesis dan variasi suhu yang digunakan. Metode yang tepat dalam
sintesis TiO2 adalah metode sol gel, karena metode sol gel dapat diaplikasikan
untuk preparasi nanopartikel karena dapat mengontrol ukuran partikel dan
homoginetisnya (Liqun,2005). Penelitian sintesis nanopartikel TiO2 dilakukan
menggunakan metode sol gel, dengan mencampurkan surfaktan CTAB dengan
variasi 0; 0,5; 1; 1,5; dan 2 mM. Hasil penelitian menunjukkan penambahan
CTAB 1 mM menghasilkan ukuran kristal paling kecil (Helga, 2012).
Jenis plastik dikelompokkan berdasarkan ketahanannya terhadap panas
seperti LDPE dan teflon atau polytetrafluoroethylene (PTFE). LDPE biasa dipakai
untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang lembek. Memiliki
titik leleh 115°C. Penggunaan LDPE karena sifat mekanis jenis plastik LDPE
adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel dan permukaan agak berlemak. LDPE
mempunyai daya proteksi yang baik terhadap uap air, namun kurang baik
2
terhadap gas lainnya seperti oksigen. harganya yang murah, proses pembuatan
yang mudah, dan mudah didaur ulang. (Sari, 2014). Penelitian komposit yang
dibuat dari campuran PVC dan LDPE sudah diteliti oleh Arum (2014) yang
menunjukkan bahwa penambahan LDPE kedalam PVC dengan suhu 215oC
menunjukkan bahwa jumlah LDPE naik dalam komposit, kekerasan dan
ketahanan pukul takik menunjukkan kenaikan, tetapi kuat tarik, kemuluran dan
berat jenis turun. Penelitian Tjitjik (2009) pengaruh penambahan LDPE dalam
campuran aspal dilakukan pada temperatur 180oC dan 200oC. Teflon juga
merupakan bahan pelapis sintetik yang sangat kuat, umumnya berwama putih.
Walaupun teflon tahan terhadap panas sampai suhu 250°C, dan diatas 250°C
tetapi teflon tidak tahan terhadap larutan alkali hidroksida. Juga kurang tahan
terhadap hidrokarbon yang mengandung khlor. Teflon termasuk bahan penyekat
berbentuk padat maka teflon memiliki kemampuan elastisitas yang rendah. Teflon
juga bersifat hidrofobik (tidak suka air). (Arip, 2012). Harga teflon relatif lebih
mahal teflon juga berpotensi mengganggu kesehatan dan lingkungan.
Penelitian ini digunakan metode sol gel sesuai dengan acuan penelitian
sebelumnya yang dilakukan oleh Helga (2014) dengan judul “ Pengaruh
Konsentrasi CTAB dalam Sintesis Nanopartikel TiO2 untuk Aplikasi Sel Surya
Menggunakan Metode Sol Gel” pada penelitian tersebut dihasilkan serbuk TiO2
yang disintesis dengan metode sol gel dengan mencampurkan surfaktan CTAB 0;
0,5, 1, 1,5; dan 2 mM. Hasil penelitian menunjukkan penambahan CTAB 1 mM
menghasilkan ukuran kristal paling kecil dan Haryati (2012) dengan penambahan
PEG 6000 dengan perbandingan 1:4,1:6,1:2 dengan perbandingan 1:4
menghasilkan pola difraksi yang paling tinggi intesintasnya dan paling tajam
puncaknya. sedangkan dalam penelitian ini ditambahkan HCL dan PEG 6000
Dengan perubahan penambahan HCL dan PEG 6000 instrumentasi Scanning
Electron Microscopy (SEM), X-Ray Difraction (XRD), dan sifat mekanis.
diharapkan menghasilkan nanokomposit dengan struktur morfologi permukaan
yang lebih baik. Berdasarkan permasalahan di atas maka adapun yang menjadi
judul dari penelitian ini ialah “Preparasi dan Karakterisasi Nano TiO2 Sebagai
Bahan Pengisi Termoplastik LDPE”
3
1.2 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini batasan masalah yang dibahas meliputi:
1. Nanopartikel yang digunakan adalah TiO2 fasa anatase
2. Pengaruh Penambahan CTAB dan PEG-6000
3. Matriks yang digunakan polimer Low density polietilen (LDPE)
4. Karakterisasi XRD (X-Ray Diffractometer), dan SEM ,dan uji mekanis.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana ukuran kristal nano TiO2 dengan menggunakan metode sol
gel?
2. Bagaimana morfologi nano TiO2?
3. Bagaimana sifat mekanik, morfologi dan struktur nanokomposit TiO2?
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengukur ukuran kristal nano TiO2
2. Menghasilkan nanokomposit dengan sifat mekanik yang lebih baik.
3. Untuk menghasilkan ukuran kristal yang kecil.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Mampu membuat bahan partikel nano berbahan dasar TiO2 dengan
distribusi ukuran yang merata dan tetap memiliki sifat mekanik yang lebih
baik.
2. Partikel nano berbahan dasar TiO2 dengan distribusi ukuran yang merata
dan tetap memiliki sifat mekanik yang baik, diharapkan dapat diterapkan
dalam aplikasi nano dibidang mekanik.
3. Partikel nano diharapkan memiliki kekerasan, sifat kuat dan tahan gores
yang lebih besar bila dibandingkan dengan material dengan ukuran biasa.
59
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa:
1.
Dengan penambahan PEG-6000 dan CTAB ukuran partikel lebih kecil
dibandingkan tanpa penambahan PEG-6000 dan CTAB yaitu 68,81 nm.
2.
Hasil uji tarik nanokomposit menghasilkan sample dengan nilai terbaik
beserta
%
berat
komposisi
pengisi
yang
masing-masing
untuk
LDPE/Nanopartikel TiO2 dengan kekutan tarik 10,139 MPa (pengisi 2%),
perpanjangan putus 244,31 mm (pengisi 2%), Modulus Young’s 135,58 MPa
(pengisi 8%), tegangan Yielding 7,9250 MPa (pengisi 2%), tegangan putus
9,7435 MPa (pengisi 2%). Sedangkan untuk LDPE/ TiO2 murni dengan
kekutan tarik 11,359 MPa (pengisi 4%), perpanjangan putus 283,97 mm
(pengisi 4%), Modulus Young’s 136,04 MPa (pengisi 8%), tegangan Yielding
8,4992 MPa (pengisi 8%), tegangan putus 11,092 MPa (pengisi 4%).
3.
Perbandingan persen berat (%) bahan pengisi untuk nanokomposit
menunjukkan bahwa hasil uji tarik dengan penambahan Nanopartikel TiO2
lebih baik untuk sisi perpanjangan putus dibanding dengan penambahan TiO2
murni.
5.2. Saran
1. Sampel nanopartikel TiO2 setelah berhasil disintesis sebaiknya dikeringkan
sampai benar-benar kering sehingga tidak terjadi penggumpalan sebelum
digerus kemudian.
2. Komposisi bahan campuran LDPE dan nanopartikel belum memenuhi
berdasarkan sistem mekanika nanokomposit.
3. Untuk hasil yang lebih baik dilakukan perbesaran paling optimum terhadap
gambar hasil pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) untuk
menemukan hubungan erat antara pengujian SEM dan uji mekanik.
60
DAFTAR PUSTAKA
Asrori, M.Z, Andry, Permana, dan Dewi Sukma, Darminto: Pengembangan
Nanokomposit PANi (HCL) Sebagai Material Pelapis Anti Korosi,
Prosiding Seminar Nasional Ke -16 Teknologi dan Keselamatan PLTN
Serta Fasilitas Nuklir, 275-281
Abdullah, M., (2008), Pengantar Nanosains, FMIPA ITB, Bandung.
Fernandez R,B., 2011, Sintesis Nanopartikel, Pascasarjana Universitas Andalas
Padang
Fahyuan D, H, Dahlan, dan Astuti, Pengaruh Konsentrasi CTAB Dalam Sintesis
Nanopartikel TiO2 untuk Aplikasi Sel Surya Menggunakan Metode Sol Gel,
Jurnal Ilmu Fisika (JIF). Vol.5 No.1, hal 16-23
Ginting E,M., Sinulingga K, dan Harahap M,H, Bukit N, Siregar I,S, Analysis of
Rice Husk Ash Nanoparticles with Polyethylene Glycol Surfactants -6000
Using Coprecipitation Method, Jurnal Chemistry dan Material Research,
Vol.8 No.7, hal 58-63
Hayati, S. M., (2010), Pengaruh Ph Terhadap Pembentukan Hidrogen Pada
Fotokatalisis Air Rawa Gambut Oleh Serbuk TiO2 Nanopartikel., Skripsi,
FMIPA, UNPAD, Padang
Haryati T, Andarini N, Febrianti M, 2012, Sintesis Lapis Tipis Fotokatalis ZnO –
TiO2 Menggunakan Metode Sol Gel dengan PEG (Polyethylene Glycol)
sebagai Pelarut, Jurnal Ilmu Dasar, Vol.13 No.1,hal 1-5
Handayani,K, 2011, https.wordpress.com. Teknik Analisis Dengan Xray
Fluorescence XRF Spektrometry, ( Diakses 26 Maret 2016, 08.35)
Imasilkan, 2012, Tipe dan Jenis Kemasan Plastik, Universitas Sriwijaya,
http://thi.fp.unsri.ac.id, (Diakses 13 Oktober 2015, 19:05)
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, pl60179 poznan, Poland
Mahreni, 2007, Sintesis Membran Nanokomposit Nafion-SiO2 Menggunakan
Metode Sol Gel, Jurnal Sains Materi Indonesia, Vol.11 No.2,hal 129-133
Nasiri. A, Shariaty Niasar.M, Akbari .Z, (2012), Synthesis of LDPE/Nano TiO2
Nanocomposite forPackaging Applications, Int. J. Nanosci. Nanotechnol.
Vol.8 No.3, hal 165-169
61
Rahman T, Fadhlulloh A.M, dan Nandiyanto A, Mudzakir A, 2014, Sintesis
Titanium Dioksida Nanopartikel, Jurnal Integrasi Proses. Vol.5 No.1, hal
15-29
Ratna, 2009, Pengelompokan Koloid, http://www.chem-is-try.org/materi_kimia
/kimia-smk/kelas_x/pengelompokan-koloid/ (Diakses 17 Maret 2016,
12:25)
Riana H, 2014, Berbagai Jenis Plastik Kemasan Produk Pangan Dan Bahayanya,
http://www.kompasiana.com (Diakses 13 Agustus 2014 03:27:00)
Sinaga, P, (2010), Material Plastik, Jurusan pendidikan Fisika, PT Sugitek Indo
Tama
Smyth, J., (2009), TiO2 Group, http://ruby.colorado.edu/~smyth/min/tio2.html
(diakses 15 Maret 2011, 10;29).
Setiabudi,A.http://file.upi.edu/Direktori Bahan Kuliah Karakterisasi Material
Bab 4 Analisa dengan XRF. Fmipa, Jurusan Pendidikan Kimia
Sass, J., (2007), Nanotechnology’s Invisible Threat Small Science, Big
Consequen, NRDC Issue Paper, New York.
Surdia, T.,dan Saito S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Edisi ke-4,
PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
S Sugik, K Aloma, Sudirman dan H Evy , 2002, Karakterisasi Sifat Mekanik dan
Termal Komposit LDPE – lrganok, Jurnal Prosiding Pertemuan llmiah lbnu
Pengetahuan dan Teknologi Bahan , hal 241- 245
Widodo, S, 2010, Teknologi Sol Gel pada Pembuatan Nano Kristalin Metal
Oksida untuk Aplikasi Sensor Gas, Fakultas Teknik, UNDIP, Semarang, hal
1-8
Yuniari A, 2014, Karakteristik Sifat Mekanik Ketahanan Api dan Pembakaran
dan Morfologi Nanokomposit Campuran PVC dan LDPE, Majalah Kulit
Karet dan Plastik, Vol.30 No.1, hal.7-13
Z Osvaldo, Putra Panca, Faizal M, 2012, Pengaruh Konsentrasi Asam Dan Waktu
Pada Proses Hidrolisis Dan Fermentasi Pembuatan Bioetanol Dari AlangAlang, Jurnal Teknik Kimia, Vol.18 No.2 hal 52 – 62
Wibhawa, P, 2014, http://www.slideshare.net/prayogawibhawa/pembuatan-sio2dengan-metode-sol-gel
Wikipedia, (2011), Anatase, http://en.wikipedia.org/wiki/Anatase (Diakses 20
Maret 2015, 19:46).
62
Wikipedia, (2011), Brookite, http://en.wikipedia.org/wiki/Brookite (Diakses 20
Maret 2015, 19:57).
Wikipedia,2015,Setrimonium bromida, https://id.wikipedia.org/wiki/Setrimonium
bromida, pukul 08.27, (Diakses 20 Maret 2016, 08:27)
Wikipedia, 2013, http://id.wikipedia.org/wiki/polietilena_glikol , (di
akses : jumat,1/02/2014; 15:20 pm)