PENGARUH TEMPERATUR PEMBAKARAN TERHADAP MORFOLOGI HIDROFOBIK LAPISAN TIO2(C3H7)2 PADA KACA DENGAN METODE SOL-GEL DIP COATING.
iii
Judul
: Pengaruh Temperatur Pembakaran Terhadap
Morfologi Hidrofobik Lapisan TiO2(C3H7)2 Pada
Kaca Dengan Metode Sol-Gel Dip Coating
Nama Mahasiswa
: Maulidya Dara
NIM
: 408221034
Program Studi
: Fisika
Jurusan
: Fisika
Menyetujui :
Dosen Pembimbing Skripsi,
Dewi Wulandari, S.Si, M.Si
NIP . 197801202008012014
Mengetahui :
FMIPA UNIMED
Dekan,
Jurusan Fisika
Ketua,
Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D
NIP. 19590805 198601 1 001
Dra. Derlina, M.Si
NIP. 19640321 199003 2 001
Tanggal Lulus : 23 Juli 2012
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan SEM
(Scanning Electron Microscopy)
59
Lampiran 2. Hasil Pengukuran Sudut Kontak
63
Lampiran 3. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan XRD
(X-Ray Diffraction)
Lampiran 4. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan UV-Vis
Spektrofotometer
65
Lampiran 5. Perhitungan Nilai d atau Tebal Sampel
71
Lampiran 6. Perhitungan Nilai Hυ
74
Lampiran 7. Perhitungan Nilai Koefisien Absorbsi (α)
75
Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian
76
68
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Kaca adalah bahan material yang sudah dikenal sejak dahulu. Kaca
umumnya digunakan untuk pengaplikasian dalam kehidupan sehari-hari,
contohnya adalah untuk perabot rumah tangga, untuk pembuatan cermin, untuk
kaca jendela, untuk pembuatan lemari, untuk material bangunan, untuk barang
permata, dan untuk perlengkapan upacara keagamaan. Kaca kemudian
mengalami perkembangan yang pesat terutama untuk satu dekade ini dalam
industri pembuatan kaca. Pada perkembangan selanjutnya, industri kaca
berkembang dengan mengembangkan kaca pada sifat termal, sifat optik, sifat
mekanik, perlindungan dan sifat elektrik dari material kaca. Penggunaan kaca
pada beberapa aplikasi membutuhkan pembersihan dari air yang lengket pada
kaca tersebut. Contohnya adalah kaca jendela dan kaca mobil. Beberapa peneliti
berupaya mengembangkan material pelapis kaca yang memiliki sifat anti air
(hydrofobic).
Di alam terdapat contoh tumbuhan yang memiliki sifat anti air atau efek
lotus. Tumbuhan tersebut adalah teratai (lotus), tumbuhan ini memiliki sifat
sangat anti air (superhydrofobic) yang mempunyai sudut kontak lebih besar dari
150o, dimana air yang jatuh berbentuk bola dan menggelinding. Ahli botani yang
mempelajari fenomena ini menemukan bahwa daun teratai memiliki mekanisme
pembersihan diri secara alami. Struktur mikroskopik dan kimia permukaannya
menyebabkan dedaunan teratai tidak pernah dapat basah, malah butir-butiran air
akan menggumpal pada permukaan daun seperti air raksa, mengambil lumpur,
serangga dan bahan-bahan pengotor lainnya bersamanya. Fenomena ini dikenal
sebagai efek lotus. Pada daun teratai, struktur permukaannya dipenuhi tonjolantonjolan kecil dan berlapis lilin sehingga menahan air agar tidak merembes
masuk ke dalam daun. Daun teratai memiliki permukaan yang dipenuhi dengan
duri bulu-bulu halus tak beraturan. Ketika butiran air jatuh pada permukaan ini,
hanya mengenai bulu-bulu halus. Butiran-butiran ini ditahan oleh kantong udara
1
2
di bawahnya dan akhirnya dihalau dari daun. Berdasarkan hal tersebut para
peneliti mengatakan bahwa tekstur permukaan dari daun lotus adalah anti air
(hydrofobic).
Keuntungan dari sifat hidrofobik ini adalah anti basah, terlihat selalu
bersih, mengurangi overloading fluida di permukaan dan mengurangi gesekan
fluida dengan permukaan. Dengan memperhatikan efek ini, permukaan dapat
dimodifikasi untuk dikembangkan menjadi superhidrofobik coating. Dan apabila
diterapkan pada kaca maka akan memiliki sifat membersihkan sendiri (self
cleaning). Ketika kaca terkena air, permukaan kaca akan semakin cemerlang dan
bersih. Kaca akan terlihat bersih lebih lama serta biaya perawatan lebih murah.
Aplikasi dari pengcoatingan kaca ini adalah untuk kaca mobil. Joko (2005) telah
melakukan
penelitian
dengan
menggunakan
bahan
TiO2
pada
kaca.
Pengaplikasian penelitian ini sebagai anti-fogging dan self-cleaning yang
khususnya digunakan pada kaca mobil.
Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Ambarwati dan
Vicky (2010) Pelapisan Hidrofobik pada Kaca dengan Metode Sol-Gel Berbasis
Water Glass didapat hasil bahwa semakin tinggi temperatur dan lama pencelupan
semakin besar sudut kontak yang dihasilkan. Keberhasilan hidrofobik pada kaca
mencapai lebih dari 90 o bahkan mencapai 142,5o mendekati superhidrofobik. Dari
penelitian tersebut yang digunakan untuk melapisi permukaan kaca ialah SiO2
yang berbasis silika aerogel yang bersifat hidrofobik.
Metode sol gel yang dilakukan menggunakan teknik oles, Purba (2011)
Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiO2 pada Kaca yang Ditimbulkan dengan
Metode Sol-Gel didapat hasil bahwa dengan memvariasikan suhu pembakaran
maka akan mempengaruhi struktur mikroskopi/ mikrostruktur dari lapisan tipis
TiO2 pada kaca sehingga disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur
pemanasan semakin besar sudut kontak yang dihasilkan dan tingkat transparansi
juga tinggi. Namun, penggunaan TiO2 berbentuk powder yang berwarna putih
pada penelitian tersebut menghasilkan permukaan kaca yang buram. Oleh sebab
itu, penelitian ini difokuskan untuk mendapatkan tingkat transparansi yang lebih
baik. Yaitu dengan menggunakan TiCl4 berwarna bening berbentuk cairan
3
(larutan). Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan proses pembakaran dengan
memvariasikan suhu pembakaran 100, 150 dan 200. Untuk itu peneliti
memvariasikan suhu pembakaran yaitu 200, 300 dan 400 agar terlihat perbedaan
dan pengaruh temperatur terhadap morfologi hidrofobik lapisan TiO2(C3H7)2 pada
kaca.
Berdasarkan uraian di atas maka penulis tertarik membuat lapisan
Ti(OC3H7)2 pada kaca dengan metode sol-gel dip coating dengan memvariasikan
temperatur saat pembakaran dan penelitian ini berjudul “Pengaruh Temperatur
Pembakaran Terhadap Morfologi Hidrofobik lapisan TiO2(C3H7)2 Pada
Kaca Dengan Metoda Sol-Gel Dip Coating”.
1.2.
Batasan Masalah
Untuk memberikan ruang lingkup yang jelas, penulis membatasi cakupan
masalah sebagai berikut:
1. Karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 terutama morfologi dan struktur kristal
dan absorbansi yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat proses
pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
2. Masalah yang diteliti hanya fokus pada penanganan pengukuran sudut
kontak antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3 H7)2 dengan metode solgel dip coating.
1.3.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 pada kaca terutama
morfologi,
struktur
kristal dan absorbansi
yang
dibuat
dengan
memvariasikan temperatur saat proses pembakaran dengan metode sol-gel
dip coating?
2. Bagaimana pengaruh temperatur pembakaran terhadap besar sudut kontak
antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3H7)2 dengan menggunakan
metode sol-gel dip coating?
4
1.4.
Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh temperatur pembakaran terhadap besar sudut
kontak antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3H7)2 dengan menggunakan
metode sol-gel dip coating.
2. Untuk mengetahui karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 terutama morfologi dan
struktur kristal yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat proses
pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
3. Untuk mengetahui absorbsi (penyerapan cahaya) yang baik pada kaca yang
dilapisi TiO2(C3H7)2 yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat
proses pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
1.5.
Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Untuk di aplikasikan pada kaca mobil, jendela rumah, lensa, helm dan aplikasi
lainnya.
2. Mendapatkan teknik pelapisan kaca yang baik, dan kaca yang memiliki daya
adhesi yang kuat, air yang bersifat hidrofobik dan kaca yang ramah terhadap
lingkungan serta dapat memperpanjang umur pemakaian kaca.
3. Sebagai bahan informasi bagi penulis tentang pengembangan coating
menggunakan pelapis TiO2(C3H7)2 dengan metode sol-gel dip coating.
57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan memvariasikan suhu pembakaran maka akan mempengaruhi besar
sudut kontak antara lapisan pada kaca dengan air, semakin tinggi
temperatur pembakaran maka semakin besar pula sudut kontak yang
dihasilkan. Sudut kontak yang terbaik dari ketiga sampel adalah pada suhu
pembakaran 400oC yaitu 115 derajat. Ini berarti yang paling baik untuk
pengaplikasian self cleaning adalah sampel dengan suhu pembakaran
400oC.
2. Dari hasil uji SEM pada sampel kaca tampak adanya dua kontras warna,
yaitu warna gray (abu-abu) dan putih yang menggambarkan bahwa telah
terbentuk lapisan tipis TiO2 di atas substrat kaca.
3. Berdasarkan hasil identifikasi XRD pada sampel kaca dengan temperatur
pembakaran 400oC telah tumbuh senyawa anatase dengan fasa TiO2
struktur kristal dari lapisan ini adalah tetragonal.
4. Dari hasil analisis UV-Vis menunjukkan bahwa lapisan TiO2 yang
mengalami suhu pembakaran 200oC
lebih banyak menyerap cahaya
sehingga sampel yang mengalami suhu pembakaran 200oC adalah paling
baik dalam penyerapan cahaya.
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya pada penelitian ini, diharapkan:
1. Lebih memperhatikan proses pemanasan dan proses pendinginan.
2. Pada saat proses pembakaran penaikan dan penurunan suhu dilakukan
secara perlahan agar tidak merusak sampel.
3. Memperhatikan waktu pada saat proses pembakaran.
4. Sampel sebaiknya disimpan di dalam dry box agar lapisan sampel tidak
rusak.
58
Judul
: Pengaruh Temperatur Pembakaran Terhadap
Morfologi Hidrofobik Lapisan TiO2(C3H7)2 Pada
Kaca Dengan Metode Sol-Gel Dip Coating
Nama Mahasiswa
: Maulidya Dara
NIM
: 408221034
Program Studi
: Fisika
Jurusan
: Fisika
Menyetujui :
Dosen Pembimbing Skripsi,
Dewi Wulandari, S.Si, M.Si
NIP . 197801202008012014
Mengetahui :
FMIPA UNIMED
Dekan,
Jurusan Fisika
Ketua,
Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D
NIP. 19590805 198601 1 001
Dra. Derlina, M.Si
NIP. 19640321 199003 2 001
Tanggal Lulus : 23 Juli 2012
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan SEM
(Scanning Electron Microscopy)
59
Lampiran 2. Hasil Pengukuran Sudut Kontak
63
Lampiran 3. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan XRD
(X-Ray Diffraction)
Lampiran 4. Hasil Karakterisasi Dengan Menggunakan UV-Vis
Spektrofotometer
65
Lampiran 5. Perhitungan Nilai d atau Tebal Sampel
71
Lampiran 6. Perhitungan Nilai Hυ
74
Lampiran 7. Perhitungan Nilai Koefisien Absorbsi (α)
75
Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian
76
68
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Kaca adalah bahan material yang sudah dikenal sejak dahulu. Kaca
umumnya digunakan untuk pengaplikasian dalam kehidupan sehari-hari,
contohnya adalah untuk perabot rumah tangga, untuk pembuatan cermin, untuk
kaca jendela, untuk pembuatan lemari, untuk material bangunan, untuk barang
permata, dan untuk perlengkapan upacara keagamaan. Kaca kemudian
mengalami perkembangan yang pesat terutama untuk satu dekade ini dalam
industri pembuatan kaca. Pada perkembangan selanjutnya, industri kaca
berkembang dengan mengembangkan kaca pada sifat termal, sifat optik, sifat
mekanik, perlindungan dan sifat elektrik dari material kaca. Penggunaan kaca
pada beberapa aplikasi membutuhkan pembersihan dari air yang lengket pada
kaca tersebut. Contohnya adalah kaca jendela dan kaca mobil. Beberapa peneliti
berupaya mengembangkan material pelapis kaca yang memiliki sifat anti air
(hydrofobic).
Di alam terdapat contoh tumbuhan yang memiliki sifat anti air atau efek
lotus. Tumbuhan tersebut adalah teratai (lotus), tumbuhan ini memiliki sifat
sangat anti air (superhydrofobic) yang mempunyai sudut kontak lebih besar dari
150o, dimana air yang jatuh berbentuk bola dan menggelinding. Ahli botani yang
mempelajari fenomena ini menemukan bahwa daun teratai memiliki mekanisme
pembersihan diri secara alami. Struktur mikroskopik dan kimia permukaannya
menyebabkan dedaunan teratai tidak pernah dapat basah, malah butir-butiran air
akan menggumpal pada permukaan daun seperti air raksa, mengambil lumpur,
serangga dan bahan-bahan pengotor lainnya bersamanya. Fenomena ini dikenal
sebagai efek lotus. Pada daun teratai, struktur permukaannya dipenuhi tonjolantonjolan kecil dan berlapis lilin sehingga menahan air agar tidak merembes
masuk ke dalam daun. Daun teratai memiliki permukaan yang dipenuhi dengan
duri bulu-bulu halus tak beraturan. Ketika butiran air jatuh pada permukaan ini,
hanya mengenai bulu-bulu halus. Butiran-butiran ini ditahan oleh kantong udara
1
2
di bawahnya dan akhirnya dihalau dari daun. Berdasarkan hal tersebut para
peneliti mengatakan bahwa tekstur permukaan dari daun lotus adalah anti air
(hydrofobic).
Keuntungan dari sifat hidrofobik ini adalah anti basah, terlihat selalu
bersih, mengurangi overloading fluida di permukaan dan mengurangi gesekan
fluida dengan permukaan. Dengan memperhatikan efek ini, permukaan dapat
dimodifikasi untuk dikembangkan menjadi superhidrofobik coating. Dan apabila
diterapkan pada kaca maka akan memiliki sifat membersihkan sendiri (self
cleaning). Ketika kaca terkena air, permukaan kaca akan semakin cemerlang dan
bersih. Kaca akan terlihat bersih lebih lama serta biaya perawatan lebih murah.
Aplikasi dari pengcoatingan kaca ini adalah untuk kaca mobil. Joko (2005) telah
melakukan
penelitian
dengan
menggunakan
bahan
TiO2
pada
kaca.
Pengaplikasian penelitian ini sebagai anti-fogging dan self-cleaning yang
khususnya digunakan pada kaca mobil.
Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Ambarwati dan
Vicky (2010) Pelapisan Hidrofobik pada Kaca dengan Metode Sol-Gel Berbasis
Water Glass didapat hasil bahwa semakin tinggi temperatur dan lama pencelupan
semakin besar sudut kontak yang dihasilkan. Keberhasilan hidrofobik pada kaca
mencapai lebih dari 90 o bahkan mencapai 142,5o mendekati superhidrofobik. Dari
penelitian tersebut yang digunakan untuk melapisi permukaan kaca ialah SiO2
yang berbasis silika aerogel yang bersifat hidrofobik.
Metode sol gel yang dilakukan menggunakan teknik oles, Purba (2011)
Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiO2 pada Kaca yang Ditimbulkan dengan
Metode Sol-Gel didapat hasil bahwa dengan memvariasikan suhu pembakaran
maka akan mempengaruhi struktur mikroskopi/ mikrostruktur dari lapisan tipis
TiO2 pada kaca sehingga disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur
pemanasan semakin besar sudut kontak yang dihasilkan dan tingkat transparansi
juga tinggi. Namun, penggunaan TiO2 berbentuk powder yang berwarna putih
pada penelitian tersebut menghasilkan permukaan kaca yang buram. Oleh sebab
itu, penelitian ini difokuskan untuk mendapatkan tingkat transparansi yang lebih
baik. Yaitu dengan menggunakan TiCl4 berwarna bening berbentuk cairan
3
(larutan). Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan proses pembakaran dengan
memvariasikan suhu pembakaran 100, 150 dan 200. Untuk itu peneliti
memvariasikan suhu pembakaran yaitu 200, 300 dan 400 agar terlihat perbedaan
dan pengaruh temperatur terhadap morfologi hidrofobik lapisan TiO2(C3H7)2 pada
kaca.
Berdasarkan uraian di atas maka penulis tertarik membuat lapisan
Ti(OC3H7)2 pada kaca dengan metode sol-gel dip coating dengan memvariasikan
temperatur saat pembakaran dan penelitian ini berjudul “Pengaruh Temperatur
Pembakaran Terhadap Morfologi Hidrofobik lapisan TiO2(C3H7)2 Pada
Kaca Dengan Metoda Sol-Gel Dip Coating”.
1.2.
Batasan Masalah
Untuk memberikan ruang lingkup yang jelas, penulis membatasi cakupan
masalah sebagai berikut:
1. Karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 terutama morfologi dan struktur kristal
dan absorbansi yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat proses
pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
2. Masalah yang diteliti hanya fokus pada penanganan pengukuran sudut
kontak antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3 H7)2 dengan metode solgel dip coating.
1.3.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 pada kaca terutama
morfologi,
struktur
kristal dan absorbansi
yang
dibuat
dengan
memvariasikan temperatur saat proses pembakaran dengan metode sol-gel
dip coating?
2. Bagaimana pengaruh temperatur pembakaran terhadap besar sudut kontak
antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3H7)2 dengan menggunakan
metode sol-gel dip coating?
4
1.4.
Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh temperatur pembakaran terhadap besar sudut
kontak antara air dan kaca yang dilapisi TiO2(C3H7)2 dengan menggunakan
metode sol-gel dip coating.
2. Untuk mengetahui karakteristik lapisan TiO2(C3H7)2 terutama morfologi dan
struktur kristal yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat proses
pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
3. Untuk mengetahui absorbsi (penyerapan cahaya) yang baik pada kaca yang
dilapisi TiO2(C3H7)2 yang dibuat dengan memvariasikan temperatur saat
proses pembakaran dengan metode sol-gel dip coating.
1.5.
Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Untuk di aplikasikan pada kaca mobil, jendela rumah, lensa, helm dan aplikasi
lainnya.
2. Mendapatkan teknik pelapisan kaca yang baik, dan kaca yang memiliki daya
adhesi yang kuat, air yang bersifat hidrofobik dan kaca yang ramah terhadap
lingkungan serta dapat memperpanjang umur pemakaian kaca.
3. Sebagai bahan informasi bagi penulis tentang pengembangan coating
menggunakan pelapis TiO2(C3H7)2 dengan metode sol-gel dip coating.
57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan memvariasikan suhu pembakaran maka akan mempengaruhi besar
sudut kontak antara lapisan pada kaca dengan air, semakin tinggi
temperatur pembakaran maka semakin besar pula sudut kontak yang
dihasilkan. Sudut kontak yang terbaik dari ketiga sampel adalah pada suhu
pembakaran 400oC yaitu 115 derajat. Ini berarti yang paling baik untuk
pengaplikasian self cleaning adalah sampel dengan suhu pembakaran
400oC.
2. Dari hasil uji SEM pada sampel kaca tampak adanya dua kontras warna,
yaitu warna gray (abu-abu) dan putih yang menggambarkan bahwa telah
terbentuk lapisan tipis TiO2 di atas substrat kaca.
3. Berdasarkan hasil identifikasi XRD pada sampel kaca dengan temperatur
pembakaran 400oC telah tumbuh senyawa anatase dengan fasa TiO2
struktur kristal dari lapisan ini adalah tetragonal.
4. Dari hasil analisis UV-Vis menunjukkan bahwa lapisan TiO2 yang
mengalami suhu pembakaran 200oC
lebih banyak menyerap cahaya
sehingga sampel yang mengalami suhu pembakaran 200oC adalah paling
baik dalam penyerapan cahaya.
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya pada penelitian ini, diharapkan:
1. Lebih memperhatikan proses pemanasan dan proses pendinginan.
2. Pada saat proses pembakaran penaikan dan penurunan suhu dilakukan
secara perlahan agar tidak merusak sampel.
3. Memperhatikan waktu pada saat proses pembakaran.
4. Sampel sebaiknya disimpan di dalam dry box agar lapisan sampel tidak
rusak.
58