pelapisanhidrofobikpadakaca denganmetodesol-gel … · 2011-01-27 · konsentrasi sio2 5,6% dengan...

Penyusun:

Pelapisan Hidrofobik pada Kaca

dengan Metode Sol-Gel Berbasis Water Glass

1.Ambarwati 2305 100 142

2.Vicky Samsiadi 2306 100 128

Pembimbing:

Prof.Dr. Ir. Heru Setyawan, M.Eng

LABORATORIUM ELEKTROKIMIA dan KOROSI

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Latar Belakang

Daun Lotus, memiliki sifat

hidrofobik

Hidrofobik Hidrofilik

hidrofobik

+ Antibasah

+ Mengurangi gesekan fluida dengan permukaan

+ Mengurangi overloading fluida di permukaan

+ Terlihat selalu bersih

Keuntungan Hidrofobik

Aplikasi Kaca hidrofobik

Latar Belakang

Self Cleaning:

Ketika kaca terkena air, permukaan kaca akan semakin

cemerlang. Kaca akan terlihat bersih lebih lama serta biaya

perawatan lebih murah. Self Cleaning Glass membantu

mengurangi penggunaan produk pembersih kaca yang

tidak ramah lingkungan sehingga polusi terhadap

lingkungan dapat dikurangi.

L. Nikolic & L. Radonjic (1997)

Menggunakan bahan TEOS dengan substrat kaca serta teknik dip coating.

Hasil coating menunjukkan kekuatan kaca mengalami peningkatan.

Terdahulu…….

Young Jin Yun et, al (2004)

Bahan yang digunakan adalah nanocrystalline TiO2 dengan substrat soda lime

glass (SLG) menggunakan sol-gel dip-coating yang sederhana. Hasil penelitian

menunjukkan TiO2 yang berfungsi sebagai film memiliki ukuran partikel

seragam 20 nm.

Brinker, Frye, Hurd and Ashley (1991)

Menggunakan polimer silika dengan teknik dip coating serta substrat berupa

kaca. Hasil penelitian menunjukkan sifat hidrofobik dengan pengontrolan

terhadap ukuran pori, surface area, dan volume pori.

Qinyuan Zhang, et al (2001)

H.K Pulker (1980)

H.K Pulker menggunakan substrat kaca dengan teknik physical vapour

deposition (PVD) serta prekursor alkalin dan pelarut asam. Hasil penelitian

menunjukkan adanya peningkatan penting dari kekuatan hasil coating kaca.

Bahan yang digunakan SiO2-TiO2 dengan teknik dip coating pada substrat

kaca. Diperoleh sifat hidrofobik pada kaca.

Sodium Silikat

Penelitian menggunakan bahan

sodium silikat karena lebih murahsodium silikat karena lebih murah

dan tidak berbahaya, tetapi

sodium silikat memiliki sifat

hidrofilik.

memodifikasi struktur dan morfologi partikel sehingga silika bersifat hidrofob

Dengan cara menambahkan silylating agent

Contohnya : Trimethylchlorosilane ( TMCS )

Hexamethyldisilazane ( HMDS )

Bhagat et al.(2007)

Modifikasi Permukaan

Sodium Silikat

Penggunaan TMCS dan HMDS sebagai surface modifying agent pada silika hydrogel

mampu menjaga sifat hidrofobik pada silika aerogel sampai suhu 500°C

TMCSHMDS

Bahrak & Riaswati (2008)

Silica aerogel bersifat hidrofobik.

Pramudityo & Pertiwi (2009)Makin tinggi jumlah HMDS yang digunakan, makin hidrofob silika

aerogel yang dihasilkan

Jika pada hasil penelitian sebelumnya,

silika yang dihasilkan berbentuk gel,

maka untuk tujuan coatingmaka untuk tujuan coating

harus dihindari terbentuknya gel

karena saat substrat mengalami

pencelupan, silika harus berbentuk sol

• Mempelajari teknik

pelapisan hidrofobik

Tujuan Manfaat Penelitian

• Mendapatkan teknik

pelapisan hidrofobik sol-gel

silika yang baik pada kaca.pelapisan hidrofobik

sol-gel silika pada

kaca

• Mengetahui kondisi

sol silika untuk

pengkondisian

hidrofobik pada kaca

• Mendapatkan silika yang

memiliki daya adhesi yang

kuat, lapisan film yang

superhidrofobik, dan

silika yang ramah lingkungan

serta dapat memperpanjang

umur pemakaian kaca yang

lebih lama

METODOLOGI PENELITIAN

Pembuatan Sol

H2O, 60 °C Waterglass - Na2O.((SiO2)R)

Didinginkan pada

suhu kamar

Substrat

(Kaca)

Kecepatan Penarikan:

5,7 cm/menit

7,5 cm/menit

10 cm/menit

Pelapisan Asam Silicic dengan Dip Coating

vol.ratio = 1 : 1

Silicic acid pH = 2

Dilewatkan

kation resin

Konsentrasi SiO2:

4,2 % berat

5 % berat

5,6 % berat

6,2 % berat

7 % berat

Na2(SiO3) Si(OH)4

lewat

kation

resin

Reaksi Pergantian dengan Resin

Substrat didiamkan

selama 10 jam

Reaksi Kondensasi

Evaporasi

METODOLOGI PENELITIAN

Modifikasi Permukaan

n_heksaneSurface Modifying Agent :

1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (HMDS)

Alkohol

(Metanol)


trimethylchlorosilane (TMCS)

Volume Rasio Surface Modifying Agent : n_heksane

Konsentrasi HMDS = 0,43 M; 0,615 M; 0,8 M

Substrat

dicelup dalam

alkohol selama

1 jam

Substrat dicelup dalam surface modifying agent selama beberapa jam:

� 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (HMDS)

1 jam; 2 jam; 3 jam

� trimethylchlorosilane (TMCS)

3 jam; 7 jam ; 8 jam; 9 jam

Pergantian Solvent (air)

dengan alkohol

Dioven selama 2 jam

Suhu 80 C

Suhu larutan trimethylchlorosilane (TMCS) : 29 oC dan 50 oC

Modifikasi permukaan dengan

Surface Modifying Agent

KARAKTERISASI PRODUK

Pengukuran Sudut Kontak

Meneteskan air pada permukaan kaca yang telah dilapisi,

kemudian mengamati sudut elevasi yang terbentuk

antara butiran air dan permukaan kaca. Besarnya sudut

kontak menunjukkan tingkat hidrofobisitas suatu

substrat.

Air

Substrat (Kaca)

Sudut kontak 0o-90o disebut hidrofilik

Sudut kontak 90o-150o disebut hidrofobik

Sudut kontak 150o-180o disebut superhidrofobik

Pengukuran Tingkat Transparansi Lapisan

Menggunakan Spektrofotometer UV-VIS. Pengukuran ini dilakukan dengan mengukur

intensitas cahaya yang melewati sampel. Persen transmittan menunjukkan tingkat

transparansi kaca.

Morfologi Produk

Menggunakan USB Microscope M-1 Scalar at 200x.

[tá|Ä[tá|Ä[tá|Ä[tá|Ä wtÇwtÇwtÇwtÇ cxÅut{tátÇcxÅut{tátÇcxÅut{tátÇcxÅut{tátÇ[tá|Ä[tá|Ä[tá|Ä[tá|Ä wtÇwtÇwtÇwtÇ cxÅut{tátÇcxÅut{tátÇcxÅut{tátÇcxÅut{tátÇ

PENGARUH KONSENTRASI SiO2 TERHADAP SUDUT KONTAK

100

120

140

160

180

Su

du

t K

on

tak

(Ө

)

Macam konsentrasi SiO2 tidak memiliki pengaruh tinggi terhadap besarnya sudut kontak.

0

20

40

60

80

4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

Su

du

t K

on

tak

(

Konsentrasi SiO2 (%berat)

Kecepatan penarikan 7,5 cm/menit

Konsentrasi TMCS 9,7 M

Suhu kamar

Lama Pencelupan dalam TMCS = 7 jam

70

80

90

100

%T

�Semakin tinggi

konsentrasi SiO2 maka

semakin rendah tingkat

transparansi pada kaca.

Tetapi perbedaan tingkat

transparansi tidak terlalu

PENGARUH KONSENTRASI SiO2

TERHADAP TINGKAT TRANSPARANSI KACA

40

50

60

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Panjang Gelombang (nm)

SiO2 5,6% SiO2 6,2% SiO2 7% Tanpa Pelapisan

transparansi tidak terlalu

jauh.

�Substrat dapat

menyerap cahaya

ultraviolet , di mana

cahaya ultra violet tidak

baik untuk kesehatan

kulit manusia.

Tingkat transparansi 97,28%; 93,2% dan 85,04%

PENGARUH KECEPATAN PENARIKAN

TERHADAP SUDUT KONTAK

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Su

du

t K

on

tak

(θ

)

Konsentrasi HMDS 0,8 M

Kecepatan Penarikan 5,7 cm/menit


Kecepatan Penarikan 10 cm/menit

Kecepatan penarikan tidak memiliki

pengaruh yang berarti terhadap

besarnya sudut kontak.

0

20

5.6 6.2 7

Konsentrasi SiO2 (% berat)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

5.6 6.2 7

Su

du

t K

on

tak

(θ

)

KOnsentrasi SiO2 (% berat)




Kecepatan Penarikan 10 cm/menit

PENGARUH KONSENTRASI HMDS


80

85

90

Su

du

t K

on

tak (

θ)




Semakin tinggi konsentrasi HMDS maka semakin tinggi pula

tingkat hidrofobisitasnya.Fenomena ini dapat terjadi dikarenakan semakin tinggi konsentrasi HMDS maka

semakin banyak kandungan gugus CH3, sehingga makin banyak gugus CH3 yang

bertukar dengan gugus silanol.

75

80

5.6 6.2 7

Su

du

t K

on

tak (



PENGARUH WAKTU PENCELUPAN PADA LARUTAN HMDS


80

90

100

Su

du

t K

on

tak

(θ

)

Semakin lama waktu pencelupan pada larutan HMDS maka sudut

kontak yang dihasilkan juga semakin tinggi.Fenomena ini terjadi dikarenakan semakin lama substrat tercelup dalam larutan

HMDS maka semakin banyak gugus CH3 yang bertukar dengan gugus silanol..

60

70

5.6 6.2 7

Su

du

t K

on

tak

(




Lama Pencelupan pada Larutan HMDS = 1 jam



80

82

84

86

88

90

92

Su

du

t K

on

tak

(θ

)


Waktu pencelupan 3 jam

Suhu kamar

PENGARUH PENGGUNAAN SURFACE MODIFYING AGENT


76

78

80

5.6 6 6.4 6.8

Konsentrasi SiO2 (%berat)

HMDS

TMCS

Pemakaian HMDS memberikan hasil yang lebih baik daripada

penggunaaan TMCS.Fenomena ini dapat terjadi dikarenakan satu mol HMDS dapat bereaksi dengan

satu mol asam silicic untuk menghasilkan asam silicic yang bersifat hidrofob

sedangkan jika menggunakan TMCS diperlukan dua mol untuk bereaksi dengan

asam silicic

REAKSI


Si OHOH

OH

O

Si OHOH+

CH3

Si

NH

CH3CH3

SiCH3

CH3

CH3

O

OSiOH

OH

O

SiOH

CH3Si

CH3

Si CH3

CH3NH3+

OH

3

CH3

3

OH CH3

trimethylchlorosilane (TMCS)

Si OHOH

OH

O

Si OH

OH

OH

+ ClCH3

CH3

CH3

Si2

CH3

O

OSiOH

OH

O

Si

OH

OH

CH3Si

CH3

Si CH3

CH3

CH3+ ClH2

PENINGKATAN TINGKAT HIDROFOBISITAS

� Sudut kontak yang dihasilkan masih kurang dari 90o.

�Tampaknya sudut kontak masih bisa ditingkatkan�Tampaknya sudut kontak masih bisa ditingkatkan

dengan memperpanjang waktu pencelupan dan suhu

pencelupan dalam surface modifying agent TMCS.

Oleh karena itu pada berikutnya akan dibahas pengaruh

waktu pencelupan dan suhu pencelupan dalam TMCS.

100

120

140

160

180

Su

du

t K

on

tak

(θ

)

PENGARUH WAKTU PENCELUPAN PADA LARUTAN TMCS


0

20

40

60

80

5.6 6.2 7

Su

du

t K

on

tak

(


TMCS murni

Kecepatan Penarikan 7,5 cm /menit

Lama Pencelupan di TMCS = 7 jam



Semakin lama waktu pencelupan dalam larutan TMCS maka

semakin tinggi pula sudut kontak yang dihasilkan ..

Suhu Kamar (29 C)

MORFOLOGI SUBSTRAT

100 µm 100 µm 100 µm

Sebelum Pelapisan

Setelah dilakukan modifikasi

permukaan, pada permukaan kaca

terdapat lapisan warna putih keabuan

dan bintik-bintik yang menunjukkan kaca

telah terlapisi dengan Asam Silicic yang

telah termodifikasi permukaannya.

Setelah Pelapisan

Sebelum Pelapisan

PENGARUH LAMA PENCELUPAN PADA TMCS


� Semakin lama

pencelupan pada

TMCS maka semakin

rendah tingkat

transparansi pada

kaca.50

55

60

65

70

75

%T Konsentrasi SiO2 5,6% dengan lama pencelupan dalam TMCS 7 jam

Konsentrasi SiO2 5,6% dengan lama pencelupan dalam TMCS 8 jam

Konsentrasi SiO2 5,6% dengan lama pencelupan dalam TMCS 9 jam

�Substrat dapat

menyerap cahaya

ultra violet , di mana

cahaya ultra violet

tidak baik untuk

kesehatan kulit

manusia.

.

40

45

50

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100


Tingkat transparansi kaca 97,82%; 96,65%; dan 95,87%

Tanpa Pelapisan

60

80

100

120

140

160

180S

ud

ut

Ko

nta

k (

θ)

PENGARUH TEMPERATUR TMCS


0

20

40

5.6 6.2 7

Konsentrasi SiO2 (% Berat)


TMCS murni

Lama pencelupan dalam larutan TMCS 7 jam

Larutan TMCS pada suhu 29 C

Larutan TMCS pada suhu 50 C

Semakin tinggi temperatur maka makin tinggi pula sudut kontak

yang dihasilkan.Fenomena ini dapat terjadi dikarenakan semakin tinggi suhu maka kecepatan

reaksi juga semakin meningkat sehingga menyebabkan pertukaran gugus CH3 dan

gugus silanol dapat berjalan lebih optimal..

PENGARUH TEMPERATUR PADA TMCS


�Semakin tinggi

temperatur maka

makin rendah

tingkat transparansi

pada kaca.

�Substrat dapat 50

55

60

65

70

75

%T

Konsentrasi SiO2 6,2% dengan temperatur TMCS 29 C

Konsentrasi SiO2 6,2% dengan temperatur TMCS 50 C�Substrat dapat

menyerap cahaya

ultra violet , di mana

cahaya ultra violet

tidak baik untuk

kesehatan kulit

manusia.

.

40

45

50

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100


Tingkat transparansi kaca 93,15% dan 90,28%

Tanpa Pelapisan

KESIMPULAN

1. Terdapat perbedaan tingkat hidrofobisitas yang besar antara kaca yang tidak

terlapisi dan kaca yang telah terlapisi asam silicic yang telah termodifikasi

permukaannya.

2. Konsentrasi SiO2 serta kecepatan penarikan tidak memiliki pengaruh pada

besarnya tingkat hidrofobisitas.

3. Tingkat hidrofobisitas dapat diperbesar dengan menaikkan konsentrasi

HMDS, lama pencelupan dalam larutan TMCS dan HMDS serta menaikkan

suhu larutan TMCS.suhu larutan TMCS.

4. Tingkat transparansi antara kaca yang telah terlapisi dan kaca yang tidak

terlapisi tidak begitu jauh. Semakin lama waktu pencelupan dan semakin

tinggi suhu yang digunakan pada TMCS serta semakin tinggi konsentrasi

SiO2 menyebabkan tingkat transparansi makin rendah.

Dengan teknik dip coating tingkat keberhasilan hidrofobik pada kaca

mencapai lebih dari 90o bahkan mencapai 142,5o mendekati

superhidrofobik

“…..Sesuatu yang ada dalam akalku, menguasai pikiranku, hidup di hatiku, dan mengalir

bersama sel-sel darahku harus keluar menjadi nyata dalam kehidupan………………”

(Louis Braille)

pelapisanhidrofobikpadakaca denganmetodesol-gel … · 2011-01-27 · konsentrasi sio2 5,6% dengan...

Documents