KARAKTERISTIK HIDROFOBIK LAPISAN TICL4 PADA KACA YANG DITIMBULKAN DENGAN METODE SOL-GEL DIP-COATING.
KARAKTERISTIK HIDROFOBIK LAPISAN TiCl4 PADA KACA YANG
DITIMBULKAN DENGAN METODE SOL-GEL
DIP-COATING
Oleh:
UNITA SUKMA ZULIANI NASUTION
NIM: 408221050
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2012
i
: Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiCL. Pada Kaca
Yang
Ditimbulkan
Dengan
Metode
Sol-Gel Dip
Coating
2
Unita Sukma Zuliani Nasution
408221050
Program Studi
Fisika
.Ja::rusan
Fisika
Menyetujui :
Dosen Pembimbing Skripsl,
Mukti Hamjah Harahap, M.Si
NIP.19770425 2008011 011
Mengetahui :
Jurusan Fisika
Ketua,
NIP.19640321199003 2 001
Tanggal Lulus17 Juli2012
iv
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim…..
Dengan mengucapkan Alhamdulillahirobbil’alamin, rasa syukur yang tidak
terhingga penulis ucapkan kepada ALLAH SWT Tuhan semesta alam yang telah
melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar sarjana sains di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan. Adapun judul skripsi ini adalah “Karakteristik
Hidrofobik Lapisan TiCl4 pada kaca yang Ditimbulkan Dengan Metode Sol-Gel DipCoating”
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan rasa
hormat kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai
dari pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan, sampai penyusunan skripsi, antara
lain Bapak Mukti Hamjah Harahap, M.Si selaku Dosen Pembimbing skripsi, yang
telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal
penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Alkhafi Maas
Siregar, M.Si selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Nurdin Siregar, M.Si selaku Dosen
Penguji II, dan Bapak Drs. Henok Siagian, M.Si selaku Dosen Penguji III, yang telah
memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi ini. Bapak Drs.
Makmur Sirait, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan
bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan yang telah banyak membantu
dalam penyelesaian skripsi ini. Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D sebagai Dekan
FMIPA UNIMED, Bapak Drs. P.Maulim Silitonga, M.S selaku pembantu Dekan
FMIPA UNIMED, Ibu Dra. Derlina, M.Si sebagai Ketua Jurusan, Bapak Abd.
Hakim, M.Si sebagai sekretaris jurusan Fisika FMIPA UNIMED, dan Bapak
Drs.Pintor Simamora, M.Si sebagai Ketua Prodi Fisika. Bapak dan Ibu Dosen atas
bimbingannya kepada penulis selama masa perkuliahan dan penulisan skripsi beserta
Staf Pegawai Jurusan Fisika FMIPA UNIMED yang sudah membantu penulis.
v
Ucapan terimakasih yang teristimewa penulis sampaikan kepada kedua orang
tua tercinta, ayahanda Drs.Ahmad Zulian Nasution dan ibunda Sofyani yang telah
banyak memberikan doa, dukungan dan kasih sayang serta semangat baik berupa
materil maupun moril untuk keberhasilan penulis. Dan kepada Adik-adik penulis,
Dwi Kartika Zuliani Nasution dan M. Anggi Alfharabi Nasution yang telah banyak
berikan dukungan semangat.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada sahabat-sahabat terbaik,
yaitu : Dedek Febriana Lubis, Liani, Maulidya Dara, Rizky Julia Sartika yang telah
sama-sama berjuang dan saling memberikan semangat dari awal perkuliahan hingga
akhir penyelesaian skripsi ini. Buat teman seperjalanan stambuk 2008 Fisika Nondik
UNIMED,yaitu : Berliana Siringo-ringo, Elsa Sinaga, Agustina Panggabaean, Junita
M Sinaga, Jennyari S., Arny A.G, Jenika K.S, Henni Elika S.,Edy S.Gtg., Albarra
Harahap, Ferdinand A.K.Z., Indra J.P.Nababan, Ryanto C.S., dan Berkat Panjaitan,
kepada abang dan kakak stambuk, yaitu : Alamin Sirait, S. Si, Asmawti Purba, dan
Miranti Nasution yang telah memberikan saran dan nasehat penulis ucapkan terima
kasih atas dukungannya. Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam
menyelesaikan skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik
dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik
yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Akhir kata
penulis ucapkan banyak terimakasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Amin.
Medan,
Juli 2012
Penulis,
Unita Sukma Zuliani Nasution
NIM : 408221050
ii
KARAKTERISTIK HIDROFOBIK LAPISAN TiCl4 PADA
KACA YANG DITIMBULKAN DENGAN METODE SOL-GEL
DIP-COATING
UNITA SUKMA ZULIANI NASUTION (408221050)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui parameter optimal untuk
penumbuhan lapisan tipis TiCl4 pada permukaan substrat
kaca dengan
menggunakan metode sol gel, mengetahui struktur kristal dan morfologi TiCl4
menggunakan uji XRD dan Uji SEM yang dilakukan di LIPI. Dan mengetahui
sudut kontak pada kaca yang dilapisi TiCl4 menggunakan busur derajat. Adapun
metode yang dilakukan menggunakan teknik celup pada permukaan kaca
menggunakan bahan TiCl4 dan Isopropil alkohol yang di aduk menggunakan
magnetik stirr selama 2 jam guna mendapatkan koloid yang sudah berbentuk gel
(Dalam hal ini sol sudah berubah menjadi gel) dengan variasi suhu pemanasan
pada sampel yaitu 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, dan 3000C. Demikian halnya
untuk uji sudut kontak dengan variasi suhu yang sama menggunakan busur
derajat. Dari hasil penelitian dengan uji XRD, didapatkan struktur sampel lapisan
tipis pada substrat kaca yang merupakan lapisan tipis TiCl4 (jenis anatase) dengan
struktur tetragonal (parameter terlampir). Hasil uji SEM pada Kaca tampak
adanya dua kontras warna, yaitu warna gray (abu-abu) dan putih. Dari hasil
analisis tersebut menggambarkan bahwa telah terbentuk lapisan tipis TiCl4 di atas
substrat kaca. Begitu juga dalam hal sudut kontak yang dilapisi dengan TiCl4
memiliki sudut kontak lebih besar dari 90 derajat, yaitu syarat sudut kontak. Suhu
yang paling rendah memberikan sudut kontak yang lebih kecil dibanding suhu
yang lebih tinggi.
Kata Kunci : TiCl4, XRD, SEM, Sudut kontak
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Alat
Halaman
23
Tabel 3.2 Bahan
24
Tabel 3.3 Perencanaan Data Untuk Analisis
28
Tabel 4.1 Analisis Puncak Kaca
36
Tabel 4.2 Fraksi Massa sampel kaca
38
Tabel 4.3 Parameter struktur sampel kaca
38
Tabel 4.4 Data hasil Analisa sudut Kontak
39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Titanium
Halaman
16
Gambar 2.2 Ilustrasi Skematik Pembasahan Permukaan
dan Sudut Kontak
20
Gambar 2.3 Scanning Electron Microscopy (SEM)
21
Gambar 2.4 X-Ray Diffraction(XRD)
22
Gambar 3.1 Skema Pelapisan (coating)
26
Gambar 3.2 Diagram Alir
29
Gambar 4.1 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 100oC 31
Gambar 4.2 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 200oC 32
Gambar 4.3 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 300oC 33
Gambar 4.4 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 100oC
34
Gambar 4.5 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 150oC
34
Gambar 4.6 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 200oC
35
Gambar 4.7 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 250oC
35
Gambar 4.8 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 300oC
36
Gambar 4.9 Identifikasi Profil Difraksi sinar-x pada kaca
37
Gambar 4.10 Refinement Profil difraksi sinar-x pada kaca
37
Gambar 4.11 Sudut kontak tanpa dilapisi TiCl4
40
Gambar 4.12 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 100oC
40
Gambar 4.13 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 150oC
41
Gambar 4.14 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 200oC
41
Gambar 4.15 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 250oC
42
Gambar 4.16 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 300oC
42
Gambar 4.17 Kurva Hubungan antara sudut kontak dengan suhu bakar
40
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang merupakan gabungan
dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap, yang dihasilkan dari
dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai
penyusun lainnya. Kaca sangat akrab dengan kehidupan kita sehari-hari
digunakan mulai dari barang permata, material bangunan, hingga upacara
keagamaan. Penggunaan kaca pada beberapa aplikasi memerlukan pembersihan
dari air yang lengket pada kaca tersebut, misalnya kaca mobil dan kaca rumah
yang harus dibersihkan setiap saat. Sehingga para peneliti terus mengembangkan
teknik pelapisan untuk mendapatkan kaca yang memiliki sifat anti air
(hydrofobik).
Coating atau pelapisan merupakan upaya yang dilakukan untuk
meningkatkan fungsi, performa, dan kualitas dari kaca. Coating terdiri dari
beberapa jenis, yaitu : Tints, Hard Coating, Anti Reflection Coating, dan
Hydrofobik Coating. Hidrofobik coating berfungsi sebagai lapisan anti air agar
permukaan kaca lebih mudah dibersihkan, mengurangi gesekan fluida dengan
permukaan, mencegah lembab, kotoran, minyak, serta partikel lain yang dapat
melekat pada permukaan, sehingga terlihat selalu bersih. Dengan memperhatikan
efek ini, permukaan
dapat
dimodifikasi
untuk dikembangkan
menjadi
superhidrofobik coating maka kaca akan memiliki sifat membersihkan sendiri
(self cleaning) ketika kaca terkena air.
Dibandingkan dengan pemrosesan dengan cara konvensional, metode solgel selain mudah dan sederhana mempunyai banyak keunggulan, terutama semua
sifat-sifat (kimia, komposisi, dan sebagainya) yang terdapat pada awal proses
akan tetap terjaga sampai dengan akhir proses. Pada metode sol-gel sesuai dengan
namanya larutan mengalami perubahan fase, menjadi sol dan kemudian menjadi
gel. Sol TiCl4 diperoleh dengan mencampurkan TiCl4 dengan isopopil alkohol
(C3H70H).
Berdasarkan penelitian sebelumnya Pelapisan Hidrofobik pada Kaca
dengan Metode Sol-Gel Berbasis Water Glass digunakan SiO2 yang berbasis silica
gel sebagai pelapis permukaan kaca. Didapatlah hasil bahwa semakin tinggi
temperatur dan lama pencelupan semakin besar sudut kontak yang dihasilkan.
(Ambarwati dan Vicky, 2010)
Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
simbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat,
berkilau, tahan korosi(termasuk tahan terhadap air laut dan klorin dengan warna
putih-metalik-keperakan. Keberadaan logam titanium tidak pernah sendiri, artinya
selalu berikatan dengan mineral lainnya, seperti rutile, ilmenite, leucoxene,
anatase, bronkite, perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat. Titanium
Oksida digunakan dalam pigmen, penggunaan pigmen TiO2 didominasi untuk
aplikasi cat dan pelapis.
Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiO2 pada Kaca yang Ditimbulkan
dengan Metode Sol-Gel didapat hasil bahwa dengan memvariasikan suhu
pembakaran maka akan mempengaruhi mikrostruktur dari lapisan tipis TiO2 pada
kaca sehingga disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur pemanasan semakin
tinggi sudut kontak yang dihasilkan maka tingkat transparansi juga tinggi.(Purba,
2011)
Namun, penggunaan TiO2 berbentuk powder yang berwarna putih pada
pelapisan harus menggunakan resin untuk melekatkan TiO2 pada substrat dan
menghasilkan permukaan kaca yang buram. Berdasarkan uraian di atas maka
penulis tertarik untuk melanjutkan penelitian ini yang berjudul, “Karakteristik
Hidrofobik Lapisan TiCl4 Pada Kaca yang Ditimbulkan Dengan Metode SolGel” dan difokuskan untuk mendapatkan tingkat transparansi yang lebih baik,
yaitu dengan menggunakan TiCl4 berwarna bening berbentuk cairan yang
diperoleh melalui proses klorida yang melibatkan reduksi bijih titanium oksida.
Dengan memvariasikan suhu pembakaran 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C
untuk mendapatkan parameter optimal pelapisan substrat.
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diberikan oleh peneliti dari penelitian ini adalah :
a. Bagaimana pelapisan TiCl4 pada substrat kaca dengan metode sol-gel?
b. Bagaimana transparansi yang dihasilkan dari pengaruh variasi suhu
pembakaran pada substrat kaca yang dilapisi TiCl4?
c. Berapakah parameter optimal (suhu pembakara terbaik) hidrofobk lapisan
TiCl4 pada kaca yang ditimbulkan dengan metode sol-gel dipcoating(pelapisan celup)?
1.3.
Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Untuk mengetahui pelapisan TiCl4 pada substrat kaca dengan metode
sol-gel
b. Untuk mengetahui transparansi yang dihasilkan dari pengaruh variasi
suhu pembakaran pada substrat kaca yang dilapisi TiCl4 ?
c. Untuk mengetahui
parameter optimal (suhu pembakaran terbaik)
hidrofobik lapisan TiCl4 pada kaca yang ditimbulkan dengan metode
sol-gel dip-coating(pelapisan celup)?
1.4.
Manfaat
Penelitian ini bermanfaat untuk mendapatkan transparansi tinggi pada
teknik pelapisan kaca yang baik dan kaca yang memiliki daya adhesi kuat, air
yang bersifat superhidrofobik, dan kaca yang ramah terhadap lingkungan serta
dapat memperpanjang usia kaca terutama yang terkena sinar matahari langsung.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil refinement (pemurnian) dari pola difraksi sinar-x sampel
menunjukkan bahwa sampel kaca memiliki kandungan fasa Anatase
(TiCl4) dengan struktur tetragonal
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 TiCl4 di atas substrat kaca.
3. Dari hasil pengujian sudut kontak, terlihat butiran air yang ditetesi ke
substrat kaca yang terbentuk masih belum sempurna, hal ini dikarenakan
lapisan yang terbentuk masih memiliki retakan-retakan yang diakibatkan
oleh proses pendinginan.
4. Tempat penyimpanan yang baik akan menghasilkan lapisan yang baik
pada sampel.
5. Semakin tinggi suhu yang digunakan pada pembakaran maka lapisan yang
terbentuk akan semakin baik.
6. Jarak yang terlalu jauh antara sampel uji dan alat uji dapat mengakibatkan
kerusakan bahan.
5.2 SARAN
Untuk penelitian selanjutnya pada penelitian ini, diharapkan
1. Peneliti memperhatikan proses pendinginan
2. Peneliti memperhatikan tempat dan suhu penyimpanan sampel uji
3. Memperdekat jarak antara sampel uji dengan alat uji
DAFTAR PUSTAKA
Aya, (2010), Formulasi Coating,
http://materialsciences.blogspot.com/2010/07/formulasi_coating.html.
Ambarwati,(2006), Pelapisan Hidrofobik pada Kaca dengan Metode Sol-Gel
Berbasis Water Glas, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh November,
Surabaya.
Anonim, (2011), Titanium Tetraclorid msds.
http://scienlab.com/msds.php?msdsld=9925270.
Asmawati, (2011), Karakteristik Hidrofobik lapisan TiO2 pada Kaca yang
Ditimbulkan dengan Metode Sol-Gel, Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
Brinker, J.C., George W. S., (1990), Sol-Gel Sciences : The Physic
and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press Inc, New York.
Hakim, A. N.,(1998), Pembentukan Lapisan Tipis TiO2 dengan Metoda Sol-Gel
Berbantuan Ion Bombargment, Tesis, FT, UI, Jakarta.
Holmberg, K. dan Matthews, A. ,(2010), Coating Tribology- Properties,
Mechanisms, Techniques, and Aplications in surface Engineering Second
Edition, The University of Sheffield, UK.
Hamid, M.A, (2003), Preparation of Titanium Dioxide (TiO2) by SolGel Dip Coating Method, Malaysian Journal of Chemistry, 5 : 086-091.
Keenan, dkk., (1980), Kimia Untuk Universitas Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Syafriyudin, (2009), Pengujian Kandungan ESDD dan Sifat
Hidrofobik Bahan Isolasi Resin Epoksi Dengan Bahan Pengisi Sekam Padi,
Jurnal Teknologi, 2 : 143:149.
Wilkinson, G. dan Cotton, A. (1989). Kimia Dasar Anorganik. Universitas
Indonesia.
DITIMBULKAN DENGAN METODE SOL-GEL
DIP-COATING
Oleh:
UNITA SUKMA ZULIANI NASUTION
NIM: 408221050
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2012
i
: Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiCL. Pada Kaca
Yang
Ditimbulkan
Dengan
Metode
Sol-Gel Dip
Coating
2
Unita Sukma Zuliani Nasution
408221050
Program Studi
Fisika
.Ja::rusan
Fisika
Menyetujui :
Dosen Pembimbing Skripsl,
Mukti Hamjah Harahap, M.Si
NIP.19770425 2008011 011
Mengetahui :
Jurusan Fisika
Ketua,
NIP.19640321199003 2 001
Tanggal Lulus17 Juli2012
iv
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim…..
Dengan mengucapkan Alhamdulillahirobbil’alamin, rasa syukur yang tidak
terhingga penulis ucapkan kepada ALLAH SWT Tuhan semesta alam yang telah
melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar sarjana sains di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Medan. Adapun judul skripsi ini adalah “Karakteristik
Hidrofobik Lapisan TiCl4 pada kaca yang Ditimbulkan Dengan Metode Sol-Gel DipCoating”
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan rasa
hormat kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai
dari pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan, sampai penyusunan skripsi, antara
lain Bapak Mukti Hamjah Harahap, M.Si selaku Dosen Pembimbing skripsi, yang
telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal
penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Alkhafi Maas
Siregar, M.Si selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Nurdin Siregar, M.Si selaku Dosen
Penguji II, dan Bapak Drs. Henok Siagian, M.Si selaku Dosen Penguji III, yang telah
memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi ini. Bapak Drs.
Makmur Sirait, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan
bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan yang telah banyak membantu
dalam penyelesaian skripsi ini. Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D sebagai Dekan
FMIPA UNIMED, Bapak Drs. P.Maulim Silitonga, M.S selaku pembantu Dekan
FMIPA UNIMED, Ibu Dra. Derlina, M.Si sebagai Ketua Jurusan, Bapak Abd.
Hakim, M.Si sebagai sekretaris jurusan Fisika FMIPA UNIMED, dan Bapak
Drs.Pintor Simamora, M.Si sebagai Ketua Prodi Fisika. Bapak dan Ibu Dosen atas
bimbingannya kepada penulis selama masa perkuliahan dan penulisan skripsi beserta
Staf Pegawai Jurusan Fisika FMIPA UNIMED yang sudah membantu penulis.
v
Ucapan terimakasih yang teristimewa penulis sampaikan kepada kedua orang
tua tercinta, ayahanda Drs.Ahmad Zulian Nasution dan ibunda Sofyani yang telah
banyak memberikan doa, dukungan dan kasih sayang serta semangat baik berupa
materil maupun moril untuk keberhasilan penulis. Dan kepada Adik-adik penulis,
Dwi Kartika Zuliani Nasution dan M. Anggi Alfharabi Nasution yang telah banyak
berikan dukungan semangat.
Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada sahabat-sahabat terbaik,
yaitu : Dedek Febriana Lubis, Liani, Maulidya Dara, Rizky Julia Sartika yang telah
sama-sama berjuang dan saling memberikan semangat dari awal perkuliahan hingga
akhir penyelesaian skripsi ini. Buat teman seperjalanan stambuk 2008 Fisika Nondik
UNIMED,yaitu : Berliana Siringo-ringo, Elsa Sinaga, Agustina Panggabaean, Junita
M Sinaga, Jennyari S., Arny A.G, Jenika K.S, Henni Elika S.,Edy S.Gtg., Albarra
Harahap, Ferdinand A.K.Z., Indra J.P.Nababan, Ryanto C.S., dan Berkat Panjaitan,
kepada abang dan kakak stambuk, yaitu : Alamin Sirait, S. Si, Asmawti Purba, dan
Miranti Nasution yang telah memberikan saran dan nasehat penulis ucapkan terima
kasih atas dukungannya. Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam
menyelesaikan skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik
dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik
yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Akhir kata
penulis ucapkan banyak terimakasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Amin.
Medan,
Juli 2012
Penulis,
Unita Sukma Zuliani Nasution
NIM : 408221050
ii
KARAKTERISTIK HIDROFOBIK LAPISAN TiCl4 PADA
KACA YANG DITIMBULKAN DENGAN METODE SOL-GEL
DIP-COATING
UNITA SUKMA ZULIANI NASUTION (408221050)
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui parameter optimal untuk
penumbuhan lapisan tipis TiCl4 pada permukaan substrat
kaca dengan
menggunakan metode sol gel, mengetahui struktur kristal dan morfologi TiCl4
menggunakan uji XRD dan Uji SEM yang dilakukan di LIPI. Dan mengetahui
sudut kontak pada kaca yang dilapisi TiCl4 menggunakan busur derajat. Adapun
metode yang dilakukan menggunakan teknik celup pada permukaan kaca
menggunakan bahan TiCl4 dan Isopropil alkohol yang di aduk menggunakan
magnetik stirr selama 2 jam guna mendapatkan koloid yang sudah berbentuk gel
(Dalam hal ini sol sudah berubah menjadi gel) dengan variasi suhu pemanasan
pada sampel yaitu 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, dan 3000C. Demikian halnya
untuk uji sudut kontak dengan variasi suhu yang sama menggunakan busur
derajat. Dari hasil penelitian dengan uji XRD, didapatkan struktur sampel lapisan
tipis pada substrat kaca yang merupakan lapisan tipis TiCl4 (jenis anatase) dengan
struktur tetragonal (parameter terlampir). Hasil uji SEM pada Kaca tampak
adanya dua kontras warna, yaitu warna gray (abu-abu) dan putih. Dari hasil
analisis tersebut menggambarkan bahwa telah terbentuk lapisan tipis TiCl4 di atas
substrat kaca. Begitu juga dalam hal sudut kontak yang dilapisi dengan TiCl4
memiliki sudut kontak lebih besar dari 90 derajat, yaitu syarat sudut kontak. Suhu
yang paling rendah memberikan sudut kontak yang lebih kecil dibanding suhu
yang lebih tinggi.
Kata Kunci : TiCl4, XRD, SEM, Sudut kontak
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Alat
Halaman
23
Tabel 3.2 Bahan
24
Tabel 3.3 Perencanaan Data Untuk Analisis
28
Tabel 4.1 Analisis Puncak Kaca
36
Tabel 4.2 Fraksi Massa sampel kaca
38
Tabel 4.3 Parameter struktur sampel kaca
38
Tabel 4.4 Data hasil Analisa sudut Kontak
39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Titanium
Halaman
16
Gambar 2.2 Ilustrasi Skematik Pembasahan Permukaan
dan Sudut Kontak
20
Gambar 2.3 Scanning Electron Microscopy (SEM)
21
Gambar 2.4 X-Ray Diffraction(XRD)
22
Gambar 3.1 Skema Pelapisan (coating)
26
Gambar 3.2 Diagram Alir
29
Gambar 4.1 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 100oC 31
Gambar 4.2 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 200oC 32
Gambar 4.3 SEM Kaca Dilapisi TiCl4 dan mengalami pembakaran 300oC 33
Gambar 4.4 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 100oC
34
Gambar 4.5 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 150oC
34
Gambar 4.6 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 200oC
35
Gambar 4.7 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 250oC
35
Gambar 4.8 Profil XRD Kaca dengan suhu pembakaran 300oC
36
Gambar 4.9 Identifikasi Profil Difraksi sinar-x pada kaca
37
Gambar 4.10 Refinement Profil difraksi sinar-x pada kaca
37
Gambar 4.11 Sudut kontak tanpa dilapisi TiCl4
40
Gambar 4.12 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 100oC
40
Gambar 4.13 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 150oC
41
Gambar 4.14 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 200oC
41
Gambar 4.15 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 250oC
42
Gambar 4.16 Sudut kontak dilapisi TiCl4 dengan pembakaran 300oC
42
Gambar 4.17 Kurva Hubungan antara sudut kontak dengan suhu bakar
40
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang merupakan gabungan
dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap, yang dihasilkan dari
dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai
penyusun lainnya. Kaca sangat akrab dengan kehidupan kita sehari-hari
digunakan mulai dari barang permata, material bangunan, hingga upacara
keagamaan. Penggunaan kaca pada beberapa aplikasi memerlukan pembersihan
dari air yang lengket pada kaca tersebut, misalnya kaca mobil dan kaca rumah
yang harus dibersihkan setiap saat. Sehingga para peneliti terus mengembangkan
teknik pelapisan untuk mendapatkan kaca yang memiliki sifat anti air
(hydrofobik).
Coating atau pelapisan merupakan upaya yang dilakukan untuk
meningkatkan fungsi, performa, dan kualitas dari kaca. Coating terdiri dari
beberapa jenis, yaitu : Tints, Hard Coating, Anti Reflection Coating, dan
Hydrofobik Coating. Hidrofobik coating berfungsi sebagai lapisan anti air agar
permukaan kaca lebih mudah dibersihkan, mengurangi gesekan fluida dengan
permukaan, mencegah lembab, kotoran, minyak, serta partikel lain yang dapat
melekat pada permukaan, sehingga terlihat selalu bersih. Dengan memperhatikan
efek ini, permukaan
dapat
dimodifikasi
untuk dikembangkan
menjadi
superhidrofobik coating maka kaca akan memiliki sifat membersihkan sendiri
(self cleaning) ketika kaca terkena air.
Dibandingkan dengan pemrosesan dengan cara konvensional, metode solgel selain mudah dan sederhana mempunyai banyak keunggulan, terutama semua
sifat-sifat (kimia, komposisi, dan sebagainya) yang terdapat pada awal proses
akan tetap terjaga sampai dengan akhir proses. Pada metode sol-gel sesuai dengan
namanya larutan mengalami perubahan fase, menjadi sol dan kemudian menjadi
gel. Sol TiCl4 diperoleh dengan mencampurkan TiCl4 dengan isopopil alkohol
(C3H70H).
Berdasarkan penelitian sebelumnya Pelapisan Hidrofobik pada Kaca
dengan Metode Sol-Gel Berbasis Water Glass digunakan SiO2 yang berbasis silica
gel sebagai pelapis permukaan kaca. Didapatlah hasil bahwa semakin tinggi
temperatur dan lama pencelupan semakin besar sudut kontak yang dihasilkan.
(Ambarwati dan Vicky, 2010)
Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
simbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat,
berkilau, tahan korosi(termasuk tahan terhadap air laut dan klorin dengan warna
putih-metalik-keperakan. Keberadaan logam titanium tidak pernah sendiri, artinya
selalu berikatan dengan mineral lainnya, seperti rutile, ilmenite, leucoxene,
anatase, bronkite, perovskite, dan sphene yang ditemukan dalam titanat. Titanium
Oksida digunakan dalam pigmen, penggunaan pigmen TiO2 didominasi untuk
aplikasi cat dan pelapis.
Karakteristik Hidrofobik Lapisan TiO2 pada Kaca yang Ditimbulkan
dengan Metode Sol-Gel didapat hasil bahwa dengan memvariasikan suhu
pembakaran maka akan mempengaruhi mikrostruktur dari lapisan tipis TiO2 pada
kaca sehingga disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur pemanasan semakin
tinggi sudut kontak yang dihasilkan maka tingkat transparansi juga tinggi.(Purba,
2011)
Namun, penggunaan TiO2 berbentuk powder yang berwarna putih pada
pelapisan harus menggunakan resin untuk melekatkan TiO2 pada substrat dan
menghasilkan permukaan kaca yang buram. Berdasarkan uraian di atas maka
penulis tertarik untuk melanjutkan penelitian ini yang berjudul, “Karakteristik
Hidrofobik Lapisan TiCl4 Pada Kaca yang Ditimbulkan Dengan Metode SolGel” dan difokuskan untuk mendapatkan tingkat transparansi yang lebih baik,
yaitu dengan menggunakan TiCl4 berwarna bening berbentuk cairan yang
diperoleh melalui proses klorida yang melibatkan reduksi bijih titanium oksida.
Dengan memvariasikan suhu pembakaran 1000C, 1500C, 2000C, 2500C, 3000C
untuk mendapatkan parameter optimal pelapisan substrat.
1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diberikan oleh peneliti dari penelitian ini adalah :
a. Bagaimana pelapisan TiCl4 pada substrat kaca dengan metode sol-gel?
b. Bagaimana transparansi yang dihasilkan dari pengaruh variasi suhu
pembakaran pada substrat kaca yang dilapisi TiCl4?
c. Berapakah parameter optimal (suhu pembakara terbaik) hidrofobk lapisan
TiCl4 pada kaca yang ditimbulkan dengan metode sol-gel dipcoating(pelapisan celup)?
1.3.
Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Untuk mengetahui pelapisan TiCl4 pada substrat kaca dengan metode
sol-gel
b. Untuk mengetahui transparansi yang dihasilkan dari pengaruh variasi
suhu pembakaran pada substrat kaca yang dilapisi TiCl4 ?
c. Untuk mengetahui
parameter optimal (suhu pembakaran terbaik)
hidrofobik lapisan TiCl4 pada kaca yang ditimbulkan dengan metode
sol-gel dip-coating(pelapisan celup)?
1.4.
Manfaat
Penelitian ini bermanfaat untuk mendapatkan transparansi tinggi pada
teknik pelapisan kaca yang baik dan kaca yang memiliki daya adhesi kuat, air
yang bersifat superhidrofobik, dan kaca yang ramah terhadap lingkungan serta
dapat memperpanjang usia kaca terutama yang terkena sinar matahari langsung.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil refinement (pemurnian) dari pola difraksi sinar-x sampel
menunjukkan bahwa sampel kaca memiliki kandungan fasa Anatase
(TiCl4) dengan struktur tetragonal
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 TiCl4 di atas substrat kaca.
3. Dari hasil pengujian sudut kontak, terlihat butiran air yang ditetesi ke
substrat kaca yang terbentuk masih belum sempurna, hal ini dikarenakan
lapisan yang terbentuk masih memiliki retakan-retakan yang diakibatkan
oleh proses pendinginan.
4. Tempat penyimpanan yang baik akan menghasilkan lapisan yang baik
pada sampel.
5. Semakin tinggi suhu yang digunakan pada pembakaran maka lapisan yang
terbentuk akan semakin baik.
6. Jarak yang terlalu jauh antara sampel uji dan alat uji dapat mengakibatkan
kerusakan bahan.
5.2 SARAN
Untuk penelitian selanjutnya pada penelitian ini, diharapkan
1. Peneliti memperhatikan proses pendinginan
2. Peneliti memperhatikan tempat dan suhu penyimpanan sampel uji
3. Memperdekat jarak antara sampel uji dengan alat uji
DAFTAR PUSTAKA
Aya, (2010), Formulasi Coating,
http://materialsciences.blogspot.com/2010/07/formulasi_coating.html.
Ambarwati,(2006), Pelapisan Hidrofobik pada Kaca dengan Metode Sol-Gel
Berbasis Water Glas, Skripsi, Institut Teknologi Sepuluh November,
Surabaya.
Anonim, (2011), Titanium Tetraclorid msds.
http://scienlab.com/msds.php?msdsld=9925270.
Asmawati, (2011), Karakteristik Hidrofobik lapisan TiO2 pada Kaca yang
Ditimbulkan dengan Metode Sol-Gel, Skripsi, FMIPA, Unimed, Medan.
Brinker, J.C., George W. S., (1990), Sol-Gel Sciences : The Physic
and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press Inc, New York.
Hakim, A. N.,(1998), Pembentukan Lapisan Tipis TiO2 dengan Metoda Sol-Gel
Berbantuan Ion Bombargment, Tesis, FT, UI, Jakarta.
Holmberg, K. dan Matthews, A. ,(2010), Coating Tribology- Properties,
Mechanisms, Techniques, and Aplications in surface Engineering Second
Edition, The University of Sheffield, UK.
Hamid, M.A, (2003), Preparation of Titanium Dioxide (TiO2) by SolGel Dip Coating Method, Malaysian Journal of Chemistry, 5 : 086-091.
Keenan, dkk., (1980), Kimia Untuk Universitas Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Syafriyudin, (2009), Pengujian Kandungan ESDD dan Sifat
Hidrofobik Bahan Isolasi Resin Epoksi Dengan Bahan Pengisi Sekam Padi,
Jurnal Teknologi, 2 : 143:149.
Wilkinson, G. dan Cotton, A. (1989). Kimia Dasar Anorganik. Universitas
Indonesia.