Pencangkokan Monomer Stiren pada Film ETFE dengan Teknik lradiasi Awal untuk Bahan Membran SelBahan Bakar (Yohan)

PENCANGKOKAN MONOMER STIREN PADA FILM ETFEDENGAN TEKNIK IRADIASI AWAL UNTUK BAHAN

MEMBRANSELBAHANBAKAR

Yohan, Rifaid M. Nur, Lilik Hendrajaya dan Edi. S. SiradjDepartemen Teknik Metalurgi dan Material FT - VI

Kampus Baru VI, Depok

ABSTRAK

PENCANGKOKAN MONOMERsnRENAPADAFILM ETFEDENGANTEKNIKIRADIASIAWALUNTUK

BAHAN MEMBRAN SEL BAHAN BAKAR. Telah dilakukan pencangkokan monomer stirena pad a film ETFEdengan teknik iradiasi awal untuk membran sel bahan bakar. Penelitian dilakukan dengan cara meradiasi film ETfEdengan sinar-y pada variasi dosis total dan variasi laju dosis radiasi. Kemudian kopolimer teriradiasi dicangkokmenggunakan monomer stirena dalam berbagai pelarut etanol, 2-propanol, dan toluena dengan variasi konsentrasi20 %(v/v), 30 %(v/v), 40 %(v/v), 50 %(v/v), dan 60 %(v/v), suhu pencangkokan 50°C, 70 °C, 90°C, dan waktupencangkokan 2jam, 4jam, 6jam, 8jam, 10jam, dan 12jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persen pencangkokanmeningkat dengan meningkatnya dosis total radiasi dan menurunnya laju dosis radiasi serta kondisi optimumpercobaan pada dosis total I0 kGy, laju dosis 1,9 kGy/jam, pelarut 2-propanol, stirena 40 %(v/v), waktu pencangkokan4 jam, dan suhu pencangkokan 70°C.

Kala kunci: Pencangkokan iradiasi awal, sel bahan bakar, membran ETFE

ABSTRACT

PRE-IRRADIATION GRAFTING STYRENE MONOMER ON ETFE FILM FOR MEMBRANE OF

FUEL CELL. Pre-irradiation Grafting styrene monomer on ETFE film for Membrane of fuel cell has been prepared.Research has been performed by y-ray radiation at various total dose and dose rate. Irradiated copolymer is thengrafted by styrene monomer in various solvent: ethanol, 2-propanol, and toluene, various concentration: 20,30,40,50,60, and 70% (v/v), various temperature: 50, 70, and 90OC,and various grafting time: 2, 4, 6,8, 10, and 12 hours,and. The results showed that degree of grafting is increase with increase of total dose and decrease of rate dose.The optimum experiment coflditions are obtained at total dose 10 kGy, dose rate 1,9 kGy/hour, 2-propanol solvent,40% (v/v) styrene, 4 hours grafting time, and 70°C grafting temperature.

Ke,.r words: Grafted pre-irradiation, fuel cell, ETFE membrane-PENDAHULUAN·

Sel bahan bakar (fUelcell) adalah salah satusumber energi listrikyang ramah lingkungan.AlatinibekeIja dengan cara mereaksikan hidrogen dan

oksigen untuk ~enghasilkan listrik dengan hasilsamping air dan panas. Teknologi sel bahan bakaryang sekarang tengah diupayakan adalahpembuatan sel bahan bflkar secara langsung,artinya bahan bakar hidiokarbon bisa langsungdigunakan tanpa harus melalui suatureformer.Halini dapat dilakukan dengan membuat mediame!!lbran penukar proton [1].

Membran yang dimaksud menjadikomponen yang sangat penting dalam polymerElectrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC).

Hal terse but dimungkinkan karena perannyakomponen ini dalam memisahkan reaktan danmenjadi sarana transportasi ion hidrogen yangdihasilkan oleh reaksi anoda menuju katodasehingga reaksi katoda yang menghasilkan energilistrik dapat terjadi. 8aat ini membran yangdigunakan terbuat dari fluoro-polimer, yaitupolitetrajluoroetilena (FTFE), dengan rantaicabang mengandung gugus asam sulfona'tdandikenal dengan nama dagangnafion.Kemampuan nafion untuk memisahkan reaktandan penghantar proton sudah terbukti sangatefisien. Namun, untukmengembangkanPEMFClebih lanjut,penggunaan terhachp bahan ini secara

185

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

tekno ekonomi menjadi kendala karena sangatmahal da.Tlsecara teknis bahan ini masih kurangbaik dalam hal me nahan gas dan belum dapat

meneegah methanol cross-over secara baik. Oleh

karena itu, perlu dilakukan penelitian yangmendasar dan sistematik guna mendapatkan

membran alternatif yang di satu sisi mempunyai

efisiensi pemisahan yang tinggi dan di sisi lain sangatekonomis.

Peneangkokan seeara radiasi adalah salahsatu metode untuk memodifikasi bahan-bahan

polimer. Metode ini telah banyak digunakanmisalnya untuk menyiapkan membran selektif dan

absorben, memodifikasi fiber polietilena densitastinggi, mendayagunakan polimer-polimer dapat

urai, dan memeriksa proses pembuatan membran

penukar ion [2]. Pada teknik ini radiasi diperlukansebagai suatu penginisiasi terjadinya proses

polimerisasi. Hal ini bisa dilakukan denganmenggunakan sinar-y. Peneangkokan dilakukan

setelah polimer diiradiasi (pencangkokan iradiasi

awal) [3]. Agarterjadi reaksi kimiaantara bagian .

aktif polimer dan monomer maka pencangkokanmetode iradiasi dilakukan dalam suasana vakum

[4] ataujenuhgas nitrogen [2].

Pada penelitian ini dikembangkan teknik

pencangkokan secara radiasi awal menggunakan

kopolimer polietilena tetrafluoroetilena (ETFE)atau Afton dan monomer stiren dengan pelarut

2-propanol. Membran yang diharapkan padapenelitian ini adalah membran yang mempunyaisifat-sifat mekanik polimer yang mempunyaikekuatan mendekati sifat-sifat mekanik material

asal. Oleh karena itu, pada penelitian ini akandieari dosis total dan laju dosis dosis yang

diharapkan. Di samping itu, penguranganmethanol cross-over dapat dieapai bila persen

peneangkokan membran yang dihasilkan lebihbesar dari 30% [2]. Pada penelitian ini dieoba

untuk mendapatkan persen peneangkokansekitar 40%.

METODEPERCOBAAN

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan untuk proses

peneangkokan seeara radiasi adalah gelaseuplikan dan alat vakum gelas yang didisain secara

186

ISSN 1410-8720

khusus (Gambar 1), pompa vakum, vacuumcontroller, penangas air, tabung gas nitrogen danflowmetemya, oven, ne!aea analitik, seperangkatperalatan refluks, dan iradiator panoramaserbaguna-BATAN dengan aktivitas 13,9 kCi

pada 15 Februari 2005.

~ N2I Ar gas

Monomer

Polimer/

Kopolimer

/

Gambar I. Gelas cuplikan dan alat vakum gas

Bahan yang dipakai adalah ETFE dengan

ketebal!1l1 50 !lm buatan Chukoh Jepang, stiren,

2-propanol, etanol, toluena, khloroform

masing-masing buatan Merck, dan gas N2 dengankemumian tinggi. ~

Pembuatan Membran

Sebelum diiradiasi, euplikan film ETFEberukuran 5 em x 6 em diekstraksi 12jam dengan

etanol lalu dikeringkan dalam oven hingga

diperoleh berat konstan. Cuplikan divakumkankemudian dialiri dengan gas nitrogen. Selanjutnya

euplikan diiradiasi dengan laju dosis 1,9 kGy/jamdan dosis total dari 2,5 kGy sampai 12,5 kGy.

Setelah itu euplikan yang telah diiradiasidivakumkan kembali dan ditambahkan larutan

stiren yang telah dialiri gas nitrogen kemudian

dieangkok pada suhu 70°C selama 4 jam.Pereobaan diulangi untuk laju dosis 1,6 kGy/jam

dan 1,3 kGy/jam. Hasil optimasi dari pereobaanvariasi dosis total dan variasi laju dosis digunakan

untuk mengulangi percobaan dengan variasi jenis

dan konsentrasi pelarut, kemudian variasi suhu danwaktu pencangkokan.

Pencangkokan Monomer Stiren pada Film ETFE dengan Teknik lradiasi Awal untuk Bahan Membran SelBahan Bakar (Yolzail)

HASIL DAN PEMBAHASAN

di mana m adalah massa film mula-mula dan ma c

adalah massa film tercangkok.

Karakterisasi Membran

Gugus fungsi film tercangkok diuji denganFTIR-410 buatan JASCO dan topografipermukaannya diuji dengan SEM JSM-840Abuatan JEO L.

Cuplikan tercangkok stiren diekstraksidengan kloroform dan selanjutnya dikeringkanhingga diperoleh berat konstan. Persenpencangkokan (PP) dihitung denganmenggunakan persamaan di bawah ini.

grafting) dan pencangkokan dengan monomersetelah film diiradiasi (pre-irradiation grafting).Dalam penelitian ini dipilih teknik kedua. Teknikini sangatbaikdigunakan untuk polimer semacamETFE yang merupakan material semikristalinkarena radikal bebas yang dihasilkan dari prosesiradiasimempunyaiumur yangrelatifpanjang danhomopolimer yang terbentuk dapat dicegahseminimal mungkin, sehingga dapat disiapkankopolimer tercangkok yang relatif murni [5].

Disamping itu, pemilihan teknikpencangkokan pada penelitian ini dititikberatkankepada proses pencangkoka"1yang diinisiasi olehradikal terjebak. Dalam hal ini digunakanperalatan vakum dan gas nitrogen dengankemumian tinggi untuk menjaga umur radikalbebas yang terjebak setelah iradiasi dan untukmenghindari terjadinyarekombinasi dengan udarabebas [4].

Mekanisme reaksi rantai pembentukanpolimer dalam proses kopolimerisasi meliputitahap-tahap inisiasi, propagasi, dan terminasi [6].Kekhasan reaksi polimerisasi adalah pada tahapinisiasi. Pada pencangkokan secara radiasi,inisiasinya adalah radikal yang dihasilkan dariproses iradiasi polimer. Radikal polimer yangterbentuk pada tahap propagasi akan bereaksidengan suatu matrik melalui tiga cara, yaitu: a)perpindahan radikal ke suatu monomer. Pada caraini rantai polimer yang masih aktif akanmemindahkan radikal bebasnya ke monomer dankemudian polimer itu tidak aktiflagi. Selanjutnyamonomer yang aktif akan melakakukan reaksihomopolimerisasi. b) perpindahan radikal kespesies lain. Peristiwa ini memberi efek tidaklangsung pada reaksi. c) perpindahan radikal kepelarut.Peristiwainiakan sangatmenentukanbasilreaksi. Pemilihan pelarut yang baik akanmemberikan hasil pencangkokan yang baik pula.Selanjutnya pada tahap terminasi aktivitaspertumbuhan polimer akan terhenti melaluidua mekanisme terminasi, yaitu adisi duapolimer yang tumbuh menjadi satu polimerdan disproporsionasi sebuah atom darisalah satu radikal ke radikal lain, kemudianmembentuk sam molekul jenuh dan satu molekultidakjenuh.

................ (1)pp = me - ma xIOO%ma

r-H H F F-)I I I I I-t-C --C-C-C +

I i I I I II H H F F !- ---'nI

Gambar 2. Struktur kopolimer ETFE

Kopolimer polietilen tetrafluoroetilena(ETFE) adalah salah satu polimer yang tergolongdalam kelompok material yang mengandung fluoratau yang sering disebut sebagai kelompokfluoro-polimer. Struktur material ini terlihatpada Gambar 2. Seperti halnya jenis-jenisfluoropolimer lainnya, ETFE mempunyaikestabilan dan konduktivitas yang sangat baik.Pada penelitian ini, ETFE yang digunakanmempunyai ketebalan 50 /lm dan perscnkristalinitas sebesar 15% [2]. Karena masih studiawal,maka makalah inihanyaakanmendiskusikanfaktor-faktor yang mempengaruhi proseskopolimerisasi pencangkokan iradiasi awal, yaitudosis total dan laju dosis radiasi, jenis dankonsentrasi pelarut, serta suhu dan waktupencangkokan.

Teknik pencangkokan dengan radiasisebagai penginduksi bagian aktif matriks filmpolimer/kopolimer dapat dilakukan dengan duaearn,yaitu pencangkokan film dengan monomer

secara bersamaan clan langsung (simultaneous

187

Pros;d;ng S;mpos;um Nas;onal Po/imer V

tHHFFJ.

I I I Ic-c-c-cI I I IH H F F

n tHHFFJ.

I I I Ic-c-c-c + H·I • I IH F F

n(2)

ISSN 14/0-8720

tHHFFJ.

I I I Ic-c-c-cI I I IH H F F

n

{HHFF}

I I I Ic-c-c-cI _ I IH F F

n

sinar- r~N2 tHHFFJ.

I I I Ic-c-c-c + F·I I • IH H F

n

{HHFF}

I I I I9-9-«-9HMeFF

n

(3)

(4)

{HHFF}

I I I Ic-c-c-c +I I _ IH H F

n {HHFF}

I I I I9-9-«-9HHM-F

n

(5)

{HHFF}

I I I IC-C-C-CI I I IH M- F F

n

+ nM ~

{HHFF}

I I I Ic-c-c-cI I. T IH M•.•F F

n(6)

{HHFF}

I I I IC-C-C-C +I I I IH H M-F

n iHHFF}I I I I

nM ~ 9-9-«-9H H M:.F n

(7)

H H F F :C C C c·

H M· F F 'n

I ~ ~ ~ ~ i

-LC -c -c-c 1-I I I : ,(HHM·F-- - n

H H F F I' I

-·C c-c-c--, , I I

, H M:,F F J- n

I H H F Ft.

I t I I

+c-c-c-cI I I Ii H H M.:.F- - n

Gambar 3. Skema reaksi I

KOPOLIMERCANGKOK

+ (8)KOPOLIMER

lKATAN SILANG

Berbeda dengan jenis-jenis polimer lainnya,

pencangkokan kelompok fluoro polimer hanyabisa dilakukan dengan cara meradiasi filmnya.

Radiasi sinar-y yang dipancarkan ke film ETFEakan menyerang semua ikatan yang ada.

Berdasarkan hal-hal tersebut di atas dan

dengan memperhatikan harga-harga energi ikatan

antar atom (D) di mana DCF_F> DCH_H > DC.F>

Dc_H' maka mekanisme reaksi polimerisasikopolimer ETFE oleh monomer stiren dan

pelarut 2-propanol yal}g terjadi diperkirakan

seperti skema reaksi l'pada Gambar 3.

Pengaruh Dosis Total dan Laju Dosis Radiasi

Pengaruh dosis total dan laju dosis

radiasi terhadap persen pencangkokan film ETFE(ETFE-g-S) ditunjukkan pada Gambar 4. Terlihat

bahwa ternyata pada semua laju dosis persen

188

pencangkokan ETFE-g-S semakin meningkat

dengan semakin besarnya dosis total radiasi yangdiberikan. Hal ini dimungkinkan mengingat dengan

semakin besarnya dosis radiasi maka jumlahradikal bebas yang akan terbentuk menjadi

semakin banyak. Akibatnya reaksi kopolimerisasi

dengan monomer menjadi semakin tinggi. Padadosis total 2,5 kGy hingga 10 kGy peningkatan

persen pencangkokannya proporsionaI. Namun

setelah 10 kGy peningkatan persen

pencangkokannya tidak lagi proporsional. Pada

laju dosis 1,3 kGy/jam dan 1,6 kGy/jam kenaikan

persen pencangkokan lebih rendah dibandingkankenaikan persen pencangkokan pada dosis-dosis

total yang lebih rendah. Hal ini diperkirakan karenaada sebagian ikatan rantai polimer yang

terdegradasi [5] oleh sinar-y sehingga mengurangi

jumlah radikal bebas yang terbentuk. Namun,

Pencangkokan Monomer Stiren pada Film ETFE dengan Teknik [radiasi Awal unt~k Baltan Membran SelBaltan Bakar (Yoltan) '.

pada laju dosis 1,9 kGy/jam pcningkatan persenpencangkokannya jauh lebih besar dibandingkan

kenaikan persen pencangkokan pada dosis-dosis

total yang lebih kecil. Hal ini bisa teIjadi karena

pada laju yang lebih besar maka tekanan sinar-yterhadap rantai ikatan film relatif lebih ringan.

Berdasarkan laju dosisnya, terlihat pula pada

Gambar 3 bahwa untukjumlah dosis total radiasiyang sarna, maka semakin kecillaju dosis yang

digunakan akan menghasilkan persenpencangkokan yang semakin besar. Hasil yangdiperoleh menunjukkan bahwa pada berbagai

laju dosis yang digunakan pada penelitian ini,

persen pencangkokan tertinggi dicapai oleh lajudosis 1,3 kGy/jam, diikuti dengan laju dosis

1,6 kGy/jam, dan akhimya 1,9 kGy/jam. Hal ini

dimungkinkan karena pada laju dosis yang kecilmaka lebih banyak waktu yang digunakan

sinar-y untuk membuka rantai ikatan, akibatnya

jumlah radikal be bas yang terbentuk akan!ebih banyak.

Pada polimer sernikristalin semacam ElFE, dosis

total yang tinggi akan menyebabkan peningkatankristalinitas. Peningkatan kristalinitas akan

menurunkan kecepatan difusi monomer pada film

polimer. Dengan demikian, dosis yang terlalu tinggi

akan menurunkan efisiensi radikal pada reaksipencangkokan. Dengan memperhitungkan aspek

ekonomi, waktu dan kemungkinan buruk yang

dapat terjadi bila dosis total terlalu tinggimaka untuk keperluan preparasi bahan membranETFE-g-S selanjutnya akan dipakai dosis total10 kGy dan laju dosis 1,9 kGy/jam.

Pengaruh Waktu Pencangkokan

Pengaruh waktu pencangkokan terhadap

persen pencangkokan ETFE-g-S diperlihatkanpada Gambar 5. Keleluasaan radikal be bas

untuk bereaksi dengan monomer dan difusi

monomer ke film polimer ElFE sangat dipengaruhioleh waktu.

~l60

Waktu Pencangkokan [Jamj

125

~.!.100""L

c:'" 75.>< 0""0>c:.• 50u c:"Q.c:~

25

" Q.00

_R=1.9kGy/pm_ R:1.6 kGy/J"lm

___ R=1 ,3 kGyf,-m

2,5 5 7,5 10 12,5 15

75 -- To500C___ To700C-.- To9QoC

; 45~'"~ 30

~c: 15.C.Q.

o

o 4 6 8 10 12 14

Oosis Total Radlas; [kGy]

Gombar 4. Pengaruh dosis total radiasi terhadappersen pencangkokan ETFE-g-S (kondisipercobaan: monomer stiren 40%(v/v), pelarut2-propanol, waktu pencangkokan 4 jam dan suhupencangkokan 70°C).

BiJa dosis total dinaikkan hingga melampaui

dosis total 12,5 kGy diperkirakan derajat

pencangkokannya pun akan semakin meningkat.

Namun kenaikan dosis total di atas 12,5 kGy padapenelitian ini sudah tidak diperlukan lagi mengingat

target pencapaian derajat pencangkokan sebesar40% telah terlampaui. Terlebih peningkatan dosis

total radiasi dapat menurunkan kekuatan tarik [7].Pencangkokan akan mencapai batas tertentu

pada dosis yang lebih tinggi karena adanya

rekombinasi antara radikal-radikal bebasnya [8].

Gombar 5. Pengaruh waktu pencangkokanterhadap persen pencangkokan ETFE-g-S(kondisi percobaan: monomer stirena40% (v/v), pelarut 2-propanol, dosis Total 10kGy, Laju dosis 1,9 kGy/jam).

Terlihat pada Gambar 5 bahwa pad a

berbagai suhu pencangkokan, maka persen

pencangkokan meningkat d~ngan semakinbertambahnya waktu p~ncangkokan. Pada

waktu 4 jam pertama, terjadi kenaikan lajukopolimerisasi cangkok pada masing-masing suhu

yangjauh lebih besar dibandingkan pada jam-jam

berikutnya. Hal ini disebabkan radikal bebas masihlebih banyak dan lebih leluasa untuk bereaksidengan monomer. Kecepatan reaksi propagasi

padajam-jam ini sangat tinggi, semen tara laju

pembentukan homopolimer masih kecil. Namun

189

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

pada jam-jam berikutnya terlihat persen

pencangkokan tidak sebesar pertambahansebelumnya. Hal ini dapat dimengerti mengingatjumlah radikal be bas yang semakin mengecilberakibat pada menurunnya laju propagasi.

Pengaruh Suhu Pencangkokan

Aspek lain yang berkaitan erat dengankinetika proses pencangkokan adalah suhu

pencangkokan. Pada penelitian ini dipelajari

variasi suhu pencangkokan pada 50°C, 70 DC,

dan 90°C. Sebagaimana terlihat pada Gambar 4persen pencangkokan meningkat dari suhu 50°C

hingga 70°C namun menurun drastis padasuhu 90°C.

Suhu pencangkokan memberikan pengaruh

secara bersamaan terhadap kelarutan dan daya

fungsi, kecepatan atau laju propagasi, dankecepatan terminasi rantai yang merupakan

kontrol pada proses difusi monomer. Hal itumenunjukkan bahwa laju pencangkokan dapat

meningkat at au menurun tergantung pada duapa!'aIlleter pertama. Sementara parameter ketiga

menjadi tahap mengontrollaju at au kecepatan

pencangkokan. Oengan demikian, semakin tinggi

suhu, kec~patan terminasi rantaijuga semakinmeningkat [5].

Kenaikan persen pencangkokan dari 50°C

ke 70°C disebabkan pada suhu yang tinggi

(akibat pemanasan), radikal bebas polimer akanbergerak lebih cepat sehingga reaksi rekombinasi

antara radikal akan lebih cepat pula. Oi sampingitu, antara radikal polimer dan monomer terjadi

reaksi aditif yang membentuk kopolimer cangkok

yang cepat pula. Oi antara peristiwa itu akan terjadi

kompetisi.Penurunan persen pencangkokan

pada suhu 90°C dimungkinkan mengingatpada suhu 90°C terjadi rantai-rantai cabang

polimer secara cepat pada tahap propagasi,

tetapi kemudian cabang-cabang itu terjebakdalam medium viskos karena proses terminasi

yang terlalu cepat juga. Bila terjadi difusiudara pada suhu 90°C maka terjadi

gugus-gugus hidroperoksil yang meningkatkan

homopolimerisasi dan pada suhu ini bagian-bagian

polimer yang bersifat kristalin meleleh dalammedium reaksi.

190

ISSN 1410-8720

Fengaruh Jenis dan Konsentrasi Pelarut

Oifusi monomer ke dalam bagian aktiffilm

polimer membutuhkan media pembawa, yaitupelarut. Oleh karena itu, mobilitas media pelarut

dalam membantu proses difusi merupakan salahsatu faktor yang sangat penting. Gambar 6

memperlihatkan pengaruh jenis dan konsentrasipelarut terhadap persen pencangkokan. Terlihat

bahwa pada setiap konsentrasi monomer temyatapelarut etanol memberikan persen pencangkokan

yang lebih tinggi dibandingkan pc1arut lainnya.

Setelah itu pelarut 2-propanol, dan terakhir pelaruttoluena. Berarti kemampuan etanol dalam

membawa stirena ke bagian aktif film ETFE jauhlebih tinggi dibandingkan dua pelarut lainnya. Halini dimungkinkan bila memperhatikan berat

molekul dari masing-masing pelarut. Semakinringan suatu material maka pergerakan material

tersebut akan semakin cepat pula. Oibandingkan

dengan 2-propanol (Mr=60) dan toluena(M =92), maka etanol (M =46) mempunyair r

mobilitas yang lebih tinggi kemudian disusul

dengan 2-propanol.

100

90

80i 70 i- I

I ~ 60ir 50~ 40.•

~ 30•• 20

10

01

o 10 2C 30 40 50 60 70 80 90 100

K.)n.ent,ul Stirena ~%(vfvl1

Gambar 6. Pengaruh jenis dan konsentrasipelarut terhadap persen pencangkokanETFE-g-S (kondisi percobaan: dosis total 10kGy,Laju Oosis 1,9 kGy/jam, waktu dan suhupencangkokan masing-masing 4 jam dan 70°C).

Terlihat pula pada Gambar 6 bahwa dengansemakin besar konsentrasi stirena yang digunakan

akan menghasilkan persen pencangkokan yangsemakin besar pula. Hal ini disebabkan

meningkatnya difusi stirena ke dalam bagian aktif

film ETFE dengan meningkatnya konsentrasi

Pencangkokan Monomer Stiren pada Film ETFE dengan Teknik Irf!diasi Awal untuk Bahan Membran SelBahan Bakar (Yohan)

stiren. Meskipun demikian konsentrasi monomer

yang tinggi dapat berakibat pada meningkatnyahomopolimer dalarn larutan karena reaksi antar

molekul monomer yang menghasilkan

homopolimer eenderung meningkat. Pada

penelitian ini dipilih pelarut 2-propanol dan

konsentrasi 40 %(v/v). Hal ini didasarkan pada

peneapaian target persen peneangkokan yangtelah dieapai olehjenis dan konsentrasi pelarutini, disarnping pada studi awal terhadap sifat -sifatmekanik ternyata pemakaian pelarut ini

memberikan sifat-sifat mekanik yang lebih baik

dibanding kedua pelarut lainnya

Topografi Permukaan

Perbedaan topografi permukaan antara

film ETFE mula-mula dan film tereangkok

(ETFE-g-S) diperlihatkan pada Gambar 7.

Terlihat bahwa film ETFE-IJ-S mempunyaipermukaan yang lebih kasar dibanding film ETFEmula-mula. Hal ini membuktikan bahwa prosespeneangkokan telah berlangsung dengan baik.

Spektrum Sera pan Sinar InframerahFilm ETFE

Spektrum serapan infTan1erah film ETFEsebelum dan sesudah pencangkokan diperlihatkanpada Gambar 7. Terlihat bahwa pada semua

spektrum film ETFE-g-S mempunyai posisiserapan yang sarna. Hal ini menunjukkan bahwa

variasi laju dan variasi lainnya pad a prosespencangkokan akan tetapmemberikan Spektrum

infra merah yang sarna. Juga terlihat bahwa prosespeneangkokan tidak mengubah pancak serapandi daerahflnger print film mula-mula. Hal ini

menunjukkan bahwa proses peneangkokan tidak

sampai mengubah struktur asli dari film ETFE.ETFE mula-mula memiliki sidikit serapan

dengan puneak yang kuat. Pita serapan yang kuatterlihat pada 2939 em-I dan 1675 em-I yang

merupakan vibrasi ulur gugus metilen -CH2-.

Selain itu terlihat pula pita serapan vibrasi tekuk

-CH2 - pada bilangan gelom bang 1475 em-I, pita

serapan yang sangat kuat dari gugus fungsi -CF 2­pada bilangan gelombang 1000 em-I hingga

1300 em-I dan pita-pita serapan pada daerahfinger print. Pita-pita serapan ini muneul kembali

pada film ETFE-g-S. Karena tercangkok stirena

(I) film ETFE sebelum dicangkok

(2) film ETFE-g-S

Gambar 7. Topografi permukaan SEM pada:

(I) film ETFE mula-mula dan 2) film

ETFE-g-S (dosis total 10 kGy, laju dosis

1,9 kGy/jam, stiren 40 %, waktu pencangkokan

4 jam dan suhu pencangkokan 70°C)

maka pada film ETFE-g-S muneul pita-pita

serapan tambahan dari gugus-gugus fungsisenyawa stiren, seperti pita serapan vibrasi

tekuk =C=C= pada bilangan gelombang2400 em-I dan 1675 em-I.

KESIMPULAN

Berdasarkan peneangkokan monomer

stirena pada film ETFE dengan teknikiradiasi awal untuk bahan membran sel bahan

bakar yang telah dilakukan, dapat disimpulkanbahwa:

1. Persen pencangkokan meningkat dengan

meningkatnya dosis total, waktupeneangkokan dan berkurangnya laju dosis

radiasi yang diberikan.2. Kondisi optimum peneangkokan film ETFE

dengan monomer stirena adalah pada dosis

total 10 kGy, laju dosis 1,9 kGy/jarn, pelarut

191

Prosiding Simposium Nasional Po/imer V

2-propanol, konsentrasi stirena 40 %(v/v),waktu pencangkokan 4 jam, dan suhupencangkokan 70°C.

3. Monomer stirenatelah tergrajiing dengan baikpada permukaan film ETFE.

4. StrukturfilmETFE yang tercangkok monomerstiren dengan teknik iradiasi awal tidakmengalami perubahan.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepadaKementerian Negara Riset dan Teknologi untukbeasiswa S-3 sehinggapenelitian ini bisa berjalandengan baik. Juga kepada Dr. Yanti S. Subiantodan Marga Utanla,APU atas saran dan kritisiyangmembangun, serta Dr. Agung Basuki, NusinSamosir, B.Sc., dan Maskur, SST. Atas bantuan

pengukuran dengan alat SEM dan FTIR.

DAFfAR PUSTAKA

[1]. WILLIAM, M. c., Fuel cell Handbook,Fifth Edition, US Department of Energy,Morgantown, West Virginia, (2000) 352

[2]. WALSBY, N., F. SUNDHOLM, T.KALLIO, G. SUNDHOLM.,J Polym SciParI A: Polym Chem, (3008) 39

[3]. CHARLESBY,A., Alomic Radiation andPolymers. Pergamon Press, London,(1960) 556

[4]. SUBIANTO, YS., K. MAKUUCHI, I.ISHIGAKI., Die Angewandte Makromolkulare Chemie, 152, 159-168

[5]. CHAPIRO, A., Radiation Chemistry ofPolymer. Interscience Publishers. London.(1962) 712

[6]. NASEF, M.M., E.A. HEGAZY.,PreparationandApplication ofIon ExchangeMembranes by Radiation-Induced GraftCopolimerization of Polar Monomers ontonon-Polar Films, Progress in PolymerScience., 29 (2004) 499-561

[7]. UTAMA, M., Penempelan CampuranMonomer Akrilonitril Stirena pada RayonIradiasi, Majalah BA TAN xvn (2) (1986)1-16

[8]. HEGAZY, A., N.H. TAHER, A. RABIE,M.A. DESSAUKI, 1. OKAMOTO., Study

192

ISSN 1410-8720

on Radiation Grafting on Fluorine­Containing Polymer II, Properties ofMembrane Obtained by PreirradiationGrafting onto Poly(tetrafluoroethylene).Journal of Applied Polymer Science, 26,John Wiley&Sons.Inc. (1981) 3872-3883

..•