i

KARAKTERISASI LAPISAN SHELLAC-MONTMORILLONITE

KOMPOSIT YANG DIPLASTISASI DENGAN POLIETILENA

GLIKOL (PEG) BERAT MOLEKUL 400

Disusun oleh :

R DICKY AGUNG NUGROHO

M0211061

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

SKRIPSI

Karakterisasi Lapisan Shellac-Montmorillonite Komposit yang Diplastisasi

dengan Polietilena Glikol (PEG) Berat Molekul 400

Oleh :

R DICKY AGUNG NUGROHO

M0211061

Telah Disetujui Oleh

Pembimbing I

Khairuddin, S.Si., M.Phil., Ph.D. Tanggal :

NIP. 19701018 199702 1 001

Pembimbing II

Edi Pramono, S.Si., M.Si. Tanggal :

NIP. 19830918 200812 1 003

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : Karakterisasi Lapisan Shellac-Montmorillonite Komposit

yang Diplastisasi dengan Polietilena Glikol (PEG) Berat

Molekul 400

Yang ditulis oleh:

Nama : R Dicky Agung Nugroho

NIM : M0211061

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada

Hari : Selasa

Tanggal : 12 Januari 2016

Dewan Penguji :

1. Ketua Penguji

Drs. Hery Purwanto, M.Sc (........................................)

NIP. 19590518 198703 1 002

2. Sekretaris Penguji

Ahmad Marzuki, S.Si., Ph.D (........................................)

NIP. 19680508 199702 1 001

3. Anggota Penguji 1

Khairuddin, S.Si., M.Phil., Ph.D (........................................)

NIP. 19701018 199702 1 001

4. Anggota Penguji 2

Edi Pramono, S.Si., M.Si (........................................)

NIP. 19830918 200812 1 003

Disahkan pada tanggal

oleh

Kepala Program Studi Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Fahru Nurrosyid, S.Si., M.Si

NIP. 19721013 200003 1 002

iv

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

“KARAKTERISASI LAPISAN SHELLAC-MONTMORILLONITE KOMPOSIT

YANG DIPLASTISASI DENGAN POLIETILENA GLIKOL (PEG) BERAT

MOLEKUL 400” adalah benar-benar hasil penelitian saya dan sepengetahuan

saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau

ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar

kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali

telah dituliskan di daftar pustaka Skripsi. Segala bentuk bantuan dari semua pihak

telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi Skripsi ini boleh dirujuk atau

diphotocopy secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

Surakarta, Januari 2016

Penulis

v

MOTTO

“ Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai dari suatu urusan, kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain ”

( Q.S. Al – Insyirah : 6 – 7 )

“Tiada kata terlambat untuk belajar, berlatih, berusaha lebih keras dan bersyukur

pada diri sendiri”

( Penulis )

“Setiap orang berhak atas pendapatnya sendiri, tetapi tidak atas faktanya sendiri”

(Senator Pat Moynihan)

vi

PERSEMBAHAN

Dengan rasa syukur, saya persembahkan karya kecil ini untuk :

Bapak, ibu, dan kakak saya tercinta. Terimakasih telah memberi semangat,

motivasi, do’a, dan selalu mengajari saya rasa bersyukur dan sabar dalam

situasi sesulit apapun.

Bapak Khairuddin dan Bapak Edi. Terimakasih telah mempercayakan

penelitian ini kepada kami dan terima kasih atas kesabaran, ilmu dan

bimbingannya selama penelitian.

Oktaviana Dyah Mayasari, terima kasih atas semangat, support, waktu dan

kesetiaanya hingga penelitian ini selesai.

Teman-teman seperjuanganku. Fisika 2011 & Fisika 2012, kos griya annur dan

teman perantau dari bekasi dan sekitarnya. Terimakasih atas waktu dan

kenangan yang kalian berikan selama ini. Kalian luar biasa.

Teman-teman grup riset Fisika Polimer, mbak Ninna, mbak Nisa, A’an, Viki,

Tina, Diany, Imam. Terimakasih atas kerjasama dan sharingnya selama

penelitian.

vii

Karakterisasi Lapisan Shellac-Montmorillonite Komposit yang Diplastisasi

dengan Polietilena Glikol (PEG) Berat Molekul 400

R DICKY AGUNG NUGROHO

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Penelitian ini mengkaji tentang karakterisasi lapisan shellac-

montmorillonite komposit yang diplastisasi dengan Polietilena glikol (PEG) berat

molekul 400. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan stabilitas dan

sifat fisis dari shellac yaitu dengan mengetahui penyebaran montmorillonite

(MMT) pada shellac dan PEG yang terbentuk, sifat termal, dan sifat perintang air

dari shellac. Lapisan shellac-MMT komposit yang diplastisasi PEG 400 dibuat

dengan metode solution casting dengan varian konsentrasi clay 5% , 10% , 20% ,

30% , dan 40% b/b. Sedangkan untuk konsentrasi PEG dibuat konstan yaitu 10%

b/b. Lapisan PEG-shellac-MMT dikarakterisasi dengan spektroskopi X-Ray

Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimetry (DSC), dan Water Vapour

Transmission Rate (WVTR). Data XRD menunjukkan peningkatan nilai d-

spacing MMT di dalam lapisan yang terbentuk dibandingkan MMT murni, ini

menunjukkan bahwa struktur yang terbentuk dari lapisan merupakan interkalasi

nanokomposit. Sifat perintang air terhadap lapisan PEG-Shellac-MMT

menunjukkan peningkatan kumulasi uap air oleh waktu penyimpanan. Stabilitas

perintang air yang optimal terletak pada konsentrasi MMT 5% b/b di bulan 1

sebesar 15,60 ± 4,71 gr/m2day. Data DSC menunjukkan Penambahan MMT 10%

dan 20% b/b dapat meningkatkan stabilitas termal dari lapisan shellac yang

ditunjukan oleh peningkatan suhu Transition glass (Tg). Lapisan PEG-shellac

tanpa MMT memiliki nilai Tg sebesar 51,875oC sedangkan untuk lapisan yang

mengandung MMT 10% b/b memiliki nilai Tg sebesar 53,075oC dan untuk

lapisan yang mengandung MMT 20% b/b memiliki nilai Tg sebesar 53,025oC.

Kata kunci : Shellac, MMT, PEG, Karakterisasi, Komposit, Plastisasi.

viii

Characterization of Shellac-Montmorillonite Composite Plastisized with

Polyethylene Glycol (PEG) Molecular Weight 400

R DICKY AGUNG NUGROHO

Physics Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,

Sebelas Maret University

ABSTRACT

This study discusses the characterization of films shellac-montmorillonite

composite plasticised with polyethylene glycol (PEG) molecular weight 400. The

aim of this study to improve the stability and physical properties of shellac to find

out the dispersion montmorillonite (MMT) on shellac and PEG formed, thermal

properties, and the water barrier properties of shellac. The shellac-MMT

composite films plasticised PEG 400 were prepared using solution casting method

with variation concentration clay 5% , 10% , 20% , 30% , and 40% wt. As for the

concentration of PEG is made constant 10% wt. Film of PEG-shellac-MMT are

characterized with X-Ray Diffraction (XRD), Differential Scanning Calorimetry

(DSC) and Water Vapour Transmission Rate (WVTR). XRD data showed an

increase d-spacing values MMT in films formed than pure MMT, this indicates

that the structure formed from film is the intercalated nanocomposite. Water

barrier properties of the films PEG-Shellac-MMT showed increased accumulation

of water by storage time. Optimal stability of water barrier is the concentration

MMT 5% wt in month 1 amounted to 15.60 ± 4.71 g/m2day. DSC data shows the

addition of MMT 10% and 20% wt can increase the thermal stability of shellac

film that is shown by the increase in the temperature glass Transition (Tg). PEG-

shellac films without MMT has a Tg value of 51.875 oC while for containing film

MMT to 10% wt has a Tg value of 53.075 oC and containing film MMT to 20%

wt has a Tg value of 53.025 oC.

Keyword : Shellac, MMT, PEG, Characterization, Composite, Plasticizer.

ix

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin, puji dan syukur saya panjatkan atas kehadirat

Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik, hidayah, dan inayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta penyusunan skripsi dengan

judul : “Karakterisasi Lapisan Shellac-Montmorillonite Komposit yang

Diplastisasi dengan Polietilena Glikol (PEG) Berat Molekul 400” yang

merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Jurusan

Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas

Maret, Surakarta.

Selama melakukan penelitian maupun penyusunan skripsi ini penulis telah

mendapat banyak masukan, bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang

sangat bermanfaat baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu

pada kesempatan yang baik ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Dr. Fahru Nurrosyid., S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret.

2. Bapak dan ibu komisi skripsi prodi fisika UNS yang menjadwalkan dan

memantau mahasiswa dalam menempuh skripsi hingga lancar.

3. Bapak Khairuddin S.Si., M.Phil., Ph.D selaku Pembimbing I yang

membimbing serta meluangkan waktu untuk memberi arahan,

pengetahuan, dan memberi berbagai masukan kepada saya.

4. Bapak Edi Pramono M.Si selaku Pembimbing II yang senantiasa

membimbing dan memberi berbagai masukan dalam penyusunan skripsi.

5. Bapak Suharyana S.Si., M.Sc selaku pembimbing akademik yang telah

membimbing dan selalu memberi motivasi selama awal dan akhir

perkuliahan.

6. Bapak Hery Purwanto, M.Sc dan bapak Ahmad Marzuki, Ph.D selaku

dewan penguji skripsi yang memberi masukan dan ilmu bagi penulis.

x

7. Bapak Ibu Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNS yang telah memberikan

ilmu begitu manfaat selama proses belajar.

8. Bapak Anang dan mbak Nanik yang selalu membantu penulis dalam

melakukan penelitian di Lab. Kimia FMIPA UNS.

9. Bapak, Ibu, Mas Aji, mba ayu dan maya yang selalu mendo’akan dan

memberi dukungan kepada penulis dalam penyusunan skripsi.

10. Mbak Ninna, Mbak Nisa, A’an, Viki, Tina, Diany, Iqo dan Imam sebagai

teman seperjuangan dalam penelitian Shellac.

11. Seluruh teman-teman Fisika 2011 yang selalu memberi semangat kepada

penulis dalam penyusunan skripsi.

12. Seluruh adik tingkatku Fisika 2012, Fisika 2013 dan Fisika 2014.

13. Teman-teman kos griya annur beserta pak seno yang senantiasa menghibur

dan memberi tempat tinggal yang nyaman selama perkuliahan.

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin.

Penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat.

Surakarta, Januari 2016

Penulis

xi

PUBLIKASI

Sebagian skripsi saya yang berjudul “Karakterisasi Lapisan Shellac-

Montmorillonite Komposit yang Diplastisasi dengan Polietilena Glikol (PEG)

Berat Molekul 400” dipublikasikan pada DIGILIB Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iii

HALAMAN PERNYATAAN ........................................................................ iv

HALAMAN MOTTO .................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... vi

HALAMAN ABSTRAK ................................................................................ vii

HALAMAN ABSTRACT .............................................................................. viii

KATA PENGANTAR .................................................................................... ix

HALAMAN PUBLIKASI .............................................................................. xi

DAFTAR ISI ................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1

1.2. Batasan Masalah............................................................................ 4

1.3. Rumusan Masalah ......................................................................... 4

1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Shellac .......................................................................................... 6

2.2. Plastisizer ...................................................................................... 7

2.3. Lempung ....................................................................................... 9

2.4. Polimer-Lempung Nanokomposit ................................................. 12

2.5. Differential Scanning Calorimetry ( DSC ) .................................. 14

2.6. Water Vapour Transmission Rate (WVTR) ................................. 15

2.7. X-Ray Diffraction .......................................................................... 16

xiii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................... 18

3.2. Alat dan Bahan .............................................................................. 18

3.2.1. Alat Penelitian ..................................................................... 18

3.2.2. Bahan Penelitian .................................................................. 19

3.3. Metode Penelitian .......................................................................... 19

3.3.1. Prosedur Penelitian .............................................................. 20

3.3.2. Preparasi Bahan ................................................................... 21

3.3.3. Pembuatan Larutan Shellac & Suspensi Clay ..................... 21

3.3.4. Pencampuran dan plastisasi PEG- Shellac-MMT komposit 21

3.3.5. Penguapan Pelarut ............................................................... 21

3.2.2. Karakterisasi ........................................................................ 21

3.2.2. XRD ................................................................................. 21

3.2.2. WVTR .............................................................................. 22

3.2.2. DSC .................................................................................. 22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Lapisan PEG-shellac-clay nanokomposit ..................................... 24

4.2. Uji X-Ray Diffraction (XRD) ........................................................ 25

4.3. Uji Water Vapour Transmission Rate (WVTR) ............................ 27

4.4. Uji Differential Scanning Calorimetry (DSC) .............................. 30

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan ................................................................................... 31

5.2. Saran .............................................................................................. 31

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 33

LAMPIRAN

Lampiran 1 Data XRD ......................................................................... 36

Lampiran 2 Data WVTR ...................................................................... 55

Lampiran 3 Data DSC .......................................................................... 58

Lampiran 4 Data Pengukuran Ketebalan Lapisan PEG-SHL-MMT ... 66

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Struktur Kimia Shellac ............................................................... 6

Gambar 2.2. Struktur Kimia PEG ................................................................... 8

Gambar 2.3. Proses polimerisasi pada shellac ................................................ 9

Gambar 2.4. Tetrahedron Tunggal dan Struktur Lapisan Tetrahedron .......... 10

Gambar 2.5. Oktahedron Tunggal dan Struktur Lapisan Oktahedron ............ 10

Gambar 2.6. Struktur lapis clay 2:1 ................................................................ 11

Gambar 2.7. Struktur Kristal montmorillonite ................................................ 12

Gambar 2.8. Morfologi pendispersian filler clay pada matriks polimer ......... 13

Gambar 2.9. Kurva DSC ................................................................................. 15

Gambar 2.10.Difraksi berkas sinar-x pada bidang atom .................................. 17

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ............................................................. 20

Gambar 4.1. Lapisan PEG-Shellac-Clay yang terbentuk ................................ 24

Gambar 4.2. Diffractogram shellac waxfree, clay & PEG .............................. 25

Gambar 4.3. Diffractogram PEG-Shellac-Clay Nanokomposit ...................... 26

Gambar 4.4. Kumulasi uap air yang melewati lapisan.................................... 28

Gambar 4.5. Data WVTR selama satu bulan .................................................. 28

Gambar 4.6. Kurva DSC pada lapisan PEG-Shellac-Clay .............................. 30

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Tebal lapisan PEG-shellac-clay komposit ....................................... 25

Tabel 4.2 Nilai d-spacing sampel dari hasil XRD ........................................... 27