SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES.
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT
EGN-CARBON NANOTUBES
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sidang Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
PROGRAM STUDI KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2014
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT
EGN-CARBON NANOTUBES
Oleh
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Program Studi Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam
© Muhammad Rasyid Dauly 2014
Universitas Pendidikan Indonesia
Desember 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang.
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, dengan dicetak ulang,
di fotocopy, atau cara lainnya tanpa izin penulis
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
LEMBAR PENGESAHAN
SKRIPSI
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGNCARBON NANOTUBES
Oleh :
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
Disetujui dan disahkan oleh:
Dosen Pembimbing I
Dr. Hendrawan, M.Si
NIP. 196309111989011001
Dosen Pembimbing II
Drs. Yaya Sonjaya, M. Si
NIP. 195309061980021002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Kimia
Dr. rer. nat. Ahmad Mudzakir, M.Si.
NIP. 19661121199103100
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi biopolimer komposit
berbahan dasar biodiversitas tumbuhan Indonesia yaitu alga merah sebagai
sumber bahan baku biopolimer.
Biopolimer komposit disintesis melalui
penggabungan ekstrak alga merah (EGN), PVA, dan filler carbon nanotubes
(SWCNT dan MWCNT) dalam fasa cair. Biopolimer komposit hasil sintesis
kemudian dikarakterisasi menggunakan beberapa metode seperti FTIR, X RD,
SEM, AFM, dan uji daya hantar listrik. Spektra FTIR dan difraktogram X RD
untuk biopolimer komposit menunjukkan interaksi yang terjadi anatara biopolimer
kompositdan CNT adalah interaksi fisika bukan interaksi kimia dimana CNT
diperkirakan hanya menyisip ke dalam matrik biopolimer EGN tanpa mengubah
strukturnya secara signifikan. Temuan ini dikonfirmasi dengan gambar SEM dan
AFM yang menunjukkan adanya perubahan topografi permukaan biopolimer
EGN setelah penyisipan CNT. Konduktifitas biopolimer komposit EGN-CNT
berada pada rentang 1-10 x 10-7 ohm-1cm-1,masih kecil dibandingkan dengan
target konduktifitas polimer sintetik.
Kata kunci : Biopolimer, komposit, Alga Merah, EGN, CNT
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
ABSTRACT
Has been done research about synthesis and characterization of biopolymer
composite based on biodiversity plant of Indonesia red algae is a resource
material. Biopolymer composite was synthesis from extraction of red algae, PVA,
and filler carbon nanotubes (SWCNT and MWCNT) on solvent. Here after, the
synthesized composites were characterized with several method such as FTIR
spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, AFM, and
electrical conductivity measurement. Spectra FTIR and difractogram XRD for
biopolymer composite evidenced the interaction between biopolymer composites
and CNT is physic interaction not chemistry interaction where CNT estimate only
insert into polymer matrix without change the structure of biopolymer EGN. This
was confirmed with figure of SEM and AFM was show change topography of
biopolymer EGN surface after insertion CNT. Conductivity of biopolymer EGNCNT be on 1-10 x 10-7 ohm-1cm-1 is stil lower compare with conductivity of
polymer synthetic
Key Word : Biopolymer, Composites, Red Algae, EGN, CNT
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sampai saat ini, pengembangan teknologi pembuatan polimer untuk
berbagai aplikasiterus dikembangkan. Pembuatan polimer umumnya masih
menggunakan bahan dasar sintesis yang tidak bersifat biodegradable, dan kurang
ekonomis (high cost). Dalam beberapa tahun terakhir, pengembahan biopolimer
berbasis bahan alam yang bersifat renewable, biodegradable, dan biocompatible
telah banyak dikembangkan untuk mengatasi permasalahan di atas (Mohzen, et al.
, 2011). Pemanfaatan polimer berbasis bahan alami untuk berbagai aplikasi
diyakini akan lebih ekonomis (ketersediaan bahan baku di alam yang melimpah)
juga lebih ramah lingkungan.
Terdapat berbagai macam bahan alami yang dapat digunakan sebagai bahan
pembuatan biopolimer. Alga merah, merupakan salah satu bahan alami potensial
untuk pembuatan biopolimer, karena bahan ini merupakan satu dari biodiversitas
khas yang mudah ditemukan di berbagai wilayah perairan Indonesia juga
memiliki kandungan selulosa yang signifikan. Pemanfaatan alga merah di
Indonesia sampai saat ini, masih terbatas untuk produksi bahan makanan (agaragar), kosmetik, dan obat-obatan, padahal secara kuantitas ketersediaan alga
merah sangat melimpah malah terkadang menjadi limbah karena tidak
termanfaatkan dengan baik. Pembuatan polimer alternative (biopolimer) dari alga
merah dapat menjadi salah satu diversifikasi produk, yang dapat meningkatkan
nilai guna dan nilai tambah dari alga merah.
Walaupun
biopolimer
memiliki
keunggulan
kompetitif
dari
segi
ketersediaan bahan baku yang dapat diperbaharui dan kelimpahannya, juga
kemudahannya untuk didegradasi di lingkungan, namun pada aspek lainnya,
secara umum biopolimer memiliki kekuatan mekanik yang lebih lemah
dibandingkan polimer sintesis. Tentu hal ini dapat mengurangi peluang aplikasi
biopolimer. Selain itu, sifat insulator (tidak dapat menghantarkan listrik) dari
biopolimer membatasi aplikasi biopolimer dalam aplikasi device electronic dan
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
smart material. Modifikasi sifat mekanik dan kemampuan menghantarkan listrik
dari berbagai biopolimer telah banyak dilaporkan, baik dengan metode penyisipan
elektrolit, logam, ataupun filler conductive melalui teknik komposit.
Pengembangan dan inovasi material komposit akhir-akhir ini terus
berkembang dalam rangka penyiapan smart material untuk pemenuhan kebutuhan
industry dan teknologi pada berbagai bidang, seperti bidang elektronik,
transportasi, kedokteran/medis, biologi, dan sebagainya. Material komposit adalah
perpaduan 2 material atau lebih yang berbeda fasa, yang menghasilkan material
baru dengan sifat yang lebih baik daripada komponen penyusunnya. Ikatan antar
partikel dan interaksi yang terjadi antar komponen penyusunnya merupakan hal
yang mempengaruhi secara langsung sifat mekanik pada komposit yang
dihasilkan. Material komposit tersusun atas matriks (fase keras) dan bahan
penguat, yang dapat berupa serat, silica, clay, dan sebagainya. Dengan
penambahan bahan penguat pada konsentrasi tertentu, dapat menghasilkan sifat
mekanik, termal dan struktur yang lebih baik dibandingkan sifat material
penyusunnya.
Salah satu pengembangan biopolimer komposit pada saat ini adalah
komposit biopolimer-karbon. Komposit biopolimer-karbon dapat dibuat dengan
mencampurkan material karbon (karbon aktif, carbon fiber, dan carbon
nanotubes) dengan biopolimer. Material karbon dapat bertindak sebagai filler
dalam
matrik
biopolimer
untuk
meningkatkan
kekuatan
mekanik
dan
konduktifitas dari biopolimer (Janata dan Josowicz, 2002). Komposit biopolimerkarbon yang telah dikembangkan mempunyai karakteristik sifat mekanik dan
konduktifitas yang berbeda-beda tergantung dari jenis bahan baku biopolimer dan
material karbon yang dipakai (Bai dan Shi, 2006).
Sejak ditemukan pertama kalipada 1991, carbon nanotubes (CNT) telah
banyak dikembangkan dan diaplikasikan pada berbagai bidang, seperti teknologi
material (pemisahan secara biologi dan kimia, pemurnian, katalis, penyimpanan
energy (penyimpanan hidrogen, bahan bakar, dan baterai litium). Komposit dalam
pelapisan, pengisian struktur material, pengembangan devices elektronik (probe,
sensor dan aktuator untuk molecular imaging, sensing, dan transistor). Hal ini
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
dikarenakan keunggulan sifat fisika dan kimia CNT yang sulit ditemukan pada
material lain. CNTs mempunyai karakteristik yang unik diantaranya ukurannya di
skala nano, konduktifitas termal dan listrik yang tinggi, dan sifat mekaniknya,
sehingga dapat di aplikasikan untuk berbagai keperluan (Baughman, 2002). CNT
adalah alotrop karbon dengan struktur nano silinder, memiliki rasio panjang
terhadap diameter hingga 132,000,000:1. Komposit CNT dengan biopolimer
diyakini dapat meningkatkan kinerja material tersebut.
Berdasarkan kajian di atas, dalam penelitian ini akan disintesis biopolimer
dari ekstrak alga merah (EGN) dengan penambahan PVA dan croslinker (GA),
dan pembuatan biopolimer komposit dengan penyisipan carbon nanotubes (CNT)
untuk modifikasi sifat mekanik dan kondusktifitasnya. Material yang diperoleh
akan di karakterisasi, dan uji kinerjanya lebih lanjut. Diharapkan, komposit CNT
dapat meningkatkan kinerja biopolimer EGN untuk berbagai aplikasi, terutama
dalam penyiapan alternatif material konduktif berbasis biopolimer.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang dikemukakan di atas, maka rumusan masalah
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Bagaimana sintesis biopolimer EGN dan biopolimer komposit EGNCNTs
2.
Bagaimana karakteristik dan kinerja biopolimer EGN dan biopolimer
komposit EGN-CNTs
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi mengenai:
1. Metode sintesis biopolimer EGN dan biopolimer komposit EGNCNTs.
2. Karakteristik dan kinerja biopolimer EGN dan biopolimer
komposit EGN-CNTs.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil yang didapatkan dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi
alternative metode dalam penyiapan material alternatif berbasis biopolimer untuk
pengembangan teknologi material yang bertumpu pada biodiversitas Indonesia.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan sebagai
berikut :
1. Sintesis untuk pembuatan biopolimer komposit dilakukan dengan
pencampuran ekstrak EGN, PVA, CNT, dan croslinker GA dengan
bantuan pengadukan dan pemanasan, dilanjutkan dengan pencetakan,
pengeringan biopolimer dalam cetakan dilakukan selama 3 minggu. EGN
dapat diperoleh dari ekstrasi alga merah melalui maserasi dengan ethanol
70%
dengan
rasio
komposisi
1:5,
sedangkan
dispersi
CNT
(SWCNT/MWCNT) dapat dibuat dalam larutan surfaktan.
2. Berdasarkan spektra FTIR (gugus fungsi C-O/ 1040 cm-1; gugus fungsi CN/ 1220cm-1 dan 1320cm-1; gugus fungsi C-H/2480-3000 cm-1 ;g ugus
fungsi O-H/ 3250-3430 cm-1), dapat dinyatakan bahwa ekstrak alga merah
mengandung selulosa (polimer alami). Selain itu, difraktogram X RD
mengkonfirmasi temuan dari FTIR, dimana puncak 2Ɵ pada19,6 dan 21,4
(biopolimer), 2Ɵ pada19,3 dan 21,4 (biopolimer-SWCNT), dan 2Ɵ pada
19,74 dan 21,4(biopolimer-MWCNT) menunjukkan puncak khas untuk
selulosa. Penyisipan CNT pada biopolimer tidak menunjukan perubahan
signifikan pada spectra FTIR maupun X -ray difraktogram biopolimer,
menunjukan bahwa interaksi dominan antara biopolimer dengan CNT
berlangsung secara fisika. Photo SEM dan AFM menunjukkan bahwa
morfologi dan topografi permukaan biopolimer dan biopolimer komposit
belum homogen, serta konduktifitas biopolimer komposit dengan
penyisipan SWCNT dan MWCNT berada pada rentang 1-10 x 10-7ohm-1.
cm-1
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya, perlu dikaji lebih lanjut mengenai metode
penyiapan dispersi CNT dan metode pembuatan biopolimer komposit untuk
memperoleh biopolimer komposit yang homogen, sehingga konduktifitasnya
diharapkan dapat meningkat secara signifikan.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
DAFTAR PUSTAKA
Abdel-Mohzen, A. M. , et al. (2011). “Eco-Synthesis of PVA/Chitosan Hidrogels
for Biomedical Appliccation”. J Polym Environ. 19, 1005-1012.
Anggadiredja, J. T. , Zatnika, A. , Purwoto, H. , dan Istini, S. , 2002. Rumput
Laut, Penebar Swadaya, Jakarta Chapman, V. J. , and Chapman, C. J. ,
1980. ”Seaweed and Their Uses”. 3 rd ed. , pp. 148 – 193, Chapman and
Hall Ltd. , London.
Apsari, A. (2010). Studi Kinetika Penyerapan Ion Khromium dan Ion Tembaga
Menggunakan Kitosan Produk dari Cangkang Kepiting.
Skripsi
Universitas Diponegoro, Semarang.
Baughman RH, Zakhidov AA, de Heer WA. (2002). “Carbon nanotubes-the route
toward applications. ”. Science. 297(5582):787–92.
Chotimah, Nurul . (2013). “Sintesis, Karakterisasi, dan Uji Kinerja Biohidrogel
Berbahan Dasar EGN-PVA Dengan Croslinker Glutaraldehida”. Skripsi
Sarjana pada FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung : Tidak
Diterbitkan.
Coleman, Jonathan N. (2006). “Small but strong: A review of the mechanical
properties of carbon nanotube-polymer composites”. Carbon. Vol 44, pp
1624-1652.
Elliott JA, Sandler JKW, Windle AH, Young RJ, Shaffer MSP. (2004 )“Collapse
of single-wall carbon nanotubes is diameter dependent. ” Phys Rev Lett,
vol 92(9), pp :1–4.
Han X , Chen S, dan X ianguo Hu. (2008). “Controlled-release fertilizer
encapsulated by starch/polyvinyl alcohol coating”. Desalination. 240, 21 –
26.
Hendrajat, A. E. (2010). Polikultur udang vaname (Litopenaeus vannamei) dan
rumput laut (Gracillaria verrucosa).
Sulawesi: Balai Riset Perikanan
Budidaya Air Payau.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Jamnongkan, T. , Kaewpirom, S. (2010). “Controlled-Release Fertilizer Based
on Chitosan Hidrogel: Phosphorus Release Kinetic”.
Science Journal
UBU. 1, (1), 43-50.
Kaewpirom, S. , & Boonsang, S. (2006). Electrical response characterization of
poly(ethylene glycol) macromer (PEGM) / chitosan hydrogels in NaCl
solution. European Polymer Journal, 42, 09–16.
Lang, K. M. ; D. A. Hite; R. W. Simmonds; R. McDermott; D. P. Pappas;
John M.
nanoscale
Martinis (2004). "Conducting atomic force microscopy for
tunnel
barrier
characterization".
Review
of
Scientific
Instrumentsvol. 75(8), pp. 2726–2731.
Lu JP. (1997). “Elastic properties of single and multilayered nanotubes. ”. J
Phys Chem Solids, vol. 58(11), pp 49–52.
Manchado MAL, Valentini L, Biagiotti J, Kenny JM. (2005) “Thermal and
mechanical properties of single-walled carbon nanotubes-polypropylene
composites prepared by melt processing”. Carbon, vol. 43(7), pp. 499–
505.
McMullan, D. (2006). "Scanning electron microscopy 1928–1965". Scanning.
Vol: 175.
Mobarok. (2007). Kristalisasi dan Karakterisasi Senyawa Aktif Bioflokulan DYT
hasil Isolasi Melalui Metode Refluks. Skripsi Sarjana pada FPMIPA
Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung : Tidak Diterbitkan.
Muthoharoh, SP. (2012). Sintesis Polimer Superabsorben dari Hidrogel Kitosan
Terikat Silang. Skripsi. Program Reguler Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. Depok :tidakditerbitkan.
Putra, S.
E.
(2006).
Alga laut sebagai biotarget industri. Sekjen Ikatan
Mahasiswa Kimia Indonesia. Jakarta, 3 hlm.
S. Iijima and T. Ichihashi. (1993). “Single-Shell Carbon Nanotubes Of 1-Nm
Diameter,” Nature, vol. 363, pp. 603-605
Setiabudi, Agus, dkk. (2012). Karakterisasi Material (Prinsip dan Aplikasinya
dalam Penelitian Kimia). Bandung : UPI Press.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Smart, Lesley E.
& Moore, Elaine A.
(2005).
Solid state chemistry : an
introduction, third edition. Boca Raton : CRC Press.
Uswatun Hasanah, R. (2007). Pemanfaatan Rumput Laut (Gracilaria sp. ) dalam
Meningkatkan Kandungan Serat Pangan Pada Sponge Cake.
Skripsi
Sarjana pada FPIK Institut Pertanian Bogor, Bogor : Tidak Diterbitkan.
Wei BQ, Vajtai R, Ajayan PM. ( 2001) “Reliability and current carrying capacity
of carbon nanotubes”. Appl Phys Lett; vol 79(8), pp 1172–4.
You, H. C. , Jinhae. , dan Park, J. H. (2009). “Pulp And Paper Made From
Rhodophyta And Manufacturing Method Thereof”. United States Patent.
US 7,662,019 B2.
Yue, Y . (2007), A Comparative Study of Cellulose I and II Fibers and
Nanocrystals. Louisianna : Heilongjiang Institue of Science and
Technology.
Zee, Frank.
(2001) “Micromachined polymer-based chemical gas sensor
array”Sensor Actuators,vol 72, pp 120-128
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
EGN-CARBON NANOTUBES
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sidang Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
PROGRAM STUDI KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2014
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT
EGN-CARBON NANOTUBES
Oleh
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar
Sarjana Sains pada Program Studi Kimia Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam
© Muhammad Rasyid Dauly 2014
Universitas Pendidikan Indonesia
Desember 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang.
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian, dengan dicetak ulang,
di fotocopy, atau cara lainnya tanpa izin penulis
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
LEMBAR PENGESAHAN
SKRIPSI
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGNCARBON NANOTUBES
Oleh :
Muhammad Rasyid Dauly
1005207
Disetujui dan disahkan oleh:
Dosen Pembimbing I
Dr. Hendrawan, M.Si
NIP. 196309111989011001
Dosen Pembimbing II
Drs. Yaya Sonjaya, M. Si
NIP. 195309061980021002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Kimia
Dr. rer. nat. Ahmad Mudzakir, M.Si.
NIP. 19661121199103100
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi biopolimer komposit
berbahan dasar biodiversitas tumbuhan Indonesia yaitu alga merah sebagai
sumber bahan baku biopolimer.
Biopolimer komposit disintesis melalui
penggabungan ekstrak alga merah (EGN), PVA, dan filler carbon nanotubes
(SWCNT dan MWCNT) dalam fasa cair. Biopolimer komposit hasil sintesis
kemudian dikarakterisasi menggunakan beberapa metode seperti FTIR, X RD,
SEM, AFM, dan uji daya hantar listrik. Spektra FTIR dan difraktogram X RD
untuk biopolimer komposit menunjukkan interaksi yang terjadi anatara biopolimer
kompositdan CNT adalah interaksi fisika bukan interaksi kimia dimana CNT
diperkirakan hanya menyisip ke dalam matrik biopolimer EGN tanpa mengubah
strukturnya secara signifikan. Temuan ini dikonfirmasi dengan gambar SEM dan
AFM yang menunjukkan adanya perubahan topografi permukaan biopolimer
EGN setelah penyisipan CNT. Konduktifitas biopolimer komposit EGN-CNT
berada pada rentang 1-10 x 10-7 ohm-1cm-1,masih kecil dibandingkan dengan
target konduktifitas polimer sintetik.
Kata kunci : Biopolimer, komposit, Alga Merah, EGN, CNT
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
ABSTRACT
Has been done research about synthesis and characterization of biopolymer
composite based on biodiversity plant of Indonesia red algae is a resource
material. Biopolymer composite was synthesis from extraction of red algae, PVA,
and filler carbon nanotubes (SWCNT and MWCNT) on solvent. Here after, the
synthesized composites were characterized with several method such as FTIR
spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, AFM, and
electrical conductivity measurement. Spectra FTIR and difractogram XRD for
biopolymer composite evidenced the interaction between biopolymer composites
and CNT is physic interaction not chemistry interaction where CNT estimate only
insert into polymer matrix without change the structure of biopolymer EGN. This
was confirmed with figure of SEM and AFM was show change topography of
biopolymer EGN surface after insertion CNT. Conductivity of biopolymer EGNCNT be on 1-10 x 10-7 ohm-1cm-1 is stil lower compare with conductivity of
polymer synthetic
Key Word : Biopolymer, Composites, Red Algae, EGN, CNT
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sampai saat ini, pengembangan teknologi pembuatan polimer untuk
berbagai aplikasiterus dikembangkan. Pembuatan polimer umumnya masih
menggunakan bahan dasar sintesis yang tidak bersifat biodegradable, dan kurang
ekonomis (high cost). Dalam beberapa tahun terakhir, pengembahan biopolimer
berbasis bahan alam yang bersifat renewable, biodegradable, dan biocompatible
telah banyak dikembangkan untuk mengatasi permasalahan di atas (Mohzen, et al.
, 2011). Pemanfaatan polimer berbasis bahan alami untuk berbagai aplikasi
diyakini akan lebih ekonomis (ketersediaan bahan baku di alam yang melimpah)
juga lebih ramah lingkungan.
Terdapat berbagai macam bahan alami yang dapat digunakan sebagai bahan
pembuatan biopolimer. Alga merah, merupakan salah satu bahan alami potensial
untuk pembuatan biopolimer, karena bahan ini merupakan satu dari biodiversitas
khas yang mudah ditemukan di berbagai wilayah perairan Indonesia juga
memiliki kandungan selulosa yang signifikan. Pemanfaatan alga merah di
Indonesia sampai saat ini, masih terbatas untuk produksi bahan makanan (agaragar), kosmetik, dan obat-obatan, padahal secara kuantitas ketersediaan alga
merah sangat melimpah malah terkadang menjadi limbah karena tidak
termanfaatkan dengan baik. Pembuatan polimer alternative (biopolimer) dari alga
merah dapat menjadi salah satu diversifikasi produk, yang dapat meningkatkan
nilai guna dan nilai tambah dari alga merah.
Walaupun
biopolimer
memiliki
keunggulan
kompetitif
dari
segi
ketersediaan bahan baku yang dapat diperbaharui dan kelimpahannya, juga
kemudahannya untuk didegradasi di lingkungan, namun pada aspek lainnya,
secara umum biopolimer memiliki kekuatan mekanik yang lebih lemah
dibandingkan polimer sintesis. Tentu hal ini dapat mengurangi peluang aplikasi
biopolimer. Selain itu, sifat insulator (tidak dapat menghantarkan listrik) dari
biopolimer membatasi aplikasi biopolimer dalam aplikasi device electronic dan
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
smart material. Modifikasi sifat mekanik dan kemampuan menghantarkan listrik
dari berbagai biopolimer telah banyak dilaporkan, baik dengan metode penyisipan
elektrolit, logam, ataupun filler conductive melalui teknik komposit.
Pengembangan dan inovasi material komposit akhir-akhir ini terus
berkembang dalam rangka penyiapan smart material untuk pemenuhan kebutuhan
industry dan teknologi pada berbagai bidang, seperti bidang elektronik,
transportasi, kedokteran/medis, biologi, dan sebagainya. Material komposit adalah
perpaduan 2 material atau lebih yang berbeda fasa, yang menghasilkan material
baru dengan sifat yang lebih baik daripada komponen penyusunnya. Ikatan antar
partikel dan interaksi yang terjadi antar komponen penyusunnya merupakan hal
yang mempengaruhi secara langsung sifat mekanik pada komposit yang
dihasilkan. Material komposit tersusun atas matriks (fase keras) dan bahan
penguat, yang dapat berupa serat, silica, clay, dan sebagainya. Dengan
penambahan bahan penguat pada konsentrasi tertentu, dapat menghasilkan sifat
mekanik, termal dan struktur yang lebih baik dibandingkan sifat material
penyusunnya.
Salah satu pengembangan biopolimer komposit pada saat ini adalah
komposit biopolimer-karbon. Komposit biopolimer-karbon dapat dibuat dengan
mencampurkan material karbon (karbon aktif, carbon fiber, dan carbon
nanotubes) dengan biopolimer. Material karbon dapat bertindak sebagai filler
dalam
matrik
biopolimer
untuk
meningkatkan
kekuatan
mekanik
dan
konduktifitas dari biopolimer (Janata dan Josowicz, 2002). Komposit biopolimerkarbon yang telah dikembangkan mempunyai karakteristik sifat mekanik dan
konduktifitas yang berbeda-beda tergantung dari jenis bahan baku biopolimer dan
material karbon yang dipakai (Bai dan Shi, 2006).
Sejak ditemukan pertama kalipada 1991, carbon nanotubes (CNT) telah
banyak dikembangkan dan diaplikasikan pada berbagai bidang, seperti teknologi
material (pemisahan secara biologi dan kimia, pemurnian, katalis, penyimpanan
energy (penyimpanan hidrogen, bahan bakar, dan baterai litium). Komposit dalam
pelapisan, pengisian struktur material, pengembangan devices elektronik (probe,
sensor dan aktuator untuk molecular imaging, sensing, dan transistor). Hal ini
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
dikarenakan keunggulan sifat fisika dan kimia CNT yang sulit ditemukan pada
material lain. CNTs mempunyai karakteristik yang unik diantaranya ukurannya di
skala nano, konduktifitas termal dan listrik yang tinggi, dan sifat mekaniknya,
sehingga dapat di aplikasikan untuk berbagai keperluan (Baughman, 2002). CNT
adalah alotrop karbon dengan struktur nano silinder, memiliki rasio panjang
terhadap diameter hingga 132,000,000:1. Komposit CNT dengan biopolimer
diyakini dapat meningkatkan kinerja material tersebut.
Berdasarkan kajian di atas, dalam penelitian ini akan disintesis biopolimer
dari ekstrak alga merah (EGN) dengan penambahan PVA dan croslinker (GA),
dan pembuatan biopolimer komposit dengan penyisipan carbon nanotubes (CNT)
untuk modifikasi sifat mekanik dan kondusktifitasnya. Material yang diperoleh
akan di karakterisasi, dan uji kinerjanya lebih lanjut. Diharapkan, komposit CNT
dapat meningkatkan kinerja biopolimer EGN untuk berbagai aplikasi, terutama
dalam penyiapan alternatif material konduktif berbasis biopolimer.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang dikemukakan di atas, maka rumusan masalah
penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Bagaimana sintesis biopolimer EGN dan biopolimer komposit EGNCNTs
2.
Bagaimana karakteristik dan kinerja biopolimer EGN dan biopolimer
komposit EGN-CNTs
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh informasi mengenai:
1. Metode sintesis biopolimer EGN dan biopolimer komposit EGNCNTs.
2. Karakteristik dan kinerja biopolimer EGN dan biopolimer
komposit EGN-CNTs.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil yang didapatkan dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi
alternative metode dalam penyiapan material alternatif berbasis biopolimer untuk
pengembangan teknologi material yang bertumpu pada biodiversitas Indonesia.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan sebagai
berikut :
1. Sintesis untuk pembuatan biopolimer komposit dilakukan dengan
pencampuran ekstrak EGN, PVA, CNT, dan croslinker GA dengan
bantuan pengadukan dan pemanasan, dilanjutkan dengan pencetakan,
pengeringan biopolimer dalam cetakan dilakukan selama 3 minggu. EGN
dapat diperoleh dari ekstrasi alga merah melalui maserasi dengan ethanol
70%
dengan
rasio
komposisi
1:5,
sedangkan
dispersi
CNT
(SWCNT/MWCNT) dapat dibuat dalam larutan surfaktan.
2. Berdasarkan spektra FTIR (gugus fungsi C-O/ 1040 cm-1; gugus fungsi CN/ 1220cm-1 dan 1320cm-1; gugus fungsi C-H/2480-3000 cm-1 ;g ugus
fungsi O-H/ 3250-3430 cm-1), dapat dinyatakan bahwa ekstrak alga merah
mengandung selulosa (polimer alami). Selain itu, difraktogram X RD
mengkonfirmasi temuan dari FTIR, dimana puncak 2Ɵ pada19,6 dan 21,4
(biopolimer), 2Ɵ pada19,3 dan 21,4 (biopolimer-SWCNT), dan 2Ɵ pada
19,74 dan 21,4(biopolimer-MWCNT) menunjukkan puncak khas untuk
selulosa. Penyisipan CNT pada biopolimer tidak menunjukan perubahan
signifikan pada spectra FTIR maupun X -ray difraktogram biopolimer,
menunjukan bahwa interaksi dominan antara biopolimer dengan CNT
berlangsung secara fisika. Photo SEM dan AFM menunjukkan bahwa
morfologi dan topografi permukaan biopolimer dan biopolimer komposit
belum homogen, serta konduktifitas biopolimer komposit dengan
penyisipan SWCNT dan MWCNT berada pada rentang 1-10 x 10-7ohm-1.
cm-1
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
5.2 Saran
Untuk penelitian selanjutnya, perlu dikaji lebih lanjut mengenai metode
penyiapan dispersi CNT dan metode pembuatan biopolimer komposit untuk
memperoleh biopolimer komposit yang homogen, sehingga konduktifitasnya
diharapkan dapat meningkat secara signifikan.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
DAFTAR PUSTAKA
Abdel-Mohzen, A. M. , et al. (2011). “Eco-Synthesis of PVA/Chitosan Hidrogels
for Biomedical Appliccation”. J Polym Environ. 19, 1005-1012.
Anggadiredja, J. T. , Zatnika, A. , Purwoto, H. , dan Istini, S. , 2002. Rumput
Laut, Penebar Swadaya, Jakarta Chapman, V. J. , and Chapman, C. J. ,
1980. ”Seaweed and Their Uses”. 3 rd ed. , pp. 148 – 193, Chapman and
Hall Ltd. , London.
Apsari, A. (2010). Studi Kinetika Penyerapan Ion Khromium dan Ion Tembaga
Menggunakan Kitosan Produk dari Cangkang Kepiting.
Skripsi
Universitas Diponegoro, Semarang.
Baughman RH, Zakhidov AA, de Heer WA. (2002). “Carbon nanotubes-the route
toward applications. ”. Science. 297(5582):787–92.
Chotimah, Nurul . (2013). “Sintesis, Karakterisasi, dan Uji Kinerja Biohidrogel
Berbahan Dasar EGN-PVA Dengan Croslinker Glutaraldehida”. Skripsi
Sarjana pada FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung : Tidak
Diterbitkan.
Coleman, Jonathan N. (2006). “Small but strong: A review of the mechanical
properties of carbon nanotube-polymer composites”. Carbon. Vol 44, pp
1624-1652.
Elliott JA, Sandler JKW, Windle AH, Young RJ, Shaffer MSP. (2004 )“Collapse
of single-wall carbon nanotubes is diameter dependent. ” Phys Rev Lett,
vol 92(9), pp :1–4.
Han X , Chen S, dan X ianguo Hu. (2008). “Controlled-release fertilizer
encapsulated by starch/polyvinyl alcohol coating”. Desalination. 240, 21 –
26.
Hendrajat, A. E. (2010). Polikultur udang vaname (Litopenaeus vannamei) dan
rumput laut (Gracillaria verrucosa).
Sulawesi: Balai Riset Perikanan
Budidaya Air Payau.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Jamnongkan, T. , Kaewpirom, S. (2010). “Controlled-Release Fertilizer Based
on Chitosan Hidrogel: Phosphorus Release Kinetic”.
Science Journal
UBU. 1, (1), 43-50.
Kaewpirom, S. , & Boonsang, S. (2006). Electrical response characterization of
poly(ethylene glycol) macromer (PEGM) / chitosan hydrogels in NaCl
solution. European Polymer Journal, 42, 09–16.
Lang, K. M. ; D. A. Hite; R. W. Simmonds; R. McDermott; D. P. Pappas;
John M.
nanoscale
Martinis (2004). "Conducting atomic force microscopy for
tunnel
barrier
characterization".
Review
of
Scientific
Instrumentsvol. 75(8), pp. 2726–2731.
Lu JP. (1997). “Elastic properties of single and multilayered nanotubes. ”. J
Phys Chem Solids, vol. 58(11), pp 49–52.
Manchado MAL, Valentini L, Biagiotti J, Kenny JM. (2005) “Thermal and
mechanical properties of single-walled carbon nanotubes-polypropylene
composites prepared by melt processing”. Carbon, vol. 43(7), pp. 499–
505.
McMullan, D. (2006). "Scanning electron microscopy 1928–1965". Scanning.
Vol: 175.
Mobarok. (2007). Kristalisasi dan Karakterisasi Senyawa Aktif Bioflokulan DYT
hasil Isolasi Melalui Metode Refluks. Skripsi Sarjana pada FPMIPA
Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung : Tidak Diterbitkan.
Muthoharoh, SP. (2012). Sintesis Polimer Superabsorben dari Hidrogel Kitosan
Terikat Silang. Skripsi. Program Reguler Kimia Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. Depok :tidakditerbitkan.
Putra, S.
E.
(2006).
Alga laut sebagai biotarget industri. Sekjen Ikatan
Mahasiswa Kimia Indonesia. Jakarta, 3 hlm.
S. Iijima and T. Ichihashi. (1993). “Single-Shell Carbon Nanotubes Of 1-Nm
Diameter,” Nature, vol. 363, pp. 603-605
Setiabudi, Agus, dkk. (2012). Karakterisasi Material (Prinsip dan Aplikasinya
dalam Penelitian Kimia). Bandung : UPI Press.
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Smart, Lesley E.
& Moore, Elaine A.
(2005).
Solid state chemistry : an
introduction, third edition. Boca Raton : CRC Press.
Uswatun Hasanah, R. (2007). Pemanfaatan Rumput Laut (Gracilaria sp. ) dalam
Meningkatkan Kandungan Serat Pangan Pada Sponge Cake.
Skripsi
Sarjana pada FPIK Institut Pertanian Bogor, Bogor : Tidak Diterbitkan.
Wei BQ, Vajtai R, Ajayan PM. ( 2001) “Reliability and current carrying capacity
of carbon nanotubes”. Appl Phys Lett; vol 79(8), pp 1172–4.
You, H. C. , Jinhae. , dan Park, J. H. (2009). “Pulp And Paper Made From
Rhodophyta And Manufacturing Method Thereof”. United States Patent.
US 7,662,019 B2.
Yue, Y . (2007), A Comparative Study of Cellulose I and II Fibers and
Nanocrystals. Louisianna : Heilongjiang Institue of Science and
Technology.
Zee, Frank.
(2001) “Micromachined polymer-based chemical gas sensor
array”Sensor Actuators,vol 72, pp 120-128
Muhammad Rasyid Dauly, 2014
SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOPOLIMER KOMPOSIT EGN-CARBON NANOTUBES
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu