differential thermal analysis

Upload: vicky-indrafusa

Post on 14-Jul-2015

678 views

Category:

Documents


9 download

TRANSCRIPT

ANALISA TERMAL DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS UAS KARAKTERISASI MATERIAL Sigma Rizky (0806315982) Rudiyansyah (0806331973) Vicky Indrafusa (0806455906) Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia I.Latar Belakang Analisa Termal Analisistermalmerupakankelompokteknikkarakterisasimaterialberdasarkan perubahansifatfisikataukimiamaterialakibatperubahantemperaturdenganvariabel waktu.Analisistermaldigunakanuntukmendapatkansifattermodinamismaterial sehinggadapatdiketahuisifatmaterialdibawahpengaruhpemanasanataupendinginan, dibawah atmosfer reduksi atau oksidasi dan dibawah tekanan gas[2].Analisis termal untuk karakterisasi solid diilustrasikan pada Gambar 1. Gambar 1. Ilustrasi Analisis Termal pada Solid[1] Terdapat banyak fasa perubahan yang dapat terjadi ketika suatu solid dipanaskan. Setiap fasatersebutmemberikanresponberbedaketikadilakukanpemanasan.Ketika dipanaskanfasakristalinmengalamiperubahanfasakemudianterdekomposisi. Sementarafasaamorfusmengalamiperubahanmenjadifasaglasssebelum terdekomposisi.Responinimerupakanpengaruhdaripelepasanataupenyerapanenergi panas (entalpi). II.Prinsip Pengujian Differential Thermal Analysis (DTA) DifferentialThermalAnalysis(DTA)merupakananalisistermalyangmengukur perbedaantemperaturantarasampelyangakandiukurdanmaterialinertsebagai referensi.Sampeldanmaterialreferensidipanaskandalamsatudapuryangberisi lingkungangasyangtelahdistandarisasi.Perbedaantemperaturyangterjadidirekam selamaprosespemanasandanpendinginan.Laluditampilkandalambentukkurva entalpi.KurvaDTAdapatmenangkaptransformasisaatpenyerapanataupunpelepasan panas.DTAmembantumemahamihasilXRD,analisiskimiadanmikroskopis.Kurva DTAmerupakankurvaperbedaantemperaturantarasampeldenganreferensiterhadap waktu[2]. Gambar 2. Skematis gambar komponen DTA DTAmengukurperbedaantemperaturantarasampeldanmaterialreferensi,yang kemudiandikonversimenjadiperubahanentalpi.PerhitunganentalpiDTAdilakukan menggunakanmetodeperubahanmassa.Materialreferensimerupakanmaterialatau substanceyangsecaratermalinertdantidakmengalamiperubahanfasapadarentang temperaturtertentu.Materialreferensi,misalnyasafirataualumina,digunakanuntuk mengestimasi faktor konversi. Material inert yang digunakan tidak mengalami perubahan strukturdenganperubahanpanasselainpanaslaten[3].PerhitunganentalpiDTA ditentukan dengan rumus berikut : dHdt = K1K2(1A1-1A2)(ms,1-ms,2).......................................(1) Dimana: K1:ditentukandaritransferpanasantarafurnacekesampel (tergantungkoefisientransferpanas,tidaktergantung temperatur) K2:parameter berkenaan dengan alat (tergantung temperatur) DTA1-DTA2 :area antara dua kurva DTA ms,1-ms,2 :massa dari sampel dan material inert dH/dt:specific heat capacity sampel Jikaterdeteksibahwatidakterdapatperbedaantemperaturantarasampeldanmaterial referensi berarti sampel tidak mengalami perubahan kimiawi ataupun fisik. Jika terdapat perubahantemperatur,makasampeldapatteridentifikasidikarenakankurvaDTA berfungsi selayaknya finger print bagi material. Gambar 3. Kurva DTA Kurvaendotermikbiasanyamenandakanadanyaperubahanfisik.Sementarakurva eksotermik menandakan adanya perubahan (reaksi) kimia. Kurva endotermik yang tajam menandakanadanyaperubahankristalinitas.Kurvaendotermikyanglebarmenandakan adanya reaksi dehidrasi.Berikut langkah kerja DTA : Sampeldanmaterialreferensidiletakkanpadafurnace.Furnacedipanaskandengan kecepatan pemanasan konstan,tercatat temperaturawal,temperaturakhirdan kecepatan pemanasan. Data yang didapat berupa temperatur sampel dan material referensi terhadap waktu.Laludilakukanpengukuransifattermalnya,sepertipengukuranPanas Kristalisasi dan Temperatur Transisi Glass. Perangkat DTA yang digunakan terdiri dari : Thermocouple,berdasarkanmaterial penyusunnya thermocouple dibagimenjadibase metaldanraremetalthermocouple.Basemetalthermocoupledigunakanpada temperatursekitar1000oC,sedangkanraremetalthermocoupledigunakanpada temperatur sekitar 1600oC ke atas. Pemegangsampelyangterintegrasidengantermokopel.Umumnyaterbuatdari keramik seperti Al2O3 atau blok logam, agar lebih tahan dari kontaminasi. Dapurpemanasyangmemilikijangkauanluashingga2273Kdengankecepatan pemanasankuranglebih50K/menit.Crucibledaridapurterbuatdarimaterialinert sepertiAl2O3,tungsten,platinumataugrafituntukmengurangikemungkinan terdegradasi. Pengatur temperatur Alat rekam Faktor yang dapat mempengaruhi pengoperasian DTA adalah : Laju pemanasan Lajupemanasanyangumumdigunakan220oC/min.Lajupemanasanyangterlalu cepatakanmengurangiresolusitetapimeningkatkanluaspeak,sedangkanlaju pemanasan lambat akan menghasilkan peak dengan luas kecil. Ukuran dan berat sampel, umumnya berat sampel sekitar 1 100 mg Keseragaman ukuran partikel, pretreatment dan packing density Ketigavariabeldiatasakanmempengaruhipertukaranpanasantarasampeldan lingkungan sekitar. Kondisi atmosferik Peletakan termokopel III. Aplikasi DTA DTA digunakan untuk menentukan sifat termal dari material yang akan diuji. DTA juga dapatdimodifikasidengankomponenlainuntukmendapatkansifattermaltertentu. Berikut merupakan beberapa contoh dari aplikasi penggunaan DTA. Mendeteksitemperaturkritisdaritermaltransisidansecarakualitatif mengkarakterisasitemperaturkritissebagaiendotermik(menyerappanas)atau eksotermik (menghasilkan panas) UmumnyadipasangkandenganTGA,untukpengukuransimultandaritransisifasa logam dan substansi anorganik, seperti keramik dan gelas pada temperatur ~ 1000oC Menghitung perubahan entalpi suatu material selama proses pemanasan Membandingkan kemurnian material Konstruksi dan evaluasi diagram fasaIdentifikasi materialIV.Rancangan Desain Penelitian[5] Tujuan Penelitian : Melakukan pengukuran entalphi selama proses pirolisis rubber (NR, SBR, BR) Alat dan Bahan Pengujian : a.Natural Rubber (NR) vulcanized rubber, Goodyear. b.Styrene-Butadiene rubber (SBR) vulcanized rubber,Goodyear. c.Butadiene Rubber (BR) vulcanized rubber,Goodyear. d.Seiko TG/DTA 220 Prosedur Pengujian : a.PemotonganbahanNR,SBR,BRmenjadibagiankecilsampeldandimasukkanke dalam disk berdiameter 4 mm dengan tinggi chamber disk 0.5 mm 3 mm. b.MenimbangberatsampelSBRyangdimasukkankedalamchamberuntukdiberi perlakuan pemanasan. c.PengaturanlajupemanasanTG/DTAdenganmensettinglajupemanasansebesar 10C/menit. d.MembersihkanchamberyangakandiisiolehsampeldengangasN2(kemurnian tinggi)denganlajupemberiangassebesar100ml/menitdibawahtekananatmosfer (tekanan normal). e.Catathasilpercobaandalamthermorecorded,berupakurvaDTAyangmendukung perhitungan perubahan entalpi rubber selama pirolisis. Landasan Teori DTA bisa digunakan untuk melakukan pengukuran perubahan entalpi selama proses pirolisisrubber(NR,SBR,BR).Teknikpengukuranyangdipakaidalampengukuran perubahanentalpiselamapirolisisrubberadalahdenganmenggunakanteknikbaseline determination. Teknik baseline determination mampu menentukan baseline pada rentang temperaturpengujianyangluas.BaselineditentukandenganmenggunakankurvaDTA yangdihasilkan.Teknikbaselinedeterminationmampumengukursecaraakurat keseluruhan perubahan entalpi selama proses pirolisis rubber berlangsung.Hasil dan Kesimpulan Hasildaribaselinedeterminationakandihasilkandatayangmencakupperubahan linierkapasitaspanas,puncakreaksieksotermikdanpuncakreaksiendotermik.Puncak reaksi eksotermik dihasilkan dari reaksi kimia dan puncak reaksi endotermik disebabkan oleh evaporasi dari produk pirolisis. Panas dari reaksi sebesar, -164, -560 dan -906 kJ/kg, untuk NR, SBR dan BR secara berurutan. Panas dari evaporasi bervariasi antara 170-200 kJ/kg. Daritemperatur30oCsampai280C,entalpiendotermikberubahsecaralinearkarena kenaikankapasitaspanas.Antara300oCsampai450oC,terjadireaksipirolisisrubber sehinggaperubahanentalpibersifateksotermik.Antara450oCdan510oC,perubahan entalpiendotermikkarenaterjadievaporasidaripirolisisproduk.Secarakeseluruhan selama proses pirolisis rubber (NR, SBR dan BR) pada rentang temperatur 30oC-510oC, perubahanentalpibersifatendotermikdengannilaisebesar870,550dan325kJ/kg untuk NR, SBR dan BR secara berurutan. Referensi [1] J. P. Davies. Principles of Thermal Analysis TG, DSC, STA. NETZSCH Instruments [2] Grega Klannik. Differential Thermal Analysis (DTA) and Differential Scanning Calorimetry(DSC)asaMethodofMaterialInvestigation.Materialsand Geoenvironment, Vol. 57, No. 1, pp. 127142, 2010 [3] ShaiseJacob.DifferentialThermalAnalysis(DTA).NirmalaCollegeofPharmacy, Kerala, India [4] JackCazes.2005.EwingsAnalyticalInstrumentationHandbook3rdEdition: Chapter 15. Newyork: Marcel Dekker. [5] J.Yang,C.Roy.AnewmethodforDTAmeasurementofenthalpychangeduring the pyrolysis of rubbers. Thermochimica Acta 288 (1996), page 155-168