Pembuatan organoclay dari bentonit dan di (Hydrogenated tallow) dimetilamonium klorida untuk aplikasi nanokomposit

PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT
DAN DI(HYDROGENATED TALLOW)
DIMETILAMONIUM KLORIDA
UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT

ZULFA

PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN MIPA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2006 M / 1427 H

PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT
DAN DI(HYDROGENATED TALLOW)
DIMETILAMONIUM KLORIDA
UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT

Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mcmperoleh

Gelar Sarjana Sains
Pada Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri SyarifHidayatullah Jakarta

Oleh
ZULFA
102096026563

Menyetujui,
Pembimbing II

Pembimbing I,

DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU
NIP. 330001086

Mengetahui,
Ketua Jurusan MIPA

DR. Agus Salim, M.Si

NIP. 150294451

Syuhada, Dip!. Chem
NIP. 680001585

PENGESAHAN UJIAN

Skripsi yang berjudul "Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenated
Tallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit" telah diuji dan
dinyatakan ILilus dalam sidang Munaqosah Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Jakarta pada hari Kamis, 16 November 2006. Skripsi ini
telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Sarjana Strata Satu
(S 1) Jurusan MIl'A, Program Studi Kimia.

Jakarta, November 2006

Tim Penguj i

Penguji II

ｾ｟ ｾＬＮｌ

ｔｾ ｉ ｘ｡ｳ

DR.
NIP. 330 001 078

dan Teknologi

ｌＤｙｾｦｩ ｡ｮＮｳｹ ｊｬ

Jaya Putra, M.Sis

6

"1

KetLia Program Studi Kimia

Ｈｾ

....---Hendrawati, M.Si
NIP. 150326906

PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRlPSI INI BENARBENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH D1AJUKAN
SEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI
ATAU LEMBAGA MANA PUN.

Jakarta, November 2006

Zulfa
l02096026563

RINGKASAN
ZULFA, Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenated
tallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit. (Di bawah
bimbingan MIRZAN T. RAZZAK dan SYUHADA).

Pembuatan organoclay yang dapat digunakan dalam sistem nanokomposit,

dilakukan dengan mencampurkan benton it yang dipurifikasi dengan surfaktan
di(hydrogenated tallow) dimetilamonium klorida. Konsentrasi surfaktan dan

waktu swelling bentonit divariasikan, yaitu konsentrasi rendah (organoclay low)
dan tinggi (organoclay high), dan waktu swelling 1 hari dan :2 hari. Hasil analisa
XRD untuk organoclay low, didapatkan d-spacing sebesar 3,12 nm dan 3,36 nm,
masing-masing untuk waktu swelling J hari dan 2 hari. Nilai d-spacing tersebut
lebih besar dibandingkan organoclay high, yang masing-masing d-spacingnya
hanya 2,28 nm dan 2,26 nm. Hal ini berarti bahwa organoclay low lebih membuka
ruang untuk terjadi interkalasi dalam pembentukan nanokol11posit. Berdasarkan
analisa TGA, suhu awal degradasi organoclay low yaitu 288,28°C, yang lebih
besar dibandingkan organoclay high, 268,85°C. Dengan demikian organoclay low
memiliki sirat yang lebih baik dibandingkan organoclay high untuk digunakan
lebih lanjut dalam sistem nanokomposit.

KATAPENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT dengan segala rahmat
dan

hidayah-Nya,

dan

atas

segala

kemudahan

yang

diberikan

dalam

menyelesaikan Penelitian di Sentra Teknologi Polimer (STP) PUSPIPTEK dan
penyusunan Skripsi dengan judul: "Pembuatan Organoclay Dari Bentonit Dan

Di(Hydrogenated

Tallow)DimetiIamonium

Klorida

Untuk

Aplikasi

Nanokomposit",
Selama penelitian dan penulisan skripsi ini penl1lis banyak mendapat
banluan dan dukllngan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
I. Bapak DR. Mirzan T. Razak, M.Eng, APU selaku Pembimbing I yang telah
meillangkan waktunya dan banyak memberikan masukan selama penelitian
dan penulisan skripsi inL
2. Ibu Syuhada Dip!. Chern selaku pembimbing II yang telah meluangkan
waktunya dan memberikan masukan selama penelitian dan penulisan skripsi
inL
3. Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.SIS., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.

4. Ir. Aglls Salim, MSc., selaku Kepala Jurusan MIPA Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatl1llah.
5. Ibll Hendrawati, M.Si., selaku Ketlla Program Studi Kimia Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri SyarifHidayatuliah.

6. Bapak Drs. Wawas Swathatafrijiah, M.Sc., selaku Kepala Balai STP yang
telah memberikan ijin untuk melakukan penelitian di STP.
7. Bapak II'. Rahmat Wijaya selaku manajer STP atas perhatian dan masukan
dalam melakukan penelitian.
8. Bpk. Johan, lbu lea, Jbu Prima, Bpk. Bambang, Bpk. Saeful, Bpk. Dasep,
Bpk. Heru, Malik, Njat dan seluruh staf STP yang telah banyak membantu
dalam menyelesaikan penelitian inl.
9. Seluruh dosen Program Studi Kimia Universitas Islam Negeri atas
dukungannya.
10. Mama lersayang dan keluarga atas dukungan dan do'anya.
11. Fachri alas motivasi dan dukungannya selama penelitian dan penulisan skripsi inl.
12. Semua teman-teman di Bengkel Remaja Pentium (BRP) atas semua
lasilitasnya.
13. Sahabal-sahabatku: Aisyah, Syarifah, Zayyanti dan Heni yang telah banyak
memberikan semangat dan dukungannya.

14. Teman-temanku di lab: Andri, Santoso dan Dio yang telah membantu selama
penelitian.
15. Seluruh teman-teman kimia angkatan 2002 khususnya untuk teman
sepeciuangan, Fikrul Dzar AI-Ghifari, Anah dan Fitri P.
16. Danuntuk semua pihak yang telah membantu namun tidak dapat disebutkan
satu persatu.
Jakarta, Oktober 2006
Penyusun

DAFTARISI

Halaman JlIdlil
Lembar Pengesahan Pembimbing
Lembar Pengesahan Ujian
Lembar Pernyataan

.
ii
iii
IV

RINGKASAN

V

KATA PENGANTAR

vii

DAFTAR lSi................................................................................................

viii

DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR GAMBAR....................................................................................

xii

DAFTAR LAMPlRAN.................................................................................

xiii

BAB I PENDAHULUAN

I

1.1 LataI' Belakang Penelitian............................................................

1

1.2 Perumllsan Masalah

"....................

2

1.3 TlIjllan Penelitian

'....................

3

BAB 11 DASAR TEORl...............................................................................

4

2.1 Lempling

4

2.1.1

Definisi Lempllng

4

2.1.2

Klasifikasi Lempllng Menllrut Struktllrnya

5

2.2 Bentonit

6

2.2.1

Klasifikasi Bentonit

7

2.2.2

Proses Pembentllkan Bentoni!..........................................

7

2.2.3

Jenis Bentonit

8

2.2.4

Manfaat Bentonit

9

2.2.5

Purifikasi Bentonit...........................................................

10

2.2.6

Struktur Monmorilonit.....................................................

13

2.2.7

Kapasitas Tukar Kation Bentonit

13

2.3 Organoclay
2.4 Slirkfatan

15

H................. 17

2.4.1

Pengertian Surfaktan

,..................

17

2.4.2

Klasifikasi Surfaktan........................................................

18

2.5 Nanokomposit Polimer-clay

20

2.5.1

Pengertian Nanokomposit Polimer-clay

20

2.5.2

Aplikasi Nanokomposit Polimer-clay...............................

21

2.6 Alat Uji

22

2.6.1

Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX)

22

2.6.2

X-Ray Diffraction (XRD).................................................

24

2.6.3

Thermal Gravimelly Analyzer (TGA)

25

BAB III M ETODE PENELITIAN

26

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian......................................................

26

3.2 Alat dan Bahan............................................................................

26

3.2.1

Alat

3.2.2

Bahan

26
"...................

27

3.3 Tahapan Penelitian

28

3.4 Cara Kerja...................................................................................

29

3.4.1

Preparasi Bentonit........................................

29

3.4.2

Prosedur Purifikasi Bentonit

29

3.4.3

Karakterisasi Bentonit Purifikasi......................................

32

3.4.4

Pembllatan Organoclay

33

3.4.5

Karakterisasi Organoclay

34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Kapasitas Tukar Kation (KTK)

37
37

4.2 Analisa Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive by
X-Rays (SEM-EDAX)

39

4.3 Analisa X-Ray Diffraction (XRD)................................................

41

4.4 Analisa Thermal Gravimetric Analyzer (TGA)

43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

45

5.1 Kesitnpulan

45

5.2 Saran...........................................................................................

45

DAFTAR PUSTAKA...................................................................................

46

LAMPIRAN

49

DAFTAR TABEL

Halanlan

Tabe! 1: Sifat fisik beberapa clay

6

Tabe! 2: Distribusi panjang rantai hidrokarbon surfaktan DTDA...................

19

Tabe! 3: KTK benton it dan bentonit purifikasi

37

Tabe! 4: KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi
surfaktan

38

Tabe! 5: Data persentase berat beberapa unsur dari belltollit, benton it
purifikasi dan organoclay (low, 2 hari)

39

Tabe! 6: Data XRD bentonit dan organoclay

41

Tabe! 7: Data analisa TGA dari organoclay (low & high, 2 hari)

43

DAFTAR GAMBAR

Halaman
GambaI' I: Klasifikasi lempllng berdasarkan strllktllrnya...............................

6

GambaI' 2: Strllktur Monmorilonit

13

GambaI' 3: 1I11strasi swelling pada bentoni!....................................................

15

GambaI' 4: 1I11strasi surface treatment

16

GambaI' 5: Jenis susunan alkil dalam lapisan organoclay..............................

16

GambaI' 6: 1I11strasi struktur sllrfaktan

17

GambaI' 7: Struktur sllrfaktan DTDA

19

GambaI' 8: Strllktur komposit polimer-clay

20

GambaI' 9: Tortuosity Path............................................................................

21

GambaI' 10: Mekanisme flame retardancy pada nanokomposit

22

GambaI'll Alur kerja instrumen SEM-EDAX

23

Gam bar 12: Skema Mekanisme Coating..

23

GambaI' 13: Alur kerja instrumen XRD..................

24

GambaI' 14: Aim kerja instrumen TGA.........................................................

25

GambaI' 15: Tahapan penelitian

28

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
Lampiran I: Perhitungan Kapasitas Tukar Kation (KTK) bentonit alam,
benton it purifikasi dan organoc/ay

:..

49

KTK benton it pllrifikasi............................................................

52

Lampiran 2: Perhitungan konsentrasi surfaktan low & high berdasarkan

Lampiran 3: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it

53

Lampiran 4: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it pllrifikasi......................

55

Lampiran 5: Grafik spektrum SEM-EDAX organoc/ay (low, 2 hari).............

57

Lampiran 6: Grafik spektrllm XRD bentonit.................................................

59

Lampiran 7: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 1 hari)

60

Lampiran 8: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 2 hari)

61

Lampiran 9: Grafik spektrum XRD organoc/ay (high, I hari)

62

Lampiran 10: Grafik spektrllm XRD organoc/ay (high, 2 hari)

63

Lampiran II: Perhitllngan d-spacing bentonit dan organoc/ay......................

64

Lampiran 12: Grafik kestabilan panas organoc/ay (low, 2 hari)

65

Lampiran 13: Grafik kestabilan panas organoc/ay (high, 2 hari)

66

BABI

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang
Bentonit merupakan salah satu komoditi mineral industri yang akhir-akhir ini

mendapatkan banyak perhatian para industriawan karena pemanfaatannya luas

(Wibowo, 2005). Pemanfaatan benton it diantaranya untuk peltambangan minyak
dan gas bumi, penjernihan kelapa sawit, pengolahan air lim bah dan bahan pengisi
obat dan kosmetik (Anonimous, 2005). Teknologi penambangan bentonit relatif
sederhana, karena umumnya kOll1oditi ini berada di dekat permukaan tanah dan
bahkan sudah ada yang tersingkap di permukaan akibat adanya proses pelapukan

(Sudradjar,2004).
Cadangan benton it di Indonesia seluruhnya sekitar 1,274 juta ton yang
terse bar di beberapa kabupaten, yaitu: Tasikmalaya (Keeamatan Karangnunggal),
Sukabumi (Kecamatan Lengkong dan Sagaranten), Cianjur (Keeamatan Campaka,
Sukanagara, Cibinong, Pagelaran, Tanggeung dan Kadupandak), Sumedang
(Keeamatan Tanjungkerta, Buahdua, Situraja dan Tomo), Kuningan (Kecamatan
Luragung, Ciawigebang, Cimahi dan Cibingbin), Ciamis, Sumedang dan Garut

(Arijin, 1997).
Salah satu aplikasi benton it di industri yaitu dalam bentuk organoclay.

Organoclay adalah bentonit yang sudah dimurnikan dari pengotor-pengotor
tertcntu dan diberi surfaktan tertentu. Penambahan surfaktan ini bertujuan untuk
merubah benlonil yang bersilill hidrolilik mcnjadi hidrof'obik dan bcrsifat non

2

polar. Hal ini bertujuan agar benton it bisa digunakan sebagai filler pada bahanbahan tertentu yang sifatnya hidrofobik. Salah satu industri yang memanfaatkan

organoclay sebagaifiller adalah industri polimer.
Pada penelitian ini pembuatan organoclay akan diaplikasikan dalam bidang
polimer. Dcngan adanya organoclay yang berfungsi sebagai filler berskala nano
dalam sistcm polimer, sifat mckanik dan termal dari polimer murni dapat
meningkat secara signifikan. Sistem komposit antam bentonit dan polimer ini
discbut nanokomposit. Teknologi nanokomposit akhir-akhir ini menarik minat
peneliti karena aplikasinya yang luas, diantaranya yaitu sebagai gas barrier pada
sistcm pengcmasan makanan, reinforcement (penguat) danfiame retardancy pada
sistem polimcr (Anonimous, 2006).

1.2

Peru m usan Masalah
Bentonit sebagai bahan dasar pembuatan organoclay masih mengandung

pengotor-pcngotor seperti kalsit, kwarsa, besi, dan senyawa-senyawa asam.
Pcngotor-pengotor ini dapat menghambat pembuatan nanokomposit dan dapat
mcmicu rusaknya polimer pada saat pemrosesan dengan suhu tinggi. Pengotor
tersebut dapat dipurifikasi dengan beberapa perlakuan kimia. Purifikasi benton it
merupakan tahap awal yang menentukan pada pembuatan organoclay. Proses
purifikasi ini dilakukan dalam em pat tahapan, yaitu menghilangkan karbona!,
kadar besi, materi organik dan mincral-mineral pengotor (Ammann, 2003).

Organoclay sebagai nanofiller pada sistem polimer masih banyak
kekurangan. diantaranya terjadinya collapse pada suhu tinggi. Untuk itu dilakukan

3

optimalisasi proses pembllatan lIntlik mendapatkan organoclay dengan stabilitas
termal yang tinggi. Organoclay juga diharapkan memiliki jarak antar lapisan
silikat (d-spacing) yang besar , karena d-spacing yang besar akan memuclahkan
organoclay terclistribusi pacla saat pencampllran dengan polimer.

1.3

Tlljuall

Tujuan penelitian ini yaitu melakukan purifikasi bentonit clan memperoleh
organoclay dari benton it hasil purifikasi dengan d-spacing dan stabilitas termal

yang !inggi. Organoclay tersebut c1iharapkan c1apat diaplikasikan c1alam
pengembangan teknologi nanokomposit clan c1engan ini c1apat mengoptimalkan
pemanfaatan bentonit yang merupakan sumber c1aya alam Indon.esia.

BABlI
DASAR TEORT

2.1

LClllpung

2.1.1

Dcfinisi Lelllpung

Lempung (tanah liat) dileenal juga sebagai clay mempunyai beberapa
definisi tergantung dari ilmu tinjauannya, di antara definisi tersebut adalah:
1. Bidang Geogoli

Lempung adalah bahan alam yang berasal dad dalam tanah yang
sebagian besar

｡ｹｮｩｳ ｯｰｾ ･ｬ

adalah mineral yang berbentule lerista!.

Partileel lempung beruleuran sangat leecil, ukuran malesimal partikel
lempung adalah 211m.
2. Bidang Keramile dan Industri Kerajinan
Lempung adalah bahan yang berasal dad dalam tanah yang jika
dicampur air akan menjadi lengket dan bisa diubah-ubah bentuknya. Jika
sudah leering lempung akan menjadi keras dan rapuh selia tidak bisa lagi
dibentuk. Jilea lempung ini dipanaskan sampai berwarna kemerahan
maka akan bersifat lebih keras dan tidale bisa diubah lagi bentuknya
walaupun diberi air
Lcmpung terdir

dari sejumlah kelompok aluminium terhidrat,

magnesium dan silileat besi yang pada umumnya mengandung ion Na, Ca, K

5

dan ion-ion lain. Kelompok utama mineral lempung adalah kaolin, smektit,
i1it, klorit, dan hormit.
Lempung adalah bahan mentah yang jumlahnya berlimpah di alam,
serta ll1empunyai berbagai sifat dan

kegunaan yang berbeda-beda.

Kegunaannya dalam bidang industri dipengaruhi oleh: Komposisi mineral
lempung, kOll1posisi mineral non lempung, materi organik, jenis dan jumlah
ion yang dapat dipertukarkan, kelarutan, dan tekstur (Astuti, 2005).

2.1.2

Klasifikasi Lempung menurut struktnrnya

Amore

]----C Kelompok Allophan
Equidimensional
contoh: kaolinit &

,..--

dickit
2 lapi••truktur, terdiri dari ]tetrahedron & oktahedron

ｾＮ

L-i

Elongate (memanjang)
contah: halloy.!t

'--.

3 lapis struktur, tcrdiri dad

I- 2 tetrahedron yang mengapit f--I oktahedron

I

Kristal

f-

,..--

Expanding
(mcmbe.ar)
Kelornpok .mektit:
MOl1morilonit,

vermiGulit, nontronit
& saponit

H

Struktur lapisan yang tidak
beraturan (kelompok chlorit)

-f

ｾ

-

expanding (tdk
membesar) IIIIIn

Struktur ranlai

(kelo-,?pok hormit)

Gambar I. Klasifikasi lell1pung berdasarkan strukturnya (Astuti, 2005)

6

2.2

Bentonit
Bentonit adalah

salah

satu jenis clay yang

mengandung mineral

monmorilonit. Nama bentonit ini pertama kali digunakan oleh Knigh pada tahlln
1898 lIntlik slIatli jenis lempllng yang sangat plastis (koloid) yang terdapat pada
formasi Bentone, Rock, Creek, Wyoming, Amerika Serikat Pada tahlln 1960
Billson menemllkan bahwa mineral benton it terdiri dari 85% monmorilonit dan
sisanya merllpakan pengotor. Nama monmorilonit ini berasal dari jenis lempllng
plastis yang ditemllkan di Monmorillon, Perancis pada tahlln 1847 (Arifin, 1996).
Sifat dari clay terlltama monl11orilonit yang sangat penting sehingga banyak
digllnakan dalam komposit adalah Kapasitas Tlikar Kation (KTK) yang besar,
SlII.!Clce area yang besar dan lIkuran partikel yang kecil (Tabel 1).

Tabell Sifat fisik beberapa clay
Ukurall Partikel
(mm)
0,01 - 1,0

SUlface Area
700 - 800

KTK (meq/lOO
"ram)
80 - 100

11 it

0,1 - 2,0

100 - 200

15 -40

Kaolinit

0,1-5,0

5 -20

3 - 15

Clay
Monmorilonit

2
'(m /")

7

2.2.1

Klasifikasi Bentonit

Berdasarkan mineral penyusunnya, benton it dapat diklasifikasikan
sebagai berikut (Kloprogge, 1998 dan Anon;mous, 2006):
Rumus umum

: [Na,Ca]O,33 [AI,Mgh Si 4 010 (OH12 . n f-hO

Kelas

: Silikat

Sub Kelas

: Pilosilikat

Kelompok

: Smektit

2.2.2

Proses Pembentukan Bentonit
Secara umum, proses pembentukan endapan benton it ada empat

macam. yaitu :
I. Endapan Hasil Pelapukan
Faktor utama dalam pembentukan endapan bentonit sebagai hasil pelapukan
adalah komposisi kimia dan daya lalu air pada baluan asalnya. Mineralmineral utama dalam pembentukan bentonit antara lain adalah, plagioklas,
kalium-feldspar, biotit, muskovit serta sedikit kandungan senyawa alumina
dan ferromagnesia. Pembentukan bentonit dari proses pelapukan mineralmineral tersebut. Pelapukan ini diakibatkan oleh adanya reaksi antara ion-ion
hidrogen yang terdapat dalam air tanah dengan senyawa silikat.
2. Endapan Proses Hidrotennal
Larutan hidrotermal merupakan larutan yang bersifat asam dengan
kandungan klorida, sulfur, karbondioksida, dan silika. Oalam proses ini
komposisi larutan hidrotermal berubah karena adanya reaksi dengan

8

batllan lain menjadi larlltan alkali. Larutan alkali ini, selanjutnya terbawa
keillar dan bersifat basa serta akan tetap bertahan selama lInslir alkali
tanah tetap terbentuk akibat penguraian batllan asa!. Pada alterasi lemah,
keterdapatan unSllr alkali tanah akan membentllk benton it.

3. Endapan Akibat Transfomlasi
Endapan benton it dapat terbentllk dari hasil transformasi debll gunung
api. Transformasi ini dapat terjadi dengan sempllrna apabila debu
terendapkan di dalam wadah berbentllk cekungan yang mengandung
mineral gelas gunllng api. Mineral-mineral ini secara perlahan-Iahan akan
mengalami transformasi yang selanjutnya akan menghasilkan benton it.

4. Endapan Sedimen
Bentonit dapat terbentuk sebagai cadangan sedimen keadaan basa.
Mineral-mineral yang terbentllk secara sedimenter, salah satllnya adalah
benton it yang terbentllk dalam cekungan yang bersit:1t basa (Anonimous,
2004).

2.2.3

Jenis Bentonit

Bentonit dikenal dalam dllajenis yaitu:
I. Kalsillm Bentonit (Ca, Mg benton it)
Bentonit jenis ini mengandllng ion Ca2+ dan Mg2+ yang relatif lebih
banyak dibanding ion Na +. Bentonit jcnis ini kllrang mcnyerap air, akan
tetapi secara ilmiah setelah diaktifkan dengan asam mempllnyai sifat

9

menyerap yang baik. Karena itu bentonit jenis ini banyak digunakan
sebagai penyerap (absorben).
2. Natrium Bentonit (Na benton it)
Bentonit jenis ini mengandl1ng ion Na + yang relatif lebih banyak
dibanding ion Ca 2+ dan Mg2+. Jika dicelupkan ke dalam air, bentonit ini
memiliki sifat mengembang yang sangat besar, hingga 8 - 15 kali. Dalam
keadaan kering Na-bentonit berwarna putih atau krim, sedangkan pada
keadaan basah bentonit berwarna mengkilap jika terkena matahari.
(Arifin, 1996).

2.2.4

Manfaat Bcntonit

Bentonit banyak dimanfaatkan l1ntuk berbagai aplikasi, diantaranya
sebagai berikut (Astuti, 2005):
1. Industri logam

Digl1nakan sebagai material pengikat l1ntuk persiapan lelehan besi dan blUa.
Sclain itu dengan penambahan bentonit dapat memperbaiki laju alir selia
stabi Iitas tennal produk.
2. Lingkungan
Sifat adsorbsi dan absorbsi bentonit sangat berguna untuk pengolahan air
Iimbah karena kemampl1annya untuk menyerap berbagai logam bera!.

10

3. Makanan dan minuman

Bentonit digunakan untuk menghilangkan pengotor dalam minyak sawit,
selain itu juga sering dipakai untuk menjernihkan air mineral, gula dan
madll.
4. Pertan ian

Bentonit digunakan sebagai penukar ion untuk mernperbaiki kondisi
tanah yang kurang baik. Selain itu bila dipanaskan berfungsi sebagai
material berpori untuk digunakan sebagai penyerap herbisida dan
peslisida.
5. Farmasi dan kosmetik
Bentonit digunakan sebagai pengisi pada sediaan farmasi dan kosmetik
sehingga bisa terbentllk pasta yang dapat diaplikasikan untuk pembuatan
krim dan lotion.

2.2.5

PUl'ifilmsi Bentollit

Purifikasi bentollit adalah proses pellghilangan pengotor-pengotor
pada benton it untuk mendapatkan monmorilonit. Pengotor yang biasa
terdapat pada benton it adalah seperti mineral feldspar (AlSbOg), kalsit
(CaCO)). gipsllm (CaS04.2H20), kaolin it AbSbOs(OH)4, ilit (K,H 30)
(AI,Mg.Feh(Si,AI)40IO[(OHh,(I-hO)], kwarsa, plagioklas, serta senyawa
pengotor lain seperti besi oksida (Fe203) dan materi organik. Kalsit, besi
oks ida dan materi organik dapat dihilangkan dengan perlakllan kimia.

11

Sedangkan kwarsa, feldspar dapat dihilangkan dengan pengendapan atau
fraksionasi (Ammann, 2003).
Selain itu proses purifikasi ini dapat merubah monmorilonit yang
multiklltion (memiliki kation lebih dari satu) menjadi unikation (memiliki

satu kation) dengan jenis Na-Monmorilonit. Hal ini bertujuan agar kation
anorganik tersebut lebih mudah dipertukarkan dengan kation organik dari
surfaktan pada proses pembuatan organoclay.
Purifikasi benton it terdiri dari 4 tahap, yaitu:
I. Menghilangkan Karbonat
Senyawa karbonat pada benton it dihilangkan dengan menggunakan
larutan buffer asetat (Natrium asetat-asam asetat). Hal ini bertujuan
untllk membebaskan karbonat yang terdapat pada benton it sebagai
CaC03. Pada reaksi

ini dihasilkan gelembung gas C02 yang

mengindikasikan adanya senyawa karbonat.
Reaksinya adalah CO/" + 2H+ -> H20 + CO 2
2. Menghilangkan Besi
Mineral bentonit mengandung kadar besi yang clikup tinggi (±6,39 %).
Bcsi pada bentonit hanls dihilangkan, karena besi dapat menjadi perusak
prodllk akhir setelah organoclay dicampllrkan dengan material lain,
misalnya bila dicampllrkan dengan polimer.
Kadar besi diminimalisasi dengan menggllnakan larutan bufer sitrat (Nasitrat dihidrat, C6 HsNa307.2H20; Na-bikarbonat, NaHC03) dan Naditionat (Na2S204) untllk meredllksi besi oksida.

12

Reaksinya: s20l- + 2Fe 3+ + 40H" -- 2 S03 2- + 2Fe 2+ + 2H20
Setelah direduksi menjadi Fe2+ maka ion besi akan dikomplekskan oleh
Na-sitrat dihidrat.
3. Menghilangkan materi organik
Materi organik pada bentonit dihilangkan dengan menggunakan larutan
Natrium asetat dan H202. Penggunaan larutan Na-aseta.t selain sebagai
buffer juga bertujuan agar terjadi pertukaran ion antara Ca2+ dalam
bentonit dengan ion Na + dalam larutan. Sedangkan H 20 2 berfungsi
sebagai pengoksidasi materi organik.
Reaksinya: Materi organik (CHO) + H202 -- C02 + HP
4. Fraksionasi
Fraksionasi

atau

pengendapan

dilakukan

untuk

mendapatkan

monmorilonit dengan ukuran partikel yang seragam, dan juga untuk
menghilangkan mineral pengotor seperti kwarsa, ilit dan kalsit.
Fraksionasi dilakukan berdasarkan perbedaan massa jenis, prosesnya
yaitu dengan mendispersikan bentonit dalam air selama beberapa waktu.
Karena massa jenis monmorilonit lebih kecil dibandingkan mineral lain,
maka mineral monmorilonit akan mengambang di permukaan air,
sedangkan mineral pengotor akan mengendap (Ammann, 2003). Massa
jenis mineral pengotor bentonit diantaranya ilit, kalsit dan kwarasa
berturut-turut yaitu 2,75; 2,7; 2,65, sedangkan massaje:nis monmorilonit
yaitu 2,4 (Anonimous, 2006).

13

2.2.6

Struktur Moumorilouit
Struktur mineral monmorilonit terdiri dari tiga unit lapisan, yaitu dua

unit lapisan tetrahedral (mengandung ion silikon) mengapit satu lapisan
oktahcdral (mengandung ion besi dan magnesium). Ketebalan tiap lapisan
monmorilonit sekitar 0,96 nm dan d-spacing-nya sekitar 1,2 - 1,5 urn
(Gungor, 2000). Struktur monmorilonit dapat dilihat pada Gambar dibawah

ini:

intcrlaycr

E
c:

1'1.

ｾｧｽ

layer I - tetrahedral

E

40+2011 }

'"ｾ

40+2011

4(AI + Mg)

c:

ｾｽ
ＰＬｈＺ ＮｲｮｾＭＺ ］

exchange
cations
AIH

Mg'+
layer 2 - octahedral

layer 3 - tetrahedral

FcH
Fe3+
Li+

AIH

Mg'+
Li+

Cat...
en'" exChonge cations
Na·
Nn-+

interlayer

11+

Na+

no} layer I - tet;ahedral

4S;

Cat+
AIH

Gamba .. 2. Struktur Monmorilonit

2.2.7

Kapasitas Tuka.. Katiou Bcntonit
Kapasitas tukar katian bentanit adalah kapasitas benton it untuk

menyerap dan menukar kation (Laz, 2004). Katian yang tertukar disebut:
exchangeable cations, sedang proses pertukaran disebut cation exchange

(pel1ukaran kation) (Elisa, 2004).
Cara

penentuan

KTK

benton it diantaranya dilakukan

dengan

menggullakan amonium asetat. Prinsipnya adalah kation-katioll seperti Na+,

14

Mg2+ dan K+ dapat dipertukarkan dengan ion NH4+ dalam larutan amonium
asetat (pH 7). Kadar ion amonium dalam sampel clay ditentukan dengan
metode Kjeldahl. Metode ini menggunakan larutan NaOH 50% untuk
memprotonasi sampelmenjadi amonia. Hal ini dilakukan dengan cara destilasi.
Destilat direaksikan dengan asam sulfat (H2S04) untuk menangkap amonia.
Destilat dititrasi dengan NaOH untuk mengetahui kelebihan asam sulfat dengan
mengubahnya menjadi natrium sulfat (Na2S04),' Titrasi dilakukan dengan
menggunakan indikator Conway (kisaran pH 4,2 - 6,2). Indikator ini merupakan
campuran dari zat wama metilmerah danmetilen biru (Ammann, 2003).
->

Clay-NH 4 + NaOAc

->

NH3 +H20

H2SO4

->

(NH4hS04

NaOH

->

Na2S04

Clay-Na

+

NH3+

+

OH'

NI-!)

+

H2SO4

+

NH40Ac

Destilasi tanpa sampel bentonit diulangi sebagai blanko. Hal ini
dilakukan untuk mengetahui ion amonium yang terikat pada organoclay.
Besarnya ion amonium yang terikat ini merupakan nilai KTK.
KTK = (mL NaOH blanko-mL NaOH sampel) x M NaOH x 100
mL NaOH sampel

Kapasitas Tukar Kation pada bentonit dipengaruhi oleh kandungan
benton it, tipe bentonit dan kandungan bahan organik. KTK pada monmorilonit
sekitar 80-100 meq/l00 gr (Pullman, 2004).

15

2.3

Orgllnocllly
Organoclay terbentuk dari hasil penggantian kation anorganik, seperti

natrium, kalsium dan magnesium pada permukaan partikel bentonit dengan suatu
kation organik yang berasal dari surfaktan tertentu. Pada saat pemasukan
surfaktan ke dalam lapisan benton it, sebaiknya bentonit dalam keadaan
mengembang (swelling). Berbeda dengan zeolit, bentonit memiliki sifat
mengembang yang baik, pengembangannya bisa mencapai 15 kali. Dalam
keadaan mengembang lapisan benton it akan terbuka atau d-spacing sedikit
membesar, sehingga memudahkan surfaktan masuk ke dalamnya (Ammann,
2003). Gambar 3 merupakan ilustrasi bentonit sebelum dan sesudah swelling.

Swelling

Gambar 3. I1ustrasi Swelling pada bentonit
Surfaktan yang digunakan dalam pembuatan organoclay biasanya adalah
garam amonium kwartener ｲ｣ｴｎｾＨ

yang sedikitnya memiliki satu rantai alkil

panjang. Amonium kwartener ini merupakan jenis kationik amonium klorida,
yang mempunyai muatan positif pada salah satu ujung rantainya. Muatan ini
diturunkan dari ion nitrogen pada gugus karboksil, pertukaran ion terjadi dengan
ion Na, Ca, dan Mg pada permukaan monmorilonit. Hal ini bertujuan untuk
mengubah bentonit yang bersifat hidrofilik menjadi hidrofobik (organofilik),

16

sehingga dapat berpadu dengan suatu bahan yang bersifat hidrofobik, contohnya
polimer (Anonimous, 2006).
Na-bentonit + H0 2C-R-NH/Cr
Bentonit
surfaktan

Ｍｾ

H02 C-R-Nl-h+-bentonit + NaCI
organoclay
garam

Penambahan surfaktan bertujuan untuk mengurangi gaya tarik antar lapisan
monmorilonit sehingga jarak antar lapisan dapat bertambah besar yaitu diatas 1,5
nm. Peningkatan d-spacing ini akan memudahkan polimer masuk ke dalam
organoclay (intel'kalasi) dan lapisan organoclay akan mudah terlepas satu sama

lain atau tereksfoliasi (Gambar 8). Penambahan surfaktan pada organoclay
disebut dengan surface treatment (Liza, 2005).

L
ｾ

Surface
Treatment
Gambar 4.

ｾ

ｾﾻ

7'

ＱＧＵｮｭ

lIustr.si Surface Treatment

Posisi susunan rantai alkil (surfaktan) dalam organoclay mempengaruhi d,pacing organoclay. Susunan rantai alkil terdiri dari 3 jenis (Alexandre, 2000), yaitu:

Gambar 5.

Jcnis susunan alkil dalam lapisan organoclay. a) lateral satu lapis
(monolayer); b) lateral dua lapis (bilayer); c) paraffin satu lapis
(monolayer) dan d) paraffin dua lapis (bilayer).

17

Organoclay telah digunakan dalam berbagai bidang seperti pada industri cat,
indllstri pembuatan kertas dan pemboran minyak bumi. Dalam bidang polimer
pemanfaatan organoclay lebih maju lagi yaitu dalam bentuk nanokomposit.
Berbagai

penelitian

terdahulu

telah

menemukan

bahwa

kandungan

5%

nanokomposit dapat memperbaiki sifat termal dan mekanik pada polimer

(Anonimous, 2006).

2.4

Surfaktan

2.4.1

Pengertian Snrfaktan
Surfaktan (SUIface Active Agents) adalah suatu zat yang dapat

mengllrangi atau menllrunkan tegangan permukaan zat cai:r; misalnya sabun
atau detergen, asam sulfonat, dan zat-zat organik tertentu. Surfaktan dapat
pula disebut zat aktifpermukaan atau zat pembasah (Arsyad, 2002). Ditinjau
dad sisi hasH penemuan dapat dinyatakan bahwa molekul zat aktif
pennllkaan terdiri dari dua bagian yang penting yaitu hidrofilik (menarik air)
dan bagian hidrofobik (menolak air) (Anonimous, 2006).

Gamba" 6. !lustrasi Struktur Surfaktan

18

2.4.2

Klasifikasi Surfaktan

Berdasarkan

gugus

hidrofilik

yang

dimilikinya

surfaktan

diklasifikasikan sebagai berikut (Anonimous, 1986):
1. Surfaktan Anionik

Surfaktan anionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya bermuatan
negatif. Contohnya Natrium Stearat, CH3(CH2)16CO()"Na+.
2. Surfaktan Non lonik

Surfaktan non ionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya tidak
berl11uatan (tidak terdisosiasi di dalam lamtan). Contohnya Poliostilen
lauril ester, CI2H2S0(C2H40)sH.
3. Surfaktan Amfoter

Surfaktan jenis ini gugus hidrofiliknya dapat terionisasi l11embawa
l11uatan positif atau negatif tergantung pH lamtan. Contohnya Dodesil
betain, CH3(CH2)11 NHCH2CH2COOI-I.
4. Surfaktan Kationik

Surfaktan kationik adalah surfaktan yang mempunyai gugus aktif yang
berl11uatan positif. Contohnya Dodesil trimetil amonium bromida,
CH3(CH2)ISN(CH3)3+B(.

19

Pada penelitian ini digunakan surfaktan dari jenis kationik amonium
kwartener, yaitu di(hydrogenated tallow)dimetilamonium klorida (DTDA).
Stllrllktllr sllrfaktan DTDA dapat dilihat pada Gambar 7.

Gamba .. 7. Sturktur surfaktan DTDA (Anonimous, 2006)

Slirfaktan ini memiliki rantai karbon (R J dan R2) yang panjang dengan
komposisi yang berbeda. Komposisi rantai hidrokarbon surfaktan DTDA dapat
dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Distribllsi Panjang Rantai Hidrokarbon Surfaktan DTDA

Cl2

Cl4

Cl6

CIS

1%

4%

31%

64%

20

2.5

Nanokomposit Polimer - Clay

2.5.1

Pengertian Nanokomposit Polimer - Clay
Komposit polimer-cltry merupakan bahan dengan matrik polimer yang

diperkllat dengan nanojiller, Salah satu nanojiller yang digunakan untuk
pembllatan nanokomposit polimer-cltry adalah bentonit. (Limpanart, 2005),
Berdasarkan dispersi benton it ke dalam matrik polimer, formasi nanokornposit
polimer dibagi menjadi 3 tipe: Pertama, komposit konvensional, dimana
kumplilan lapisan bentonit berukuran mikropartikel atau tactoid. Kedua,
nanokomposit yang terinterkalasi, dimana jarak antal'a lapisan bentonit
diperbesar dengan masuknya matrik polimer dan sllsunan lapisan bentonit tidak
berubah. Ketiga, nanokomposit yang tereksfoliasi, dimana lapisan bentonit
terpisah menjadi lapisan individu dan terdistribllsi seeara aeak pada matrik
polimer (Liza, 2005).

ｾＣ

Layered siHcale

Polymer

11\

ＮｾＮ

Phll$e separated
(microcomposite)

Intercalated

{nanocomposlle)

Ex(ollaled

(nanocomposite)

Gambar 8. Struktur Komposil Polimer-Clay (Anonimous. 2005)

2]

2.5.2

Aplikasi Nanokomposit Polimer - Clay
Aplikasi

nanokomposit polimer-clay sangat luas, akan tetapi

kontribllsi teknologi yang dikembangkan pada prinsipnya meliputi: gas

barrier. reinforcement, dan flame retardancy.
1. Cas Barrier

Peningkatan sifat gas barrier pada nanokomposit sangat bermanfaat
dalam aplikasi kemasan makanan, baik kemasan fleksibel maupun rigid.
Sebagai contoh dalam kemasan llntuk daging, keju, sereal dan makanan
yang dididihkan dalam kemasan, selain itu juga minuman berkarbonasi

(Liza, 2005). Partikel nanoclay akan dapat menaikkan tortuosity, yang
. dapat memperlambat transmisi senyawa-senyawa seperti oksigen, uap air
dan

lain-lain.

Penggllnaan

nanokomposit

diharapkan

dapat

mcningkatkan ketahanan makanan tersebut (Cahyo, 2005).

'Tortuous Path..

Gambar 9. Tortuosity Path (Anonimous, 2005)

2. Reinforcement (penguat)
Lapisan benton it dengan llkuran nano berfllngsi sebagai nucleating

agent, agar ukuran kristal menjadi kecil sehingga interaksi antar
pcrmukaan pada kristal menjadi lebih besar dan material menjadi lebih

22

kllat sehingga dapat menaikkan slIhll heat deflection temperature (Liza,
2005). Selain itll dengan bersifat sebagai nucleating agent benton it dapat
meningkatkan transparansi polimer (Anonimous, 2006).

3. Flame retardallcy
Penambahan nanoclay dapat mengllrangi flammability dari material
pol imer. Adanya partikel bentonit membantll pembentukan char (lapisan
karbon) yang dapat menghambat oksigen pada permllkaan material yang
terbakar tanpa menggllnakanflame retardant (Liza, 2005).

Polymer

Polymer

Gllmbar 10. Mekanisme Flame Retardanry pada nanokomposit (Al1ol1imous, 2006)

2.6

Alat Vji

2.6.1

Scalllling Electroll Microscope-Energy Dispersive By X-Rays

(SEM-EDAX)
SEM-EDAX

Microscope -

merupakan

singkatan

dari

Scanning

Energy Dispersive Analysis by X-Rays.

Electron

SEM-EDAX

merupakan alat yang terdiri dari dua instrumen, yaitu SEM dan X-ray. Alat
ini digunakan untuk melihat perbesaran suatu material, dan
menerangkan unsur-unsur yang terkandung dalam suatll material.

dapat

23

Prinsip kerja alat ini yaitu berdasarkan radiasi sinar X yang
mengeksitasi atom-atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada saat atom
tersebut kembali ke keadaan awal, maka akan memancarkan energi yang
spesifik untuk setiap unsurnya (Anonimous, 2006).

PO'iftt
),YlI",
Si.>Pply ＱＧｦｕｬｰｴｲＢｾ

AiUl!lg
10
ｲＩｬ ｾＮｯ

C"nyerfi!(
' - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ IAct:!_ - - - J

Gambar II. Alur Kerja Instrumen SEM-EDAX (Perkes, 1999)

Sebelum sampel dianalisa, perlu dilakukan coating (pelapisan) dengan
emas (Au) atau karbon (C). Hal ini bertujuan agar dapat menghantarkan
elektron pada sampel yang berasal dari electron beam dar! instrumen ini.

ｾＮ . -｟ｉ｛ｲＭＮＺＬｾ
ｾｽ

J
tlh
)l

Gambar 12. Skema Mekanisme Coating (Grunberger, 1999)

24

2.6.2

X-Ray Diffraction (XRD)

Analisa dengan XRD dilakukan untuk mengetahui jarak antar lapisan
basal Vi-spacing) pada suatu material. Prisnip kerja alat ini yaitu
berdasarkan difraksi sinar X yang menghasilkan sudut 28 yang spesifik
untuk setiap unsur. Hubungan ini dapat diterangkan dengan persamaan
Bragg: n A ｾ 2 d Sin (3 (Kellner, 1998).
Dimana,

n ｾ nomor kulit atom (I, 2, 3)
Aｾ panjang gelombang (A)
d ｾ jarak antar lapisan kristal (A)
8 ｾ sudut difraksi

.. '_.-.-.- .... - .- .....

Focus

\

Oetector

I
I
I

,

I

;

,

.........

./

,.I

, .'

.. ·..... .Measunng
.-._._.-ｾｬ｣ｴｃ ..... .... ·""

o Glancing angle
20 Diffraction angle
a. Aperture angle

Gamba .. 13. Ailir Kerja Instrumen XRD (Hull, 2004)

25

2.6.3

Thermal Gravimelly Analyzer (TGA)
Instrumentasi TGA merupakan salah satu metode dasar untuk analisa

terma!. Prinsip kelja alat ini adalah mengllkur perllbahan massa sampel
terhadap meningkatnya temperatur. Dengan alat ini dapat diketahui
kestabi Ian sampel terhadap pengaruh pemanasan. Instrllmentasinya terdiri
dari timbangan analitis,fiirnace dan sistem pengolah data (Kellner, 1998).

Gas in

,

Gambar 14. Alur Kerja Instrumen TGA (Hull, 2004)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1

Waktll dan Tempat Pellelitian
Penelitian

dilakllkan

dari

bulan

Mei

sampai

September 2006

di

Laboratorium Kimia Analitik Sentra Teknologi Polimer (STP), Gedung 461,
PUSP1PTEK Serpong.

3.2

Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

1. Alat Laboratorillm
Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah peralatan gelas,
lumpang dan mortar, timbangan analitik, oven, termometer sieve sheaker,
magnetic strirrer

2. Alat Vji

-

Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX) tipe XL-30 Philips, USA
Analisa dengan alat ini dilakukan untuk menentukan kandungan
UIlSUr.

-

X-Ray Difji-action (XRD) Tipe XD-61 0 Shimadzu, Jepang
Analisa dengan alat ini dilakukan untuk analisa jarak antar lapisan
silikat (d-spacing).

27

-

Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) Mettler Toledo, !tali
Analisa termal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan massa
sebagai fungsi temperatur.

3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
-

Bentonit yang berasal dari daerah Bogor, Jawa Barat

-

Surfaktan DTDA [di(hydrogeneted tallow)dimetilamonium klm'ida]

-

Bahan-bahan kimia (pro analis) dari Merck, Jerman, yaitu: Natrium
Asetat (CI-!}COONa), Asam Asetat (CH3COOH), Natrium Sitrat
Dihidrat (C6HsNa307.2I-hO), Natrium Bikarbonat (NaHC03), Natrium
Ditionat (Na2S204), Natrium Klm'ida (NaCI), Asam Klorida (HCI),
Hidrogen Peroksida (H20 2), Etanol, 2-Propanol, Natrium hidroksida
(NaOH), Asam suifat (H2S04), Amonium asetat (CI-!}COONf4),

-

lndikator Conway (campuran metilen merah dan metilen bim)

-

Air destilasi

28

3.3

Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalal11 skala laboratorium, dan secara garis besar

terdiri dari pllrifikasi bentonit, pel11bllatan organoclay, karakterisasi, selia analisa.

Bentonit

11'--......,:>

Bentonit Pllrifikasi

n
U

"

Karakterisasi:
• SEM
• XRD
• KTK

Karakterisasi:
• SEM
• KTK

I

Pel11buatan
Organoclay

Organoclay

Karakterisasi:
• SEM
• TGA

• XRD
•

KTK

Gambar 15. Tahapan Proses Penelitian
Pembllatan organoclay dari benton it dibagi menjadi .3 tahap. Perlama,
karakterisasi benton it, yang terdiri dari karakterisasi SEM, XRD dan KTK.

Kedua, puril'ikasi bentonit dan karakterisasi. Pllrifikasi ini dilakukan untuk
mendapatkan bentonit yang bebas dari kontaminan yang tidak diinginkan,
seperti besi, selanjutnya benton it pllrfikasi dikarakterisasi dengan SEMEDAX dan KTK. Keliga, pembllatan organoclay dan karakterisasinya.

29

Organoclay dibuat dari bentonit purifikasi, kemudian organoclay yang
dihasilkan dikarakterisasi dengan KTK, SEM, TGA, dan XRD.

3.4

Cam Kerja
Prosedllr penelitian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitll preparasi bentonit

dan karakterisasi awal, pllrifikasi, pembllatan organoclay dan karakterisasi akhir.
3.4.1

Preparasi bentonit

1. Sebanyak 300 gram bentonit digerus dengan menggunakan Ilimpang dan
mortar, kemlldian diayak dengan sieve shaker yang memplinyai ukuran
pori 63

!-lITI

(225 mesh). Selanjutnya bentonit dipanaskan di dalam oven

dengan sllhu 105°C selama 2 jam, dan siap untllk digunakan pada proses
selanjutnya.
2. Bentonit yang sudah dipreparasi kemudian dikarakterisasi awal, yaitu
penentuan Kapasitas TlIkar Kation (KTK), dan analisa dengan instrumen
SEM-EDAX, dan XRD.

3.4.2

Prosedur Purifikasi Bentonit
Prosedur purifikasi bentonit mengacu pada penelitian sebelumnya

yang dilakllkan oleh Retno tentang purifikasi bentonit dan pembuatan

organoclay

(Astuti,

2005).

Purifikasi

bentonit

dilakllkan

lIntuk

menghilangkan senyawa-senyawa pengotor seperti besi oksida (Fez 03),
kalsilll11 karbonat (CaC03) dan materi organik (CHO) (Ammann, 2003).
Prosesnya dengan menggllnakan pereaksi-pereaksi kimia yang dapat

30

mengoksidasi atau mereduksi pengotor tersebut. Selain itu dilakukan
fraksionasi untuk menghilangkan mineral-mineral pengotor seperti ilit,
kwarsa, kalsit, dan feldspar. Setelah dipurifikasi, bentonit dinamakan
bentonit purifikasi. Proses purifikasi benton it dibagi menjadi 4 tahap, yaitu:

1. Mcnghilangkan karbonat
Bentonit yang telah dipreparasi awal, ditimbang sebanyak 100 g,
kel1llldian didispersikan dalam 200 mllarutan Natrium asetat-Asam asetat
I N (82 g natrium asetat dan 60 g asam asetat dalam 1000 mL aquades),
kel1llldian distirer selama 24 jam, sehingga gelembung C02 yang
merllpakan indikasi adanya karbonat sudah tidak tampak pada larutan.
Suspensi bentonit dan Na asetat-asam asetat disentriii.Igasi, kemudian
filtratnya

dibuang.

Purifikasi

karbonat

dilakukan

2

kali

untuk

menyempurnakan reaksi. Endapan yang dihasilkan diproses ke tahap
selanjlltnya.

2. Mcnghilangkan Bcsi
Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 300 ml
larutan buffer sitrat (115 g (0,37 mol) natrium sitrat dihidrat, 8,5 g (0,1
mol) natrium bikarbonat, dan 70 g (1,2mol) natrium bikarbonat dalam IL
aqllades), dan ditambahkan 36,54 gr Natrium Ditionat. Suspensi bentonit
distirer selama 70 jam, kemudian disentrifugasi dan dicuci sebanyak
empat kali dengan larutan Natrium klorida-asam klorida. Prosedur ini

31

diulangi sebanyak dua kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan yang
dihasilkan diproses ke tahap selanjutnya.

3. Menghilangkan Mated Organik
Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 500 mL
larutan natrium asetat 1 N, kemudian ditambahkan 170 mL 30 % w/w
larutan peroxida. Suspensi distirrer pada suhu 90°C selama 10 jam,
kemudian dilanjutkan pada suhu kamar selama 20 jam. Setelah itu
suspensi tadi disentrifugasi, kemudian filtrat dibuang dan endapannya
dieuei dengan larutan NaCI 1 N sebanyak 3 kali. Endapan tersebut
di fraksionasi.

4. Fraksionasi
Endapan benton it dari tahap sebelumnya dieuci dengan aquades, untuk
menghilangkan kelebihan garam, kemudian disentrifugasi. Filtratnya
dibuang dan endapan didispersikan ke dalam 9 L aquades dan didiamkan
selama 60 jam. Suspensi benton it dari bagian atas sampai 5 em dari
bawah diambil dan dipanaskan di hot plate, kemudian dikeringkan dalam
oven vakum pada suhu 70°C selama 24 jam. Setelah itu benton it digerus
dengan mortar, dan didapatkan benton it purifikasi. Selanjutnya benton it
purifikasi dikarakterisasi dan diproses menjadi organac/ay.

32

3.4.3

Karakterisasi Bentonit Pnrifikasi

1. Penentnan Kapasitas Tnkar Kation (KTK)

Penentnan KTK bentonit purifikasi dilakukan untuk mengetahui ada
tidaknya perubahan KTK bentonit setelah purifikasi. Prosedur penentuan
KTK bentonit sebagai berikut:
1. Persiapan sampel
Sebanyak 1,00 gram sampel bentonit ditambahkan 20 ml larutan
NH 4Ac 3 M, kemlldian distirrer pada sllhu kamar selama 24 jam.
Setelah 24 jam, suspensi benton it disentrifugasi selama 10 menit
dengan kecepatan 5000 rpm, ekstrak NH4 Ac dibllang. Prosedur ini
dilakukan sebanyak tiga kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan
bentonit dicllci dengan etanol, kemudian disentrifugasi (penclician dengan
alkohol dilakllkan hingga 5 kali).
2. Destilasi
Setelah dicuci endapan benton it dipindahkan secara kuantitatif ke
dalam labu didih kemudian ditambahkan 100 1111 aqllades, 10 1111
NaOH 50% dan beberapa butir labu didih, kemudian didestilasi.
Destilat ditampung dalam Erlenmeyer 250 ml yang berisi 12,5 ml
H2S04 0,1 N dan 5 tetes indikator Conway. Destilasi dihentikan jika
destilat yang ditampung mencapai kira-kira 100 ml.

33

3. Titrasi
Destilat dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai warna larutan berubah
menjadi hijau. Dilakukan destilasi tanpa sampel bentonit sebagai
blanko.

2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX
Karakterisasi

bentonit

purifikasi

dengan

instrumen

SEM-EDAX

dilakukan untuk mengetahui unsur atau pengotor apa saja yang dapat
dihilangkan atau dikurangi pada proses purifikasi.

3.4.4

Pembuatan Orga/locfay
Pcmbuatan Organocfay dilakukan dengan mereaksikan bentonit

purifikasi dengan surfaktan kationik jenis amonium kwartener ｛ｾｎＫｃｲ｝Ｎ
Surfaktan

yang

digunakan

tallow)dimetilamonium

klorida

yaitu

DTDA

atau

[R2N+(CH3h]CI',

di(hydrogenated
komposisi

rantai

karbonnya dapat dilihat pada Tabel 2. Sebelum pencampuran dengan
surfaktan, benton it disuspensikan dalam air. Hal ini bertujuan agar bentonit
mengalami pengembangan (swelling). Waktu !>welling bentonit divariasikan
I hari dan 2 hari. Konsentrasi surfaktan juga divariasikan, yaitu konsentrasi
rendah sebesar satu kali KTK, dengan massa surfaktan 1,78 gram, dan
konsenlrasi tinggi sebesar dua kali KTK bentonit, dengan massa surfaktan
3,886 gram (perhitungan lihat Lampiran 2). Konsentrasi surfaktan dan waktu

swelling divariasikan untuk mendapatkan kondisi optimal pembuatan
organoclay. Prosedur pembuatan organoclay adalah sebagai berikut:

34

1. Sebanyak 4,00 gr bentonit disuspensikan dalam 100 mL aquades,

kemudian distirrer selama 24 jam (untuk 1 hari swelling) pada suhu
kamar dan dilanjutkan pada suhu 50-70°C selama 30 menit. Pada saat
suspensi benton it dipanaskan, dibuat larutan surfaktan. Sebanyak 1,78
gram surfaktan DTDA (untuk organoclay low) dilarutkan dalam 20 ml
eampuran aquades : 2-propanol 1: 1 dengan eara distirrer pada suhu 5070°C selama 30 menit.
2. Setelah itu larutan surfaktan dituangkan perlahan-Iahan ke dalam
suspensi bentonit sambil distirrer dengan keeepatan tinggi pada suhu 5070"C selama 2 jam. Endapan disaring kemudian dicuei sebanyak 4 kali
dengan pelarut surfaktan (aquades: 2-propanoll:l) dan 1 kali dengan 2propanol. Peneucian dilakukan agar organoclay bebas dari surfaktan sisa
(sllrfaktan yang tidak berikatan dengan benton it purifikasi) dan bebas
dari ion CI". Endapan dikeringkan di dalam oven vakulTI pada suhu 70°C
selama 24 jam. Setelah itu, endapan digerus dengan mortar dan
didapatkan organoclay. Organoclay yang dihasilkan dikarakterisasi dan
diallalisa.

3.4.5

Karaktcrisasi Organoclay
I. Kapasitas Tukar Kation (KTK)
Prosedllr penentllan KTK organoclay sama dengan penentuan KTK
benton it purifikasLPenentllan KTK organoclay dilakllkan llntllk
mengctahlli ada tidaknya perubahan KTK benton it purifikasi setelah
dibuat organoclay.

35

2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX
Karaktedsasi

dengan

SEM-EDAX

dilakukan

untuk

mengetahui

masuknya surfaktan dengan melihat persentase unsur karbon (C). Sampel
yang dianalisa sebanyak I sampel, yaitu organoclay (low, 2 had).
Prosedur:
Sampel di coating emas (Au) dengan kondisi vakum 10,1 - 10'2 mbar
dan inert. Setelah di coating sampel dimasukkan ke dalam chamber
dalam alat SEM, dengan kondisi vakum sampai 2,7 . 10.3 bar.
Kemudian detektor EDAX diisi dengan N 2 cairo Selanjutnya electron

beam dinyalakan, dan siap dianalisa.

3. Karakterisasi dengan TGA
Karakterisasi dengan TGA dilakukan untuk mengetahui stabilitas tennal

organoclay dan komposisi kandungan mated organik (surfaktan) dan
mated anorganik (bentonit). Sampel yang dianalisa sebanyak 2 sampel,
yaitu organoclay (low, 2 hari) dan organoclay (high, 2 hari).
Prosedur:
Sebanyak 10 - 20 mg sampel dimasukkan ke dalam

･ｬ｢ｩｾＮ ｲ｣

aluminium

oksid, kemudian dimasukkan dalam chamber TGA yang telah di set
program pemanasannya sebagai berikut:
50 - 600°C dengan aliran gas N2 80 mllmenit. Iso tennal pada suhu 600°C
selama 5 menit dengan aliran gas N2 80 mllmenit. 600°C - 900°C dengan
aliran gas Ch 80 mllmenit.

36

4. Karakterisasi dengan XRn
Karakterisasi dengan XRD dilakukan untuk melihat ada tidaknya
peningkatan d-;,pacing organoclay dari benton it. Sampel yang dianalisa
sebanyak 5 sampel, yaitu benton it, organoclay (low, I hari), organoclay
(low, 2 hari), organoclay (high, I hari), dan organoclay (high, 2 hari).

Prosedur:
Sam pel dituang ke sample holder, kemudian dipadatkan dan diratakan
pennukaannya. Selanjutuya sample holder tadi dipasang ke dalam
goniometer yang telah diset parameter pengukurannya, yaitu dengan
menggunakan radiasi CuKu dengan kecepatan 0,5°/l11enit dan 28 (1-10)°.

BABIV
HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Analisa Kapasitas Tllkar Katinn (KTK)

Kapasitas tukar kation bentonit dan organoclay perlu diketahui untuk
memastikan adanya pertukaran kation dari benton it dengan kation organik
(amonium) dari surfaktan DTDA. Perhitungan KTK dapat dilihat pada Lampiran
1. I-Iasil penentuan KTK bentonit dan bentonit purifikasi dapat dilihat pada Tabel

3 dan hasil penentuan KTK organoclay dapat dilihat pada Tabel4.
Tabel 3. KTK Bentonit dan Bentonit purifikasi
Sampel

KTK (meq/l 00 gr)

Bentonit

45,05

Bentonit purifikasi

80,56

Data pada Tabel 3 menunjukkan bahwa KTK bentonit purifikasi lebih besar
dibandingkan bentoni!. KTK bentonit sebesar 45,05 meqll 00 gr dan KTK
bentonit puritikasi yaitu 80,56 meq/IOO gr. Hal ini berarti pada benton it purifikasi
ｩ､｡ｪｾ･ｴ

peningkatan KTK sebesar 34,50 meq/l 00 gr dari bentoni!. Peningkatan ini

terjadi karena pengotor-pengotor pada benton it purifikasi seperti Besi (Fe), Materi
Organik (CI-IO) dan mineral pengotor lain telah dihilangkan, sehingga tidak
menghalangi benton it untuk bertukar kation.

38

Tabcl4.

KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi sllrfaktan

,I
i
I
i

,

i

KTK
Waktll swelling
1 hari
2 hari

ｏｲｾ｡ｮｯ｣�