PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN PENGISI SERBUK BAN SKRIPSI

  PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN PENGISI SERBUK BAN SKRIPSI Oleh RIZKY DHARMAWAN 090405045 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER

  

KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN

PENGISI SERBUK BAN SKRIPSI Oleh RIZKY DHARMAWAN 090405045 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

17 JULI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN

DENGAN PENGISI SERBUK BAN

  yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

  Medan, 17 Juli 2014 Rizky Dharmawan

  NIM 090405045

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul:

PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN PENGISI SERBUK BAN

  dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diajukan pada sidang ujian skripsi pada 17 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Mengetahui, Medan,17 Juli 2014 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT. Dr.Ir. Hamidah Harahap, M.Sc NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19671029 199501 2 001 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. Bambang Trisakti, MT Dr. Ir. Iriany, M.Si NIP. 19660925 199103 1 003 NIP. 19640613 199003 2 001

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pembuatan Sensor Dari Polimer konduktif Polianilin Dengan Pengisi Serbuk Ban

  ”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

  Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan serbuk ban dan juga pengembangan dari penggunaan polimer konduktif berbasis polipirol sebagai bahan campuran dalam pembuatan sensor polimer konduktif.

  Sedangkan karya ilmiah yang telah diterima untuk terbit pada Jurnal Teknik Kimia USU dengan judul “KARAKTERISASI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN BERPENGISI SERBUK BAN UNTUK MENDETEKSI KONDUKTIVITAS MINYAK”.

  Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1.

  Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini.

  2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT, selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

  3. Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

  4. Prof. Madya. Dr. Supri A. Ghani yang telah memberikan bimbingan dan bantuan selama penulis melaksanakan penelitian.

  5. Prof. Aliyeon, selaku kepala Laboratorium Sensor dan Teknologi Universitas Malaysia Perlis.

  6. Prof. Madya. Mat Noor, selaku kepala Laboratorium Kimia Agroteknologi Universitas Malaysia Perlis 7. Hanif Pisal, selaku pembimbing Laboratorium.

  8. Muhammad Nasir, selaku teknisi di Laboratorium Alat dan Instrumentasi Universitas Malaysia Perlis.

  9. Satriaji Sudigdo selaku partner penelitian.

  10. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia, terkhusus stambuk 2009 yang terus mendukung dan memotivasi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

  Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

  Medan, 17 Juli 2014 Penulis Rizky Dharmawan

  DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1.

  Dariati S.Pd selaku orang tua penulis 2. Supri A. Ghani selaku paman penulis 3. Teman – teman kontrakan dan teman sejawat 4. Para Guru dan Dosen

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama: Rizky Dharmawan NIM: 090405045 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 1 Mei 1991 Nama orang tua: Dariati S.Pd Alamat orang tua: Desa Lalang, Kec. Medang Deras, Kab. Batubara, Sumatera Utara

  Asal Sekolah  SD Negeri No. 064030, tahun 1997-2003  SMP Negeri 1 Sei Suka Batubara, tahun 2004-2007  SMA Negeri 1 Sei Suka Batubara, tahun 2007-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja: 1.

  Covalen Study Group (CSG) periode 2011-2012 sebagai Wakil Ketua Bidang Humas.

  2. HIMATEK periode 2012-2013 sebagai Wakil Ketua Bidang Hubungan Antar Instansi dan Alumni..

  3. Asisten Lab.Operasi Teknik Kimia tahun 2012-2013 modul Pengeringan (Try Drier) dan Ball Mill. Artikel yang telah dipublikasikan dalam Jurnal/Pertemuan Ilmiah: 1.

  Jurnal Teknik Kimia USU, Vol. 3, No. 2 (2014)

  

ABSTRAK

  Polianilin (PANI) merupakan senyawa polimer yang bersifat konduktif dan banyak digunakan untuk pembuatan bahan-bahan elektronik terutamanya sensor polimer konduktif. Serbuk ban diketahui banyak mengandung senyawa karbon yang berasal dari karbon hitam yang biasa digunakan dalam proses pembuatan ban. Senyawa karbon pada umumnya dapat menambah nilai konduktivitas dari polimer konduktif. Kajian tentang penggunaan polianilin sebagai sensor dengan pengisi serbuk ban (tyer

  

dust ) sebagai sensor pendeteksi konduktivitas pada beberapa jenis minyak (minyak

  kelapa sawit, minyak jagung, minyak solar, dan minyak oli) telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi serbuk ban terbaik untuk meningkatkan responsibilitas berdasarkan konduktivitasnya, dan menentukan kereaktifan sensor terhadap beberapa jenis minyak, serta dapat menentukan karakteristik sensor berdasarkan morfologi permukaan, gugus fungsi, struktur kristal, dan ketahanan kimia sensor. Dalam penilitian ini, serbuk ban dicampurkan dalam komposisi 0 phr; 5 phr;

  o o o

  10 phr; 15 phr; 20 phr; dan 25 phr dengan perbandingan suhu 70

  C, 80

  C, dan 90

  C, serta dengan variasi waktu pemanasan 20, 30, dan 40 menit. Dari hasil uji konduktivitas didapatkan komposisi terbaik dari serbuk ban adalah pada 20 phr

  o

  dengan suhu 80

  C, dan waktu pemanasan 30 menit dengan konduktivitas sebesar

• 1 -1

  0,284003 M ohm cm . Berdasarkan hasil uji FTIR terlihat ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya berupa interaksi mekanik, ikatan hidrogen dan gaya Van der Waals . Analisa scanning electron microscopy (SEM) menunjukkan bahwa struktur permukaan sensor bersifat kasar dan memilki penyebaran partikel yang baik. Hasil uji XRD menunjukkan bahwa sensor yang dihasilkan berbentuk FCC (Face

  

Center Cubic ). Hasil uji karakteristik ini juga didukung dengan uji scanning electron

microscopy (SEM). Dari hasil uji ketahanan terhadap bahan kimia menunjukkan

  bahwa sensor memiliki ketahanan yang baik terhadap bahan kimia. Dari hasil uji konduktivitasnya terhadap minyak didapatkan bahwa sensor yang dihasilkan menunjukkan kereaktifan yang lebih terhadap minyak kelapa sawit dengan

• 1 -

  konduktivitas sebesar 0,15179 M Ohm cm 1. Kata kunci : Polianilin, polimer konduktif, konduktivitas, sensor, serbuk ban.

  

ABSTRACT

  Poly aniline (PANI) is one of conducting polymer which has good conductivity and more used to make electronic equipment especially conductive polymer sensor. Tire dust as known as the industrial waste from tire processing that seldom to use. Tire dust has a lot of carbon molecule from carbon black that usually used in tire processing. Carbon molecule can increase the conductivity value of conducting polymer. Study of the utilization of tire dust as the filler of poly aniline-tire dust composite has been done to get the best composition of tire dust filler for conductive sensor making. The conductive sensor is used to measuring the conductivity value of some kind of oil such as palm oil, corn oil, diesel, and engine oil. Poly aniline

• – tire dust has been mixed with the composition 5, 10, 15, 20, and 25 phr of tire dust at 70, 80, and 90°C in 20, 30, and 40 minutes. The first conductivity test shows that the best composition of tire
• 1 -1

  cm . The result of dust is 20 phr at 80°C in 30 minutes with the value 0.284 M ohm FTIR characterization shows that bonding between matrix and fillers is mechanical anchoring, hydrogen bonding and Van der Waals forces. Scanning Electron Microscopy (SEM) result shows the rough surface and well dispersed of tire dust in poly aniline/tire dust blends. The XRD analysis shows the FCC crystallographic structure of the sensor. The chemical resistance test shows that the sensor has a good chemical resistance. The oil conductivity test shows that the sensor is more reactive to

• 1 palm oil than other with the value 0.15179 M ohm .

  Key words: poly aniline, conductive polymer, tire dust, conductivity, sensor, tire dust

  DAFTAR

  ISI

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

  PENGESAHAN ii

  PRAKATA iii

  DEDIKASI v

  DAFTAR RIWAYAT HIDUP vi

  ABSTRAK vii

  ABSTRACT viii

  DAFTAR ISI ix

  DAFTAR GAMBAR xii

  DAFTAR LAMPIRAN xiii

  DAFTAR TABEL xiv

  DAFTAR SINGKATAN xv

  DAFTAR SIMBOL xvi

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 LATAR BELAKANG

  1

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  2

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  3

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  3

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  5

  2.1 POLIMER KONDUKTIF

  5

  2.2 SINTESIS POLIMER KONDUKTIF

  6

  2.3 POLIANILIN

  7

  2.4 SINTESIS POLIANILIN

  7

  2.5 SERBUK BAN

  11

  2.5.1 Karet Elastomer

  13

  2.5.2 Sulfur

  13

  2.5.3 Zink Oksida dan Asam Stearat

  13

  2.5.4 Karbon Hitam (Carbon Black)

  13

  2.5.5 Bahan Kimia Lain

  13

  2.6 GAS ELEKTRONIK

  14

  2.7 MINYAK

  15

  2.7.1 Minyak Goreng

  15

  2.7.2 Minyak Bumi

  15

  2.8 ANALISA PADA SENSOR

  17

  2.8.1 Karakterisasi dengan SEM

  17

  2.8.2 Karakterisasi dengan FT-IR

  18

  2.8.3 Karakterisasi dengan X-RD

  18

  2.9 APLIKASI POLIMER KONDUKTIF

  18

  2.10 ANALISA BIAYA

  19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  21

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  21

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  21

  3.2.1 Bahan Penelitian

  21

  3.2.2 Peralatan

  22

  3.2.2.1 Peralatan Penelitian

  22

  3.2.2.2 Peralatan Analisa

  22

  3.3 VARIABEL PENELITIAN

  23

  3.3.1 Variasi Komposisi Serbuk Ban

  23

  3.3.2 Variasi Kondisi Curing Process pada Pembuatan Sensor

  23

  3.3.3 Variasi Jenis Minyak

  24

  3.4 PROSEDUR PENELITIAN

  24

  3.4.1 Pembuatan Sensor

  24

  3.4.2 Flowchart Percobaan

  25

  3.5 PROSEDUR ANALISA

  26

  3.5.1 Analisa Bilangan Resitensi Sensor

  26

  3.5.2 Analisa Bilangan Konduktivitas Sensor

  26

  3.5.3 Analisa Gugus Kimia Aktif

  26

  3.5.4 Analisa Morfologi Permukaan

  26

  3.5.5 Analisa XRD

  27

  3.5.6 Analisa Ketahanan Bahan Kimia Sensor

  27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  29

  4.1 ANALISA BILANGAN KONDUKTIVITAS SENSOR

  29

  4.1.1 Pengaruh Komposisi Serbuk Ban terhadap Nilai Konduktivitas Sensor

  30

  4.1.2 Pengaruh Waktu Pemrosesan terhadap Nilai Konduktivitas Sensor

  32

  4.1.3 Pengaruh Temperatur Pemrosesan terhadap Nilai Konduktivitas Sensor

  34

  4.2 ANALISA GUGUS FUNGSI SENSOR

  37

  4.3 ANALISA MORFOLOGI PERMUKAAN SENSOR

  38

  4.4 ANALISA X-RAY DIFFRACTION (XRD)

  40

  4.5 ANALISA KETAHANAN BAHAN KIMIA SENSOR

  42

  4.6 ANALISA KONDUKTIVITAS MINYAK

  43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  45

  5.1 KESIMPULAN

  45

  5.2 SARAN

  46 DAFTAR PUSTAKA

  47 LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN

  51 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

  55 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN

  57 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN

  INSTRUMEN

  61

• – deprotonasi Polianilin

  37 Gambar 4.7 Hasil Analisa SEM dengan Perbesaran 200x pada Temperatur (a)70°C, (b) 80°C, dan (c) dengan Waktu 30 Menit

  61 Gambar D.2 Hasil Analisa XRD (X

  C dan Waktu 30 Menit

  o

  60 Gambar D.1 Hasil Spektrum FTIR Sensor Dengan Komposisi Serbuk Ban Sebesar 20 phr Pada Kondisi 80

  60 Gambar C.7 X-Ray Difraction (XRD) Shimadzu LabX XRD 6000

  59 Gambar C.6 SEM JEOL-JSM-6460 LA

  59 Gambar C.5 FTIR Perkin-Elmer Germany

  58 Gambar C.4 Alat Multimeter Digital Fluke 8846A

  57 Gambar C.3 Sensor Keluaran Oven

  57 Gambar C.2 Proses Pencampuran Bahan Baku

  43 Gambar C.1 Persiapan Bahan Baku

  41 Gambar 4.9 Hasil Analisa Konduktivitas Pada Minyak

  39 Gambar 4.8 Hasil Analisa X-Ray Diffraction untuk Sensor

  C dengan Pemanasan Selama 30 Menit

  o

  37 Gambar 4.6 Hasil Spektrum Sensor -4 Pada Temperatur 80

  35 Gambar 4.5 Hasil Spektrum Polianilin

  32 Gambar 4.4 Pengaruh Suhu Pemrosesan Terhadap Nilai Konduktivitas Sensor Selama 30 Menit

  30 Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Pemrosesan Terhadap Nilai Konduktivitas Sensor Pada Suhu 80°C

  29 Gambar 4.2 Pengaruh Komposisi Serbuk Ban Terhadap Nilai Konduktivitas Sensor

  25 Gambar 4.1 Grafik Nilai Konduktivitas Sensor Pada Setiap Keadaan

  14 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Sensor

Gambar 2.5 Skematik Diagram dari Integrasi Elektroda

  8 Gambar 2.4 Oksidasi dari Anilin Hidroklorid dengan Amonium Peroksidisulfat 10

  8 Gambar 2.3 Reaksi protonasi

  6 Gambar 2.2 Berbagai Bentuk Polianilin Berdasarkan Tingkat Isolatifnya

Gambar 2.1 Kelas Utama Polimer Konduktif

  DAFTAR GAMBAR

  61

• – Ray Diffraction)

  

DAFTAR TABEL

  51 Tabel A.4 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 20 menit

  C dan Waktu 30 Menit ......................................................................................

  o

  55 Tabel B.2 Nilai Resistensi dan Konduktivitas Sensor Pada Suhu 80

  54 Tabel B.1 Formulasi Komposisi Sensor ..................................................................

  54 Tabel A.12 Data Pengukuran Hail Uji Ketahanan Kimia

  53 Tabel A.11 Data Perhitungan Analisa XRD (X – Ray Diffraction)

  53 Tabel A.10 Data Konduktivitas Minyak

  53 Tabel A.9 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 40 menit

  52 Tabel A.8 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 30 menit

  52 Tabel A.7 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 20 menit

  52 Tabel A.6 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 40 menit

  52 Tabel A.5 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 30 menit

  51 Tabel A1.3 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 40 menit

Tabel 2.1 Kandungan yang terkandung dari struktur emeraldine base

  51 Tabel A.2 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 30 menit

  43 Tabel A.1 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 20 menit

  42 Tabel 4.3 Data Pengukuran Hail Uji Ketahanan Kimia

  41 Tabel 4.2 Urutan Pola pada Sistem Kubik

  24 Tabel 4.1 Perhitungan Jarak Interplanar dari Hasil XRD

  23 Tabel 3.3 Formulasi Jenis Minyak

  23 Tabel 3.2 Variasi Kondisi Operasi Curing Process pada Pembuatan Sensor

  20 Tabel 3.1 Formulasi Campuran Polianilin dengan Serbuk Ban

  19 Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan 1 Buah Sensor

  12 Tabel 2.4 Rincian Biaya Penelitian

  9 Tabel 2.3 Tabel Komposisi Serbuk Ban

  9 Tabel 2.2 Tabel property anilin

  56