pembuatan organoclaydari bentonit dan...
TRANSCRIPT
PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT
DAN DI(HYDROGENATED TALLOW)
DIMETILAMONIUM KLORIDA
UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT
ZULFA
PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN MIPAFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERISYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA2006 M / 1427 H
PEMBUATAN ORGANOCLAYDARI BENTONIT
DAN DI(HYDROGENATED TALLOW)
DIMETILAMONIUM KLORIDA
UNTUK APLIKASI NANOKOMPOSIT
SkripsiSebagai Salah Satu Syarat untuk Mcmperoleh
Gelar Sarjana SainsPada Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri SyarifHidayatullah Jakarta
Oleh
ZULFA102096026563
Menyetujui,
Pembimbing I,
DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APUNIP. 330001086
Mengetahui,Ketua Jurusan MIPA
DR. Agus Salim, M.SiNIP. 150294451
Pembimbing II
Syuhada, Dip!. ChemNIP. 680001585
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul "Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenated
Tallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit" telah diuji dan
dinyatakan ILilus dalam sidang Munaqosah Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Jakarta pada hari Kamis, 16 November 2006. Skripsi ini
telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Sarjana Strata Satu
(S 1) Jurusan MIl'A, Program Studi Kimia.
Jakarta, November 2006
Tim Penguj i
dan Teknologi
L$Y~fiian.syaJl Jaya Putra, M.Sis
6 "1
Penguji II
~_~~,.LDR. T~~I~XasNIP. 330 001 078
KetLia Program Studi Kimia
(~~....---Hendrawati, M.Si
NIP. 150326906
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRlPSI INI BENARBENAR HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH D1AJUKANSEBAGAI SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGIATAU LEMBAGA MANAPUN.
Jakarta, November 2006
Zulfal02096026563
RINGKASAN
ZULFA, Pembuatan Organoclay dari Bentonit dan Di(hydrogenatedtallow)dimetilamonium Klorida untuk Aplikasi Nanokomposit. (Di bawahbimbingan MIRZAN T. RAZZAK dan SYUHADA).
Pembuatan organoclay yang dapat digunakan dalam sistem nanokomposit,
dilakukan dengan mencampurkan bentonit yang dipurifikasi dengan surfaktan
di(hydrogenated tallow) dimetilamonium klorida. Konsentrasi surfaktan dan
waktu swelling bentonit divariasikan, yaitu konsentrasi rendah (organoclay low)
dan tinggi (organoclay high), dan waktu swelling 1 hari dan :2 hari. Hasil analisa
XRD untuk organoclay low, didapatkan d-spacing sebesar 3,12 nm dan 3,36 nm,
masing-masing untuk waktu swelling J hari dan 2 hari. Nilai d-spacing tersebut
lebih besar dibandingkan organoclay high, yang masing-masing d-spacingnya
hanya 2,28 nm dan 2,26 nm. Hal ini berarti bahwa organoclay low lebih membuka
ruang untuk terjadi interkalasi dalam pembentukan nanokol11posit. Berdasarkan
analisa TGA, suhu awal degradasi organoclay low yaitu 288,28°C, yang lebih
besar dibandingkan organoclay high, 268,85°C. Dengan demikian organoclay low
memiliki sirat yang lebih baik dibandingkan organoclay high untuk digunakan
lebih lanjut dalam sistem nanokomposit.
KATAPENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT dengan segala rahmat
dan hidayah-Nya, dan atas segala kemudahan yang diberikan dalam
menyelesaikan Penelitian di Sentra Teknologi Polimer (STP) PUSPIPTEK dan
penyusunan Skripsi dengan judul: "Pembuatan Organoclay Dari Bentonit Dan
Di(Hydrogenated Tallow)DimetiIamonium Klorida Untuk Aplikasi
Nanokomposit",
Selama penelitian dan penulisan skripsi ini penl1lis banyak mendapat
banluan dan dukllngan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
I. Bapak DR. Mirzan T. Razak, M.Eng, APU selaku Pembimbing I yang telah
meillangkan waktunya dan banyak memberikan masukan selama penelitian
dan penulisan skripsi inL
2. Ibu Syuhada Dip!. Chern selaku pembimbing II yang telah meluangkan
waktunya dan memberikan masukan selama penelitian dan penulisan skripsi
inL
3. Bapak DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.SIS., selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
4. Ir. Aglls Salim, MSc., selaku Kepala Jurusan MIPA Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatl1llah.
5. Ibll Hendrawati, M.Si., selaku Ketlla Program Studi Kimia Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Islam Negeri SyarifHidayatuliah.
6. Bapak Drs. Wawas Swathatafrijiah, M.Sc., selaku Kepala Balai STP yang
telah memberikan ijin untuk melakukan penelitian di STP.
7. Bapak II'. Rahmat Wijaya selaku manajer STP atas perhatian dan masukan
dalam melakukan penelitian.
8. Bpk. Johan, lbu lea, Jbu Prima, Bpk. Bambang, Bpk. Saeful, Bpk. Dasep,
Bpk. Heru, Malik, Njat dan seluruh staf STP yang telah banyak membantu
dalam menyelesaikan penelitian inl.
9. Seluruh dosen Program Studi Kimia Universitas Islam Negeri atas
dukungannya.
10. Mama lersayang dan keluarga atas dukungan dan do'anya.
11. Fachri alas motivasi dan dukungannya selama penelitian dan penulisan skripsi inl.
12. Semua teman-teman di Bengkel Remaja Pentium (BRP) atas semua
lasilitasnya.
13. Sahabal-sahabatku: Aisyah, Syarifah, Zayyanti dan Heni yang telah banyak
memberikan semangat dan dukungannya.
14. Teman-temanku di lab: Andri, Santoso dan Dio yang telah membantu selama
penelitian.
15. Seluruh teman-teman kimia angkatan 2002 khususnya untuk teman
sepeciuangan, Fikrul Dzar AI-Ghifari, Anah dan Fitri P.
16. Danuntuk semua pihak yang telah membantu namun tidak dapat disebutkan
satu persatu.
Jakarta, Oktober 2006
Penyusun
DAFTARISI
Halaman JlIdlil .Lembar Pengesahan Pembimbing iiLembar Pengesahan Ujian iiiLembar Pernyataan IV
RINGKASAN V
KATA PENGANTAR vii
DAFTAR lSi................................................................................................ viii
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR.................................................................................... xii
DAFTAR LAMPlRAN................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN I
1.1 LataI' Belakang Penelitian............................................................ 1
1.2 Perumllsan Masalah ".................... 2
1.3 TlIjllan Penelitian '.................... 3
BAB 11 DASAR TEORl............................................................................... 4
2.1 Lempling 4
2.1.1 Definisi Lempllng 4
2.1.2 Klasifikasi Lempllng Menllrut Struktllrnya 5
2.2 Bentonit 6
2.2.1 Klasifikasi Bentonit 7
2.2.2 Proses Pembentllkan Bentoni!.......................................... 7
2.2.3 Jenis Bentonit 8
2.2.4 Manfaat Bentonit 9
2.2.5 Purifikasi Bentonit........................................................... 10
2.2.6 Struktur Monmorilonit..................................................... 13
2.2.7 Kapasitas Tukar Kation Bentonit 13
2.3 Organoclay 15
2.4 Slirkfatan H................. 17
2.4.1 Pengertian Surfaktan ,.................. 17
2.4.2 Klasifikasi Surfaktan........................................................ 18
2.5 Nanokomposit Polimer-clay 20
2.5.1 Pengertian Nanokomposit Polimer-clay 20
2.5.2 Aplikasi Nanokomposit Polimer-clay............................... 21
2.6 Alat Uji 22
2.6.1 Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX) 22
2.6.2 X-Ray Diffraction (XRD)................................................. 24
2.6.3 Thermal Gravimelly Analyzer (TGA) 25
BAB III METODE PENELITIAN 26
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian...................................................... 26
3.2 Alat dan Bahan............................................................................ 26
3.2.1 Alat 26
3.2.2 Bahan "................... 27
3.3 Tahapan Penelitian 28
3.4 Cara Kerja................................................................................... 29
3.4.1 Preparasi Bentonit........................................ 29
3.4.2 Prosedur Purifikasi Bentonit 29
3.4.3 Karakterisasi Bentonit Purifikasi...................................... 32
3.4.4 Pembllatan Organoclay 33
3.4.5 Karakterisasi Organoclay 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 37
4.1 Analisa Kapasitas Tukar Kation (KTK) 37
4.2 Analisa Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive by
X-Rays (SEM-EDAX) 39
4.3 Analisa X-Ray Diffraction (XRD)................................................ 41
4.4 Analisa Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 45
5.1 Kesitnpulan 45
5.2 Saran........................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 46
LAMPIRAN 49
DAFTAR TABEL
Halanlan
Tabe! 1: Sifat fisik beberapa clay 6
Tabe! 2: Distribusi panjang rantai hidrokarbon surfaktan DTDA................... 19
Tabe! 3: KTK bentonit dan bentonit purifikasi 37
Tabe! 4: KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi
surfaktan 38
Tabe! 5: Data persentase berat beberapa unsur dari belltollit, bentonit
purifikasi dan organoclay (low, 2 hari) 39
Tabe! 6: Data XRD bentonit dan organoclay 41
Tabe! 7: Data analisa TGA dari organoclay (low & high, 2 hari) 43
DAFTAR GAMBAR
Halaman
GambaI' I: Klasifikasi lempllng berdasarkan strllktllrnya............................... 6
GambaI' 2: Strllktur Monmorilonit 13
GambaI' 3: 1I11strasi swelling pada bentoni!.................................................... 15
GambaI' 4: 1I11strasi surface treatment 16
GambaI' 5: Jenis susunan alkil dalam lapisan organoclay.............................. 16
GambaI' 6: 1I11strasi struktur sllrfaktan 17
GambaI' 7: Struktur sllrfaktan DTDA 19
GambaI' 8: Strllktur komposit polimer-clay 20
GambaI' 9: Tortuosity Path............................................................................ 21
GambaI' 10: Mekanisme flame retardancy pada nanokomposit 22
GambaI'll Alur kerja instrumen SEM-EDAX 23
Gam bar 12: Skema Mekanisme Coating.. 23
GambaI' 13: Alur kerja instrumen XRD.................. 24
GambaI' 14: Aim kerja instrumen TGA......................................................... 25
GambaI' 15: Tahapan penelitian 28
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran I: Perhitungan Kapasitas Tukar Kation (KTK) bentonit alam,
bentonit purifikasi dan organoc/ay :.. 49
Lampiran 2: Perhitungan konsentrasi surfaktan low & high berdasarkan
KTK bentonit pllrifikasi............................................................ 52
Lampiran 3: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it 53
Lampiran 4: Grafik spektrum SEM-EDAX benton it pllrifikasi...................... 55
Lampiran 5: Grafik spektrum SEM-EDAX organoc/ay (low, 2 hari)............. 57
Lampiran 6: Grafik spektrllm XRD bentonit................................................. 59
Lampiran 7: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 1 hari) 60
Lampiran 8: Grafik spektrum XRD organoc/ay (low, 2 hari) 61
Lampiran 9: Grafik spektrum XRD organoc/ay (high, I hari) 62
Lampiran 10: Grafik spektrllm XRD organoc/ay (high, 2 hari) 63
Lampiran II: Perhitllngan d-spacing bentonit dan organoc/ay...................... 64
Lampiran 12: Grafik kestabilan panas organoc/ay (low, 2 hari) 65
Lampiran 13: Grafik kestabilan panas organoc/ay (high, 2 hari) 66
BABI
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bentonit merupakan salah satu komoditi mineral industri yang akhir-akhir ini
mendapatkan banyak perhatian para industriawan karena pemanfaatannya luas
(Wibowo, 2005). Pemanfaatan benton it diantaranya untuk peltambangan minyak
dan gas bumi, penjernihan kelapa sawit, pengolahan air lim bah dan bahan pengisi
obat dan kosmetik (Anonimous, 2005). Teknologi penambangan bentonit relatif
sederhana, karena umumnya kOll1oditi ini berada di dekat permukaan tanah dan
bahkan sudah ada yang tersingkap di permukaan akibat adanya proses pelapukan
(Sudradjar,2004).
Cadangan benton it di Indonesia seluruhnya sekitar 1,274 juta ton yang
tersebar di beberapa kabupaten, yaitu: Tasikmalaya (Keeamatan Karangnunggal),
Sukabumi (Kecamatan Lengkong dan Sagaranten), Cianjur (Keeamatan Campaka,
Sukanagara, Cibinong, Pagelaran, Tanggeung dan Kadupandak), Sumedang
(Keeamatan Tanjungkerta, Buahdua, Situraja dan Tomo), Kuningan (Kecamatan
Luragung, Ciawigebang, Cimahi dan Cibingbin), Ciamis, Sumedang dan Garut
(Arijin, 1997).
Salah satu aplikasi benton it di industri yaitu dalam bentuk organoclay.
Organoclay adalah bentonit yang sudah dimurnikan dari pengotor-pengotor
tertcntu dan diberi surfaktan tertentu. Penambahan surfaktan ini bertujuan untuk
merubah benlonil yang bersilill hidrolilik mcnjadi hidrof'obik dan bcrsifat non
2
polar. Hal ini bertujuan agar benton it bisa digunakan sebagai filler pada bahan
bahan tertentu yang sifatnya hidrofobik. Salah satu industri yang memanfaatkan
organoclay sebagaifiller adalah industri polimer.
Pada penelitian ini pembuatan organoclay akan diaplikasikan dalam bidang
polimer. Dcngan adanya organoclay yang berfungsi sebagai filler berskala nano
dalam sistcm polimer, sifat mckanik dan termal dari polimer murni dapat
meningkat secara signifikan. Sistem komposit antam bentonit dan polimer ini
discbut nanokomposit. Teknologi nanokomposit akhir-akhir ini menarik minat
peneliti karena aplikasinya yang luas, diantaranya yaitu sebagai gas barrier pada
sistcm pengcmasan makanan, reinforcement (penguat) danfiame retardancy pada
sistem polimcr (Anonimous, 2006).
1.2 Peru musan Masalah
Bentonit sebagai bahan dasar pembuatan organoclay masih mengandung
pengotor-pcngotor seperti kalsit, kwarsa, besi, dan senyawa-senyawa asam.
Pcngotor-pengotor ini dapat menghambat pembuatan nanokomposit dan dapat
mcmicu rusaknya polimer pada saat pemrosesan dengan suhu tinggi. Pengotor
tersebut dapat dipurifikasi dengan beberapa perlakuan kimia. Purifikasi benton it
merupakan tahap awal yang menentukan pada pembuatan organoclay. Proses
purifikasi ini dilakukan dalam em pat tahapan, yaitu menghilangkan karbona!,
kadar besi, materi organik dan mincral-mineral pengotor (Ammann, 2003).
Organoclay sebagai nanofiller pada sistem polimer masih banyak
kekurangan. diantaranya terjadinya collapse pada suhu tinggi. Untuk itu dilakukan
3
optimalisasi proses pembllatan lIntlik mendapatkan organoclay dengan stabilitas
termal yang tinggi. Organoclay juga diharapkan memiliki jarak antar lapisan
silikat (d-spacing) yang besar , karena d-spacing yang besar akan memuclahkan
organoclay terclistribusi pacla saat pencampllran dengan polimer.
1.3 Tlljuall
Tujuan penelitian ini yaitu melakukan purifikasi bentonit clan memperoleh
organoclay dari bentonit hasil purifikasi dengan d-spacing dan stabilitas termal
yang !inggi. Organoclay tersebut c1iharapkan c1apat diaplikasikan c1alam
pengembangan teknologi nanokomposit clan c1engan ini c1apat mengoptimalkan
pemanfaatan bentonit yang merupakan sumber c1aya alam Indon.esia.
BABlI
DASAR TEORT
2.1 LClllpung
2.1.1 Dcfinisi Lelllpung
Lempung (tanah liat) dileenal juga sebagai clay mempunyai beberapa
definisi tergantung dari ilmu tinjauannya, di antara definisi tersebut adalah:
1. Bidang Geogoli
Lempung adalah bahan alam yang berasal dad dalam tanah yang
sebagian besar leo~~posisinya adalah mineral yang berbentule lerista!.
Partileel lempung beruleuran sangat leecil, ukuran malesimal partikel
lempung adalah 211m.
2. Bidang Keramile dan Industri Kerajinan
Lempung adalah bahan yang berasal dad dalam tanah yang jika
dicampur air akan menjadi lengket dan bisa diubah-ubah bentuknya. Jika
sudah leering lempung akan menjadi keras dan rapuh selia tidak bisa lagi
dibentuk. Jilea lempung ini dipanaskan sampai berwarna kemerahan
maka akan bersifat lebih keras dan tidale bisa diubah lagi bentuknya
walaupun diberi air
Lcmpung terdir dari sejumlah kelompok aluminium terhidrat,
magnesium dan silileat besi yang pada umumnya mengandung ion Na, Ca, K
5
dan ion-ion lain. Kelompok utama mineral lempung adalah kaolin, smektit,
i1it, klorit, dan hormit.
Lempung adalah bahan mentah yang jumlahnya berlimpah di alam,
serta ll1empunyai berbagai sifat dan kegunaan yang berbeda-beda.
Kegunaannya dalam bidang industri dipengaruhi oleh: Komposisi mineral
lempung, kOll1posisi mineral non lempung, materi organik, jenis dan jumlah
ion yang dapat dipertukarkan, kelarutan, dan tekstur (Astuti, 2005).
2.1.2 Klasifikasi Lempung menurut struktnrnya
Amore ]----C Kelompok Allophan
,..--Equidimensional
contoh: kaolinit &dickit
2 lapi••truktur, terdiri dari ]-~.
tetrahedron & oktahedron Elongate (memanjang)L-i contah: halloy.!t
'--.
3 lapis struktur, tcrdiri dad ,..-- ExpandingI- 2 tetrahedron yang mengapit f--- (mcmbe.ar)
I oktahedron Kelornpok .mektit:
I Kristal f-MOl1morilonit,
vermiGulit, nontronit& saponitHStruktur lapisan yang tidak -
beraturan (kelompok chlorit) ~~ expanding (tdkmembesar) IIIIIn
-f Struktur ranlai(kelo-,?pok hormit)
Gambar I. Klasifikasi lell1pung berdasarkan strukturnya (Astuti, 2005)
6
2.2 Bentonit
Bentonit adalah salah satu jenis clay yang mengandung mineral
monmorilonit. Nama bentonit ini pertama kali digunakan oleh Knigh pada tahlln
1898 lIntlik slIatli jenis lempllng yang sangat plastis (koloid) yang terdapat pada
formasi Bentone, Rock, Creek, Wyoming, Amerika Serikat Pada tahlln 1960
Billson menemllkan bahwa mineral benton it terdiri dari 85% monmorilonit dan
sisanya merllpakan pengotor. Nama monmorilonit ini berasal dari jenis lempllng
plastis yang ditemllkan di Monmorillon, Perancis pada tahlln 1847 (Arifin, 1996).
Sifat dari clay terlltama monl11orilonit yang sangat penting sehingga banyak
digllnakan dalam komposit adalah Kapasitas Tlikar Kation (KTK) yang besar,
SlII.!Clce area yang besar dan lIkuran partikel yang kecil (Tabel 1).
Tabell Sifat fisik beberapa clay
Clay Ukurall Partikel SUlface Area KTK (meq/lOO(mm) '(m2/") "ram)
Monmorilonit 0,01 - 1,0 700 - 800 80 - 100
11 it 0,1 - 2,0 100 - 200 15 -40
Kaolinit 0,1-5,0 5 -20 3 - 15
7
2.2.1 Klasifikasi Bentonit
Berdasarkan mineral penyusunnya, bentonit dapat diklasifikasikan
sebagai berikut (Kloprogge, 1998 dan Anon;mous, 2006):
Rumus umum
Kelas
Sub Kelas
Kelompok
: [Na,Ca]O,33 [AI,Mgh Si4010 (OH12 . n f-hO
: Silikat
: Pilosilikat
: Smektit
2.2.2 Proses Pembentukan Bentonit
Secara umum, proses pembentukan endapan bentonit ada empat
macam. yaitu :
I. Endapan Hasil Pelapukan
Faktor utama dalam pembentukan endapan bentonit sebagai hasil pelapukan
adalah komposisi kimia dan daya lalu air pada baluan asalnya. Mineral
mineral utama dalam pembentukan bentonit antara lain adalah, plagioklas,
kalium-feldspar, biotit, muskovit serta sedikit kandungan senyawa alumina
dan ferromagnesia. Pembentukan bentonit dari proses pelapukan mineral
mineral tersebut. Pelapukan ini diakibatkan oleh adanya reaksi antara ion-ion
hidrogen yang terdapat dalam air tanah dengan senyawa silikat.
2. Endapan Proses Hidrotennal
Larutan hidrotermal merupakan larutan yang bersifat asam dengan
kandungan klorida, sulfur, karbondioksida, dan silika. Oalam proses ini
komposisi larutan hidrotermal berubah karena adanya reaksi dengan
8
batllan lain menjadi larlltan alkali. Larutan alkali ini, selanjutnya terbawa
keillar dan bersifat basa serta akan tetap bertahan selama lInslir alkali
tanah tetap terbentuk akibat penguraian batllan asa!. Pada alterasi lemah,
keterdapatan unSllr alkali tanah akan membentllk benton it.
3. Endapan Akibat Transfomlasi
Endapan benton it dapat terbentllk dari hasil transformasi debll gunung
api. Transformasi ini dapat terjadi dengan sempllrna apabila debu
terendapkan di dalam wadah berbentllk cekungan yang mengandung
mineral gelas gunllng api. Mineral-mineral ini secara perlahan-Iahan akan
mengalami transformasi yang selanjutnya akan menghasilkan bentonit.
4. Endapan Sedimen
Bentonit dapat terbentuk sebagai cadangan sedimen keadaan basa.
Mineral-mineral yang terbentllk secara sedimenter, salah satllnya adalah
benton it yang terbentllk dalam cekungan yang bersit:1t basa (Anonimous,
2004).
2.2.3 Jenis Bentonit
Bentonit dikenal dalam dllajenis yaitu:
I. Kalsillm Bentonit (Ca, Mg benton it)
Bentonit jenis ini mengandllng ion Ca2+ dan Mg2
+ yang relatif lebih
banyak dibanding ion Na+. Bentonit jcnis ini kllrang mcnyerap air, akan
tetapi secara ilmiah setelah diaktifkan dengan asam mempllnyai sifat
9
menyerap yang baik. Karena itu bentonit jenis ini banyak digunakan
sebagai penyerap (absorben).
2. Natrium Bentonit (Na bentonit)
Bentonit jenis ini mengandl1ng ion Na+ yang relatif lebih banyak
dibanding ion Ca2+ dan Mg2
+. Jika dicelupkan ke dalam air, bentonit ini
memiliki sifat mengembang yang sangat besar, hingga 8 - 15 kali. Dalam
keadaan kering Na-bentonit berwarna putih atau krim, sedangkan pada
keadaan basah bentonit berwarna mengkilap jika terkena matahari.
(Arifin, 1996).
2.2.4 Manfaat Bcntonit
Bentonit banyak dimanfaatkan l1ntuk berbagai aplikasi, diantaranya
sebagai berikut (Astuti, 2005):
1. Industri logam
Digl1nakan sebagai material pengikat l1ntuk persiapan lelehan besi dan blUa.
Sclain itu dengan penambahan bentonit dapat memperbaiki laju alir selia
stabi Iitas tennal produk.
2. Lingkungan
Sifat adsorbsi dan absorbsi bentonit sangat berguna untuk pengolahan air
Iimbah karena kemampl1annya untuk menyerap berbagai logam bera!.
10
3. Makanan dan minuman
Bentonit digunakan untuk menghilangkan pengotor dalam minyak sawit,
selain itu juga sering dipakai untuk menjernihkan air mineral, gula dan
madll.
4. Pertanian
Bentonit digunakan sebagai penukar ion untuk mernperbaiki kondisi
tanah yang kurang baik. Selain itu bila dipanaskan berfungsi sebagai
material berpori untuk digunakan sebagai penyerap herbisida dan
peslisida.
5. Farmasi dan kosmetik
Bentonit digunakan sebagai pengisi pada sediaan farmasi dan kosmetik
sehingga bisa terbentllk pasta yang dapat diaplikasikan untuk pembuatan
krim dan lotion.
2.2.5 PUl'ifilmsi Bentollit
Purifikasi bentollit adalah proses pellghilangan pengotor-pengotor
pada benton it untuk mendapatkan monmorilonit. Pengotor yang biasa
terdapat pada benton it adalah seperti mineral feldspar (AlSbOg), kalsit
(CaCO)). gipsllm (CaS04.2H20), kaolin it AbSbOs(OH)4, ilit (K,H30)
(AI,Mg.Feh(Si,AI)40IO[(OHh,(I-hO)], kwarsa, plagioklas, serta senyawa
pengotor lain seperti besi oksida (Fe203) dan materi organik. Kalsit, besi
oks ida dan materi organik dapat dihilangkan dengan perlakllan kimia.
11
Sedangkan kwarsa, feldspar dapat dihilangkan dengan pengendapan atau
fraksionasi (Ammann, 2003).
Selain itu proses purifikasi ini dapat merubah monmorilonit yang
multiklltion (memiliki kation lebih dari satu) menjadi unikation (memiliki
satu kation) dengan jenis Na-Monmorilonit. Hal ini bertujuan agar kation
anorganik tersebut lebih mudah dipertukarkan dengan kation organik dari
surfaktan pada proses pembuatan organoclay.
Purifikasi bentonit terdiri dari 4 tahap, yaitu:
I. Menghilangkan Karbonat
Senyawa karbonat pada bentonit dihilangkan dengan menggunakan
larutan buffer asetat (Natrium asetat-asam asetat). Hal ini bertujuan
untllk membebaskan karbonat yang terdapat pada bentonit sebagai
CaC03. Pada reaksi ini dihasilkan gelembung gas C02 yang
mengindikasikan adanya senyawa karbonat.
Reaksinya adalah CO/" + 2H+ -> H20 + CO2
2. Menghilangkan Besi
Mineral bentonit mengandung kadar besi yang clikup tinggi (±6,39 %).
Bcsi pada bentonit hanls dihilangkan, karena besi dapat menjadi perusak
prodllk akhir setelah organoclay dicampllrkan dengan material lain,
misalnya bila dicampllrkan dengan polimer.
Kadar besi diminimalisasi dengan menggllnakan larutan bufer sitrat (Na
sitrat dihidrat, C6HsNa307.2H20; Na-bikarbonat, NaHC03) dan Na
ditionat (Na2S204) untllk meredllksi besi oksida.
12
Reaksinya: s20l- + 2Fe3+ + 40H" -- 2 S032-+ 2Fe2
+ + 2H20
Setelah direduksi menjadi Fe2+ maka ion besi akan dikomplekskan oleh
Na-sitrat dihidrat.
3. Menghilangkan materi organik
Materi organik pada bentonit dihilangkan dengan menggunakan larutan
Natrium asetat dan H202. Penggunaan larutan Na-aseta.t selain sebagai
buffer juga bertujuan agar terjadi pertukaran ion antara Ca2+ dalam
bentonit dengan ion Na+ dalam larutan. Sedangkan H20 2 berfungsi
sebagai pengoksidasi materi organik.
Reaksinya: Materi organik (CHO) + H202 -- C02 + HP
4. Fraksionasi
Fraksionasi atau pengendapan dilakukan untuk mendapatkan
monmorilonit dengan ukuran partikel yang seragam, dan juga untuk
menghilangkan mineral pengotor seperti kwarsa, ilit dan kalsit.
Fraksionasi dilakukan berdasarkan perbedaan massa jenis, prosesnya
yaitu dengan mendispersikan bentonit dalam air selama beberapa waktu.
Karena massa jenis monmorilonit lebih kecil dibandingkan mineral lain,
maka mineral monmorilonit akan mengambang di permukaan air,
sedangkan mineral pengotor akan mengendap (Ammann, 2003). Massa
jenis mineral pengotor bentonit diantaranya ilit, kalsit dan kwarasa
berturut-turut yaitu 2,75; 2,7; 2,65, sedangkan massaje:nis monmorilonit
yaitu 2,4 (Anonimous, 2006).
13
2.2.6 Struktur Moumorilouit
Struktur mineral monmorilonit terdiri dari tiga unit lapisan, yaitu dua
unit lapisan tetrahedral (mengandung ion silikon) mengapit satu lapisan
oktahcdral (mengandung ion besi dan magnesium). Ketebalan tiap lapisan
monmorilonit sekitar 0,96 nm dan d-spacing-nya sekitar 1,2 - 1,5 urn
(Gungor, 2000). Struktur monmorilonit dapat dilihat pada Gambar dibawah
ini:
Ec:
1'1.
Ec:
'"~
=:::-~nr.::H,0 Cat ...en'" exChonge cationsNa· Nn-+
intcrlaycr
~g} layer I - tetrahedral
40+2011 }4(AI +Mg) layer 2 - octahedral40+2011
~~} layer 3 - tetrahedral
interlayer
no}4S; layer I - tet;ahedral
exchangecationsAIH
Mg'+FcH
Fe3+Li+
AIH
Mg'+Li+11+Na+Cat+AIH
Gamba.. 2. Struktur Monmorilonit
2.2.7 Kapasitas Tuka.. Katiou Bcntonit
Kapasitas tukar katian bentanit adalah kapasitas bentonit untuk
menyerap dan menukar kation (Laz, 2004). Katian yang tertukar disebut:
exchangeable cations, sedang proses pertukaran disebut cation exchange
(pel1ukaran kation) (Elisa, 2004).
Cara penentuan KTK bentonit diantaranya dilakukan dengan
menggullakan amonium asetat. Prinsipnya adalah kation-katioll seperti Na+,
14
Mg2+ dan K+ dapat dipertukarkan dengan ion NH4+ dalam larutan amonium
asetat (pH 7). Kadar ion amonium dalam sampel clay ditentukan dengan
metode Kjeldahl. Metode ini menggunakan larutan NaOH 50% untuk
memprotonasi sampelmenjadi amonia. Hal ini dilakukan dengan cara destilasi.
Destilat direaksikan dengan asam sulfat (H2S04) untuk menangkap amonia.
Destilat dititrasi dengan NaOH untuk mengetahui kelebihan asam sulfat dengan
mengubahnya menjadi natrium sulfat (Na2S04),' Titrasi dilakukan dengan
menggunakan indikator Conway (kisaran pH 4,2 - 6,2). Indikator ini merupakan
campuran dari zat wama metilmerah danmetilen biru (Ammann, 2003).
Clay-Na + NH40Ac -> Clay-NH4 + NaOAc
NH3+ + OH' -> NH3 +H20
NI-!) + H2SO4 -> (NH4hS04
H2SO4 + NaOH -> Na2S04
Destilasi tanpa sampel bentonit diulangi sebagai blanko. Hal ini
dilakukan untuk mengetahui ion amonium yang terikat pada organoclay.
Besarnya ion amonium yang terikat ini merupakan nilai KTK.
KTK = (mL NaOH blanko-mL NaOH sampel) x M NaOH x 100mL NaOH sampel
Kapasitas Tukar Kation pada bentonit dipengaruhi oleh kandungan
benton it, tipe bentonit dan kandungan bahan organik. KTK pada monmorilonit
sekitar 80-100 meq/l00 gr (Pullman, 2004).
15
2.3 Orgllnocllly
Organoclay terbentuk dari hasil penggantian kation anorganik, seperti
natrium, kalsium dan magnesium pada permukaan partikel bentonit dengan suatu
kation organik yang berasal dari surfaktan tertentu. Pada saat pemasukan
surfaktan ke dalam lapisan bentonit, sebaiknya bentonit dalam keadaan
mengembang (swelling). Berbeda dengan zeolit, bentonit memiliki sifat
mengembang yang baik, pengembangannya bisa mencapai 15 kali. Dalam
keadaan mengembang lapisan bentonit akan terbuka atau d-spacing sedikit
membesar, sehingga memudahkan surfaktan masuk ke dalamnya (Ammann,
2003). Gambar 3 merupakan ilustrasi bentonit sebelum dan sesudah swelling.
Swelling
Gambar 3. I1ustrasi Swelling pada bentonit
Surfaktan yang digunakan dalam pembuatan organoclay biasanya adalah
garam amonium kwartener (~Ntcr yang sedikitnya memiliki satu rantai alkil
panjang. Amonium kwartener ini merupakan jenis kationik amonium klorida,
yang mempunyai muatan positif pada salah satu ujung rantainya. Muatan ini
diturunkan dari ion nitrogen pada gugus karboksil, pertukaran ion terjadi dengan
ion Na, Ca, dan Mg pada permukaan monmorilonit. Hal ini bertujuan untuk
mengubah bentonit yang bersifat hidrofilik menjadi hidrofobik (organofilik),
16
sehingga dapat berpadu dengan suatu bahan yang bersifat hidrofobik, contohnya
polimer (Anonimous, 2006).
Na-bentonit + H02C-R-NH/CrBentonit surfaktan
---~ H02C-R-Nl-h+-bentonit + NaCIorganoclay garam
Penambahan surfaktan bertujuan untuk mengurangi gaya tarik antar lapisan
monmorilonit sehingga jarak antar lapisan dapat bertambah besar yaitu diatas 1,5
nm. Peningkatan d-spacing ini akan memudahkan polimer masuk ke dalam
organoclay (intel'kalasi) dan lapisan organoclay akan mudah terlepas satu sama
lain atau tereksfoliasi (Gambar 8). Penambahan surfaktan pada organoclay
disebut dengan surface treatment (Liza, 2005).
~» 1'5nmL ~ Surface ~ 7'
Treatment
Gambar 4. lIustr.si Surface Treatment
Posisi susunan rantai alkil (surfaktan) dalam organoclay mempengaruhi d-
,pacing organoclay. Susunan rantai alkil terdiri dari 3 jenis (Alexandre, 2000), yaitu:
Gambar 5. Jcnis susunan alkil dalam lapisan organoclay. a) lateral satu lapis(monolayer); b) lateral dua lapis (bilayer); c) paraffin satu lapis(monolayer) dan d) paraffin dua lapis (bilayer).
17
Organoclay telah digunakan dalam berbagai bidang seperti pada industri cat,
indllstri pembuatan kertas dan pemboran minyak bumi. Dalam bidang polimer
pemanfaatan organoclay lebih maju lagi yaitu dalam bentuk nanokomposit.
Berbagai penelitian terdahulu telah menemukan bahwa kandungan 5%
nanokomposit dapat memperbaiki sifat termal dan mekanik pada polimer
(Anonimous, 2006).
2.4 Surfaktan
2.4.1 Pengertian Snrfaktan
Surfaktan (SUIface Active Agents) adalah suatu zat yang dapat
mengllrangi atau menllrunkan tegangan permukaan zat cai:r; misalnya sabun
atau detergen, asam sulfonat, dan zat-zat organik tertentu. Surfaktan dapat
pula disebut zat aktifpermukaan atau zat pembasah (Arsyad, 2002). Ditinjau
dad sisi hasH penemuan dapat dinyatakan bahwa molekul zat aktif
pennllkaan terdiri dari dua bagian yang penting yaitu hidrofilik (menarik air)
dan bagian hidrofobik (menolak air) (Anonimous, 2006).
Gamba" 6. !lustrasi Struktur Surfaktan
18
2.4.2 Klasifikasi Surfaktan
Berdasarkan gugus hidrofilik yang dimilikinya surfaktan
diklasifikasikan sebagai berikut (Anonimous, 1986):
1. Surfaktan Anionik
Surfaktan anionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya bermuatan
negatif. Contohnya Natrium Stearat, CH3(CH2)16CO()"Na+.
2. Surfaktan Non lonik
Surfaktan non ionik adalah surfaktan yang gugus aktifnya tidak
berl11uatan (tidak terdisosiasi di dalam lamtan). Contohnya Poliostilen
lauril ester, CI2H2S0(C2H40)sH.
3. Surfaktan Amfoter
Surfaktan jenis ini gugus hidrofiliknya dapat terionisasi l11embawa
l11uatan positif atau negatif tergantung pH lamtan. Contohnya Dodesil
betain, CH3(CH2)11 NHCH2CH2COOI-I.
4. Surfaktan Kationik
Surfaktan kationik adalah surfaktan yang mempunyai gugus aktif yang
berl11uatan positif. Contohnya Dodesil trimetil amonium bromida,
CH3(CH2)ISN(CH3)3+B(.
19
Pada penelitian ini digunakan surfaktan dari jenis kationik amonium
kwartener, yaitu di(hydrogenated tallow)dimetilamonium klorida (DTDA).
Stllrllktllr sllrfaktan DTDA dapat dilihat pada Gambar 7.
Gamba .. 7. Sturktur surfaktan DTDA (Anonimous, 2006)
Slirfaktan ini memiliki rantai karbon (RJ dan R2) yang panjang dengan
komposisi yang berbeda. Komposisi rantai hidrokarbon surfaktan DTDA dapat
dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Distribllsi Panjang Rantai Hidrokarbon Surfaktan DTDA
Cl2 Cl41% 4%
Cl631%
CIS64%
20
2.5 Nanokomposit Polimer - Clay
2.5.1 Pengertian Nanokomposit Polimer - Clay
Komposit polimer-cltry merupakan bahan dengan matrik polimer yang
diperkllat dengan nanojiller, Salah satu nanojiller yang digunakan untuk
pembllatan nanokomposit polimer-cltry adalah bentonit. (Limpanart, 2005),
Berdasarkan dispersi benton it ke dalam matrik polimer, formasi nanokornposit
polimer dibagi menjadi 3 tipe: Pertama, komposit konvensional, dimana
kumplilan lapisan bentonit berukuran mikropartikel atau tactoid. Kedua,
nanokomposit yang terinterkalasi, dimana jarak antal'a lapisan bentonit
diperbesar dengan masuknya matrik polimer dan sllsunan lapisan bentonit tidak
berubah. Ketiga, nanokomposit yang tereksfoliasi, dimana lapisan bentonit
terpisah menjadi lapisan individu dan terdistribllsi seeara aeak pada matrik
polimer (Liza, 2005).
#~Layered siHcale Polymer
11\
.~.Phll$e separated(microcomposite)
Intercalated Ex(ollaled{nanocomposlle) (nanocomposite)
Gambar 8. Struktur Komposil Polimer-Clay (Anonimous. 2005)
2]
2.5.2 Aplikasi Nanokomposit Polimer - Clay
Aplikasi nanokomposit polimer-clay sangat luas, akan tetapi
kontribllsi teknologi yang dikembangkan pada prinsipnya meliputi: gas
barrier. reinforcement, dan flame retardancy.
1. Cas Barrier
Peningkatan sifat gas barrier pada nanokomposit sangat bermanfaat
dalam aplikasi kemasan makanan, baik kemasan fleksibel maupun rigid.
Sebagai contoh dalam kemasan llntuk daging, keju, sereal dan makanan
yang dididihkan dalam kemasan, selain itu juga minuman berkarbonasi
(Liza, 2005). Partikel nanoclay akan dapat menaikkan tortuosity, yang
. dapat memperlambat transmisi senyawa-senyawa seperti oksigen, uap air
dan lain-lain. Penggllnaan nanokomposit diharapkan dapat
mcningkatkan ketahanan makanan tersebut (Cahyo, 2005).
'Tortuous Path..
Gambar 9. Tortuosity Path (Anonimous, 2005)
2. Reinforcement (penguat)
Lapisan benton it dengan llkuran nano berfllngsi sebagai nucleating
agent, agar ukuran kristal menjadi kecil sehingga interaksi antar
pcrmukaan pada kristal menjadi lebih besar dan material menjadi lebih
22
kllat sehingga dapat menaikkan slIhll heat deflection temperature (Liza,
2005). Selain itll dengan bersifat sebagai nucleating agent benton it dapat
meningkatkan transparansi polimer (Anonimous, 2006).
3. Flame retardallcy
Penambahan nanoclay dapat mengllrangi flammability dari material
pol imer. Adanya partikel bentonit membantll pembentukan char (lapisan
karbon) yang dapat menghambat oksigen pada permllkaan material yang
terbakar tanpa menggllnakanflame retardant (Liza, 2005).
Polymer Polymer
Gllmbar 10. Mekanisme Flame Retardanry pada nanokomposit (Al1ol1imous, 2006)
2.6 Alat Vji
2.6.1 Scalllling Electroll Microscope-Energy Dispersive By X-Rays
(SEM-EDAX)
SEM-EDAX merupakan singkatan dari Scanning Electron
Microscope - Energy Dispersive Analysis by X-Rays. SEM-EDAX
merupakan alat yang terdiri dari dua instrumen, yaitu SEM dan X-ray. Alat
ini digunakan untuk melihat perbesaran suatu material, dan dapat
menerangkan unsur-unsur yang terkandung dalam suatll material.
23
Prinsip kerja alat ini yaitu berdasarkan radiasi sinar X yang
mengeksitasi atom-atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada saat atom
tersebut kembali ke keadaan awal, maka akan memancarkan energi yang
spesifik untuk setiap unsurnya (Anonimous, 2006).
PO'iftt ),YlI", AiUl!lgSi.>Pply ~"rtpllUf'1 10
o.~ll)r
C"nyerfi!(IAct:!'--____________ _---J
Gambar II. Alur Kerja Instrumen SEM-EDAX (Perkes, 1999)
Sebelum sampel dianalisa, perlu dilakukan coating (pelapisan) dengan
emas (Au) atau karbon (C). Hal ini bertujuan agar dapat menghantarkan
elektron pada sampel yang berasal dari electron beam dar! instrumen ini.
.~..-_I[r-.:.,~.:::r Jh~} tl
) lGambar 12. Skema Mekanisme Coating (Grunberger, 1999)
24
2.6.2 X-Ray Diffraction (XRD)
Analisa dengan XRD dilakukan untuk mengetahui jarak antar lapisan
basal Vi-spacing) pada suatu material. Prisnip kerja alat ini yaitu
berdasarkan difraksi sinar X yang menghasilkan sudut 28 yang spesifik
untuk setiap unsur. Hubungan ini dapat diterangkan dengan persamaan
Bragg: n A~ 2 d Sin (3 (Kellner, 1998).
Dimana, n ~ nomor kulit atom (I, 2, 3)
A~ panjang gelombang (A)
d ~ jarak antar lapisan kristal (A)
8 ~ sudut difraksi
Focus
.........
.. '_.-.-.- ....- .-.....
.. · ..... .Measunng Cltcl~ .... ·"".-._._.- .....
\
I
I
I
I,;
.I,,.',
./
Oetector
o Glancing angle20 Diffraction anglea. Aperture angle
Gamba .. 13. Ailir Kerja Instrumen XRD (Hull, 2004)
25
2.6.3 Thermal Gravimelly Analyzer (TGA)
Instrumentasi TGA merupakan salah satu metode dasar untuk analisa
terma!. Prinsip kelja alat ini adalah mengllkur perllbahan massa sampel
terhadap meningkatnya temperatur. Dengan alat ini dapat diketahui
kestabi Ian sampel terhadap pengaruh pemanasan. Instrllmentasinya terdiri
dari timbangan analitis,fiirnace dan sistem pengolah data (Kellner, 1998).
Gas in,
Gambar 14. Alur Kerja Instrumen TGA (Hull, 2004)
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktll dan Tempat Pellelitian
Penelitian dilakllkan dari bulan Mei sampai September 2006 di
Laboratorium Kimia Analitik Sentra Teknologi Polimer (STP), Gedung 461,
PUSP1PTEK Serpong.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
1. Alat Laboratorillm
Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah peralatan gelas,
lumpang dan mortar, timbangan analitik, oven, termometer sieve sheaker,
magnetic strirrer
2. Alat Vji
- Scanning Electron Microscope (SEM-EDAX) tipe XL-30 Philips, USA
Analisa dengan alat ini dilakukan untuk menentukan kandungan
UIlSUr.
- X-Ray Difji-action (XRD) Tipe XD-61 0 Shimadzu, Jepang
Analisa dengan alat ini dilakukan untuk analisa jarak antar lapisan
silikat (d-spacing).
27
- Thermal Gravimetric Analyzer (TGA) Mettler Toledo, !tali
Analisa termal ini dilakukan untuk mengetahui perubahan massa
sebagai fungsi temperatur.
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
- Bentonit yang berasal dari daerah Bogor, Jawa Barat
- Surfaktan DTDA [di(hydrogeneted tallow)dimetilamonium klm'ida]
- Bahan-bahan kimia (pro analis) dari Merck, Jerman, yaitu: Natrium
Asetat (CI-!}COONa), Asam Asetat (CH3COOH), Natrium Sitrat
Dihidrat (C6HsNa307.2I-hO), Natrium Bikarbonat (NaHC03), Natrium
Ditionat (Na2S204), Natrium Klm'ida (NaCI), Asam Klorida (HCI),
Hidrogen Peroksida (H20 2), Etanol, 2-Propanol, Natrium hidroksida
(NaOH), Asam suifat (H2S04), Amonium asetat (CI-!}COONf4),
- lndikator Conway (campuran metilen merah dan metilen bim)
- Air destilasi
28
3.3 Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalal11 skala laboratorium, dan secara garis besar
terdiri dari pllrifikasi bentonit, pel11bllatan organoclay, karakterisasi, selia analisa.
Karakterisasi:• SEM• XRD• KTK
Karakterisasi:• SEM• TGA• XRD• KTK
11'--......,:>
nPel11buatanUOrganoclay
Bentonit
Organoclay
Karakterisasi:Bentonit Pllrifikasi " • SEM I
• KTK
Gambar 15. Tahapan Proses Penelitian
Pembllatan organoclay dari bentonit dibagi menjadi .3 tahap. Perlama,
karakterisasi bentonit, yang terdiri dari karakterisasi SEM, XRD dan KTK.
Kedua, puril'ikasi bentonit dan karakterisasi. Pllrifikasi ini dilakukan untuk
mendapatkan bentonit yang bebas dari kontaminan yang tidak diinginkan,
seperti besi, selanjutnya benton it pllrfikasi dikarakterisasi dengan SEM-
EDAX dan KTK. Keliga, pembllatan organoclay dan karakterisasinya.
29
Organoclay dibuat dari bentonit purifikasi, kemudian organoclay yang
dihasilkan dikarakterisasi dengan KTK, SEM, TGA, dan XRD.
3.4 Cam Kerja
Prosedllr penelitian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitll preparasi bentonit
dan karakterisasi awal, pllrifikasi, pembllatan organoclay dan karakterisasi akhir.
3.4.1 Preparasi bentonit
1. Sebanyak 300 gram bentonit digerus dengan menggunakan Ilimpang dan
mortar, kemlldian diayak dengan sieve shaker yang memplinyai ukuran
pori 63 !-lITI (225 mesh). Selanjutnya bentonit dipanaskan di dalam oven
dengan sllhu 105°C selama 2 jam, dan siap untllk digunakan pada proses
selanjutnya.
2. Bentonit yang sudah dipreparasi kemudian dikarakterisasi awal, yaitu
penentuan Kapasitas TlIkar Kation (KTK), dan analisa dengan instrumen
SEM-EDAX, dan XRD.
3.4.2 Prosedur Purifikasi Bentonit
Prosedur purifikasi bentonit mengacu pada penelitian sebelumnya
yang dilakllkan oleh Retno tentang purifikasi bentonit dan pembuatan
organoclay (Astuti, 2005). Purifikasi bentonit dilakllkan lIntuk
menghilangkan senyawa-senyawa pengotor seperti besi oksida (Fez 03),
kalsilll11 karbonat (CaC03) dan materi organik (CHO) (Ammann, 2003).
Prosesnya dengan menggllnakan pereaksi-pereaksi kimia yang dapat
30
mengoksidasi atau mereduksi pengotor tersebut. Selain itu dilakukan
fraksionasi untuk menghilangkan mineral-mineral pengotor seperti ilit,
kwarsa, kalsit, dan feldspar. Setelah dipurifikasi, bentonit dinamakan
bentonit purifikasi. Proses purifikasi benton it dibagi menjadi 4 tahap, yaitu:
1. Mcnghilangkan karbonat
Bentonit yang telah dipreparasi awal, ditimbang sebanyak 100 g,
kel1llldian didispersikan dalam 200 mllarutan Natrium asetat-Asam asetat
I N (82 g natrium asetat dan 60 g asam asetat dalam 1000 mL aquades),
kel1llldian distirer selama 24 jam, sehingga gelembung C02 yang
merllpakan indikasi adanya karbonat sudah tidak tampak pada larutan.
Suspensi bentonit dan Na asetat-asam asetat disentriii.Igasi, kemudian
filtratnya dibuang. Purifikasi karbonat dilakukan 2 kali untuk
menyempurnakan reaksi. Endapan yang dihasilkan diproses ke tahap
selanjlltnya.
2. Mcnghilangkan Bcsi
Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 300 ml
larutan buffer sitrat (115 g (0,37 mol) natrium sitrat dihidrat, 8,5 g (0,1
mol) natrium bikarbonat, dan 70 g (1,2mol) natrium bikarbonat dalam IL
aqllades), dan ditambahkan 36,54 gr Natrium Ditionat. Suspensi bentonit
distirer selama 70 jam, kemudian disentrifugasi dan dicuci sebanyak
empat kali dengan larutan Natrium klorida-asam klorida. Prosedur ini
31
diulangi sebanyak dua kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan yang
dihasilkan diproses ke tahap selanjutnya.
3. Menghilangkan Mated Organik
Endapan bentonit dari tahap sebelumnya didispersikan dalam 500 mL
larutan natrium asetat 1 N, kemudian ditambahkan 170 mL 30 % w/w
larutan peroxida. Suspensi distirrer pada suhu 90°C selama 10 jam,
kemudian dilanjutkan pada suhu kamar selama 20 jam. Setelah itu
suspensi tadi disentrifugasi, kemudian filtrat dibuang dan endapannya
dieuei dengan larutan NaCI 1 N sebanyak 3 kali. Endapan tersebut
di fraksionasi.
4. Fraksionasi
Endapan benton it dari tahap sebelumnya dieuci dengan aquades, untuk
menghilangkan kelebihan garam, kemudian disentrifugasi. Filtratnya
dibuang dan endapan didispersikan ke dalam 9 L aquades dan didiamkan
selama 60 jam. Suspensi benton it dari bagian atas sampai 5 em dari
bawah diambil dan dipanaskan di hot plate, kemudian dikeringkan dalam
oven vakum pada suhu 70°C selama 24 jam. Setelah itu benton it digerus
dengan mortar, dan didapatkan benton it purifikasi. Selanjutnya benton it
purifikasi dikarakterisasi dan diproses menjadi organac/ay.
32
3.4.3 Karakterisasi Bentonit Pnrifikasi
1. Penentnan Kapasitas Tnkar Kation (KTK)
Penentnan KTK bentonit purifikasi dilakukan untuk mengetahui ada
tidaknya perubahan KTK bentonit setelah purifikasi. Prosedur penentuan
KTK bentonit sebagai berikut:
1. Persiapan sampel
Sebanyak 1,00 gram sampel bentonit ditambahkan 20 ml larutan
NH4Ac 3 M, kemlldian distirrer pada sllhu kamar selama 24 jam.
Setelah 24 jam, suspensi bentonit disentrifugasi selama 10 menit
dengan kecepatan 5000 rpm, ekstrak NH4Ac dibllang. Prosedur ini
dilakukan sebanyak tiga kali untuk menyempurnakan reaksi. Endapan
bentonit dicllci dengan etanol, kemudian disentrifugasi (penclician dengan
alkohol dilakllkan hingga 5 kali).
2. Destilasi
Setelah dicuci endapan bentonit dipindahkan secara kuantitatif ke
dalam labu didih kemudian ditambahkan 100 1111 aqllades, 10 1111
NaOH 50% dan beberapa butir labu didih, kemudian didestilasi.
Destilat ditampung dalam Erlenmeyer 250 ml yang berisi 12,5 ml
H2S04 0,1 N dan 5 tetes indikator Conway. Destilasi dihentikan jika
destilat yang ditampung mencapai kira-kira 100 ml.
33
3. Titrasi
Destilat dititrasi dengan NaOH 0,1 N sampai warna larutan berubah
menjadi hijau. Dilakukan destilasi tanpa sampel bentonit sebagai
blanko.
2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX
Karakterisasi bentonit purifikasi dengan instrumen SEM-EDAX
dilakukan untuk mengetahui unsur atau pengotor apa saja yang dapat
dihilangkan atau dikurangi pada proses purifikasi.
3.4.4 Pembuatan Orga/locfay
Pcmbuatan Organocfay dilakukan dengan mereaksikan bentonit
purifikasi dengan surfaktan kationik jenis amonium kwartener [~N+Cr].
Surfaktan yang digunakan yaitu DTDA atau di(hydrogenated
tallow)dimetilamonium klorida [R2N+(CH3h]CI', komposisi rantai
karbonnya dapat dilihat pada Tabel 2. Sebelum pencampuran dengan
surfaktan, benton it disuspensikan dalam air. Hal ini bertujuan agar bentonit
mengalami pengembangan (swelling). Waktu !>welling bentonit divariasikan
I hari dan 2 hari. Konsentrasi surfaktan juga divariasikan, yaitu konsentrasi
rendah sebesar satu kali KTK, dengan massa surfaktan 1,78 gram, dan
konsenlrasi tinggi sebesar dua kali KTK bentonit, dengan massa surfaktan
3,886 gram (perhitungan lihat Lampiran 2). Konsentrasi surfaktan dan waktu
swelling divariasikan untuk mendapatkan kondisi optimal pembuatan
organoclay. Prosedur pembuatan organoclay adalah sebagai berikut:
34
1. Sebanyak 4,00 gr bentonit disuspensikan dalam 100 mL aquades,
kemudian distirrer selama 24 jam (untuk 1 hari swelling) pada suhu
kamar dan dilanjutkan pada suhu 50-70°C selama 30 menit. Pada saat
suspensi benton it dipanaskan, dibuat larutan surfaktan. Sebanyak 1,78
gram surfaktan DTDA (untuk organoclay low) dilarutkan dalam 20 ml
eampuran aquades : 2-propanol 1: 1 dengan eara distirrer pada suhu 50
70°C selama 30 menit.
2. Setelah itu larutan surfaktan dituangkan perlahan-Iahan ke dalam
suspensi bentonit sambil distirrer dengan keeepatan tinggi pada suhu 50
70"C selama 2 jam. Endapan disaring kemudian dicuei sebanyak 4 kali
dengan pelarut surfaktan (aquades: 2-propanoll:l) dan 1 kali dengan 2
propanol. Peneucian dilakukan agar organoclay bebas dari surfaktan sisa
(sllrfaktan yang tidak berikatan dengan benton it purifikasi) dan bebas
dari ion CI". Endapan dikeringkan di dalam oven vakulTI pada suhu 70°C
selama 24 jam. Setelah itu, endapan digerus dengan mortar dan
didapatkan organoclay. Organoclay yang dihasilkan dikarakterisasi dan
diallalisa.
3.4.5 Karaktcrisasi Organoclay
I. Kapasitas Tukar Kation (KTK)
Prosedllr penentllan KTK organoclay sama dengan penentuan KTK
benton it purifikasLPenentllan KTK organoclay dilakllkan llntllk
mengctahlli ada tidaknya perubahan KTK benton it purifikasi setelah
dibuat organoclay.
35
2. Karakterisasi dengan SEM-EDAX
Karaktedsasi dengan SEM-EDAX dilakukan untuk mengetahui
masuknya surfaktan dengan melihat persentase unsur karbon (C). Sampel
yang dianalisa sebanyak I sampel, yaitu organoclay (low, 2 had).
Prosedur:
Sampel di coating emas (Au) dengan kondisi vakum 10,1 - 10'2 mbar
dan inert. Setelah di coating sampel dimasukkan ke dalam chamber
dalam alat SEM, dengan kondisi vakum sampai 2,7 . 10.3 bar.
Kemudian detektor EDAX diisi dengan N2 cairo Selanjutnya electron
beam dinyalakan, dan siap dianalisa.
3. Karakterisasi dengan TGA
Karakterisasi dengan TGA dilakukan untuk mengetahui stabilitas tennal
organoclay dan komposisi kandungan mated organik (surfaktan) dan
mated anorganik (bentonit). Sampel yang dianalisa sebanyak 2 sampel,
yaitu organoclay (low, 2 hari) dan organoclay (high, 2 hari).
Prosedur:
Sebanyak 10 - 20 mg sampel dimasukkan ke dalam crlli.~ible aluminium
oksid, kemudian dimasukkan dalam chamber TGA yang telah di set
program pemanasannya sebagai berikut:
50 - 600°C dengan aliran gas N2 80 mllmenit. Iso tennal pada suhu 600°C
selama 5 menit dengan aliran gas N2 80 mllmenit. 600°C - 900°C dengan
ali ran gas Ch 80 mllmenit.
36
4. Karakterisasi dengan XRn
Karakterisasi dengan XRD dilakukan untuk melihat ada tidaknya
peningkatan d-;,pacing organoclay dari bentonit. Sampel yang dianalisa
sebanyak 5 sampel, yaitu benton it, organoclay (low, I hari), organoclay
(low, 2 hari), organoclay (high, I hari), dan organoclay (high, 2 hari).
Prosedur:
Sampel dituang ke sample holder, kemudian dipadatkan dan diratakan
pennukaannya. Selanjutuya sample holder tadi dipasang ke dalam
goniometer yang telah diset parameter pengukurannya, yaitu dengan
menggunakan radiasi CuKu dengan kecepatan 0,5°/l11enit dan 28 (1-10)°.
BABIV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Kapasitas Tllkar Katinn (KTK)
Kapasitas tukar kation bentonit dan organoclay perlu diketahui untuk
memastikan adanya pertukaran kation dari bentonit dengan kation organik
(amonium) dari surfaktan DTDA. Perhitungan KTK dapat dilihat pada Lampiran
1. I-Iasil penentuan KTK bentonit dan bentonit purifikasi dapat dilihat pada Tabel
3 dan hasil penentuan KTK organoclay dapat dilihat pada Tabel4.
Tabel 3. KTK Bentonit dan Bentonit purifikasi
Sampel KTK (meq/l 00 gr)
Bentonit 45,05
Bentonit purifikasi 80,56
Data pada Tabel 3 menunjukkan bahwa KTK bentonit purifikasi lebih besar
dibandingkan bentoni!. KTK bentonit sebesar 45,05 meqll 00 gr dan KTK
bentonit puritikasi yaitu 80,56 meq/IOO gr. Hal ini berarti pada bentonit purifikasi
te~jadi peningkatan KTK sebesar 34,50 meq/l 00 gr dari bentoni!. Peningkatan ini
terjadi karena pengotor-pengotor pada bentonit purifikasi seperti Besi (Fe), Materi
Organik (CI-IO) dan mineral pengotor lain telah dihilangkan, sehingga tidak
menghalangi bentonit untuk bertukar kation.
Tabcl4.
38
KTK organoclay berdasarkan waktu swelling dan konsentrasi sllrfaktan
I KTK Or~anoclav(meg/IOO gr),
i Waktll swellingKonsentrasi Surfaktan
I Low Highi,1 hari 16,43 9,01
i 2 hari 15,35 9,01
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa KTK organoclay yang dibuat dengan
konsentrasi surfaktan rendah (organoclay low) yaitu 16,3 meqll 00 gr (untuk 1
hari swelling) dan 15,35 meq/] 00 gr (untuk 2 hari swelling). Sedangkan KTK
organoclay yang dibuat dengan konsentrasi surfaktan tinggi (organoclay high)
sebesar 9,0 I meq/lOO gr, baik untuk I hari mauplln 2 hari swelling. Ini berarti
bahwa organoclay low, baik untuk 1 hari mallpun 2 hari swelling, memiliki KTK
yang lebih linggi dibandingkan organoclay high. Hal ini disebabkan pada
organoclay low, pertukaran kation anorganik dari bentonit dengan kation organik
dari surfaktan lebih rendah dibandingkan organoclay high.
Selain itu pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa waktu swelling 1 hari dan 2 hari
tidak berpengaruh seeara signifikan pada nilai KTK, baik pada organoc!ay low
maupun organoc!ay high. Hal ini menunjukkan bahwa waktu swelling bentonit
selama I hari sudah optimal.
KTK organoclay mengalami penurunan bila dibandingkan dengan KTK
bentonit maupun bentonit purifikasi (Lihat Tabel 3). Hal ini c1isebabkan kation-
kation anorganik pada organoc!ay telah dipeltukarkan dengan kation organik yang
berasal dari surfaktan. Hal ini selanjutnya dapat dipastikan dengan data yang
diperoleh dari analisa SEM-EDAX. Menllrut hasil analisa SEM-EDAX,
persentase lInsur karbon pada organoc!ay meningkat dibandingkan bentonit
39
mallplln benton it purifikasi (Lihat Tabel 5). Hal ini menllnjukkan masuknya
surfaktan DTDA yang memiliki rantai alkil panjang (Lihat TabeI2).
4.2 Analisa Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive by X-Rays
(SEM-EDAX)
Analisa dengan SEM-EDAX pada benton it dilakukan untuk mengetahui unSllr
yang terkandung. Pada benton it pllrifikasi analisa SEM-EDAX dilakukan llntuk
mengetahui llnSllr atau pengotor yang dapat dihilangkan pada proses purifikasi.
Sedangkan analisa SEM-EDAX pada organoc/ay dilakukan untuk memastikan
masuknya sllrfaktan pada bentonit. Grafik spektrum SEM-EDAX dari bentonit,
benton it pllritikasi dan organoc/ay (low, 2 hari) dapat dilihat pada Lampiran 3, 4,
dan 5. Spektrllm tersebut dirangkum pada Tabel 5.
Tabel5. Kandllngan beberapa llnSllr dari bentonit, benton it purifkasi dan organoclay(low. 2 hari)
Sam pelPersentase (%)
C Ca Fe 0 Na Mg SI AI
Bentonit 5,86 2,61 5,89 39 0,83 1,77 31,66 10,88
Bentonit 0 0 0 41,71 5,56 1,79 36,33 13,17
purifikasi
Organoc/ay 37,3 0 2,71 31,38 0,23 1,09 19,29 7,36
(lOll', 2 hari)
Hasil analisa SEM-EDAX bentonit purifikasi pada Tabel 5 menllnjukkan
adanya penurllnan persentase berat beberapa unsur dari bentonit. Persentase berat
Fe, C, dan Ca pada bentonit beliurut-turut adalah 5,89%, 5,86% dan 2,61%,
40
persentase berat unsur tersebut menjadi 0% pada benton it purifikasi. Hal ini
menunjukkan bahwa purifikasi telah berjalan dengan baik, karena pada proses
puritikasi dilakukan penghilangan karbonat, besi dan materi organik. Tetapi hasil
SEM-EDAX pada organoclay menunjukkan adanya sebaran Fe dengan persentase
berat 2,71 %. Kemungkinan hal ini disebabkan oleh penyebaran besi dalam sampel
yang tidak merata.
Persentase berat Na pada bentonit purifikasi mengalami kenaikan dari
bentonit, yailu dari 0,83% menjadi 5,56%. Hal ini dikarenakan pada proses
puritikasi ditambahkan senyawa-senyawa kimia yang mengandung unsur Na,
seperti Natrium karbonat (Na2C03), Natrium bikarbonat (NaHC03), Natrium
klorida (NaCI), Natrium asetat (CI-I3COONa), dan Natrium ditionat (Na2S204).
Dimana Na tersebut akan bertukar dengan kation surfaktan pada proses
pembuatan organoclay.
Selain itu pada Tabel 5 menunjukkan bahwa persentase berat lInsur C pada
organoclay mengalami peningkatan dari bentonit purifikasi, yaitu dari 0%
menjadi 37,3%. Hal ini menllnjukkan masllknya surfaktan DTDA yang memiliki
rantai hidrokarbon panjang (Lihat GambaI' 7). Selain itu kandungan lInslir Na dan
Mg pada organoclay mengalami penurunan. Penllrllnan persentase berat Na dan
Mg berturllt-tllrllt yaitu dari 5,56% dan 1,79% menjadi 0,23% dan 1,09%. Hal ini
dikarenakan kation Na dan Mg pada organoclay telah dipellukarkan dengan
kation organik (amonium) dari surfaktan DTDA.
41
4.3 Analisa X-Ray Diffraction (XRD)
Analisa dengan XRD dilakllkan lIntllk mengetahlli d-spacing Uarak antar
lapisan mOllmorilonit). Analisa dilakllkan pada bentonit lIntllk mengetahlli d-
spacing awal sebeillm surface treatment dan pada organoclay lIntllk mengetahlli
ada tidaknya peningkatan d-spacing setelah penambahan sllrfaktan. Grafik
spektrum XRD bentonit dan organoclay dapat dilihat pada Lampiran 6 sampai 10.
Perhitungall d-spacing bentonit dan organoclay dapat dilihat pada Lampiran 11.
Data ini dirangkllm pada Tabel 6.
Tabel6. Data XRD bentonit dan organoc/oy
Sampel d-spacing (nm)
1. Bentonit 1,49
2. Organoclay
- (low, I harl) 3,12
- (low, 2 harl) 3,36
- (high, I harl) 2,28
- (high, 2 hari) 2,26
Data XRD pada Tabel 6 menunjukkan adanya peningka!an d-spacing pada
organoclay dari benton it. Peningkatan d-spacing ini mengindikasikan masuknya
moleklll sllrfaktan dan mengisi ruang antar lapisan bentonil (Lihal iluslrasi surface
treatment pada Gambar 4).
Nilai d-spacing organoclay low untllk I harl dan 2 hari swelling berturul
luru! sebesar 3,12 nm dan 3,36 nm, sedangkan d-spacing organoclay high lInlllk I
42
hari dan 2 had swelling berturut-turUl sebesar 2,28 nm dan 2,26 nm. Ini berarti
bahwa orgalloc!ay low baik untuk 1 hari maupun 2 had swelling, memiliki d
spacing yang lebih tinggi dibandingkan organoc!ay high. Peningkatan d-.\pacing
organoc!ay (low, 2 had) dari benton it sekitar 1,87 nm, yaitu dari 1,49 nm menjadi
3,6 nm. Peningkatan ini jauh lebih besar dibandingkan organoc!ay (high, 2 hari),
yang peningkatannya hanya O,77nm yaitu dari 1,49 nm menjadi 2,26 nm. Hal ini
menllnjukkan bahwa organoc!ay low, yang konsentrasi surfaktannya sebesar I
kali KTK benton it purifikasi, terjadi peningkatan d-spacing yang optimal, karena
penambahan sllrfaktan sesuai dengan KTK bentonit. Sedangkan pada organoc!ay
high, yang konsentrasi surfaktannya sebesar 2 kali KTK benton it pllrifikasi, d
spacing nya hanya mengalami sedikit peningkatan dari bentonit. Hal ini
kemungkinan dikarenakan suspensi organoclay mengalami kejenuhan dan
surfaktan pada lapisan bentonit tersusun seeara lateral 1 lapis (Lihat GambaI' 5),
Waktu swelling bentonit, baik pada organoc!ay low maupun organoc!ay
high, tidak berpengaruh seeara signifikan terhadap d-spacing organoc!ay. Hasil
analisa ini sesllai dengan hasil penentuan KTK pada organoc!ay, yang juga tidak
mengalami perubahan dengan waktu swelling. Hal ini menunjllkkan bahwa dalam
waktu 1 hari pengembangan bentonit sudah optimal.
43
4.4 Analisa Thermal Gravimetric Analyzer (TGA)
Analisa dengan TGA dilakukan untuk mengetahui kestabilan organoclay
terhadap panas dan komposisi kandungan mater! anorganik (benton it) dan mater!
organik (surlilktan). Grafik kestabilan panas organoclay (low & high, 2 hari) dapat
dilihat pada Lampiran 12 dan 13. Data ini dirangkum pada Tabe! 7.
Tabel 7. Data Analisa TGA dari Organoclay (low & high, 2 har!)
Sampel Onset Residu / Weight loss /te) Bentonit (%) Surfaktau (%)
Organoclay (low) 288,28 63,03 36,97
Organoclay (high) 268,85 49,96 50,04
Data pada Tabel 7 didapat suhu degradasi awal pada organoclay low yaitu
288,28°C, sedangkan pada organoclay high sebesar 263,85°C. Hasil tersebut
menunjukkan bahwa organoclay low lebih stabil terhadap pemanasan
dibandingkan organoclay high. Hal ini dikarenakan pada organoclay low,
konsentrasi surfaktan yang tidak berlebihan atau sesuai dengan kapasitas tukar
kation benlonit. Sedangkan organoclay high, menunjukkan konsentrasi surfaktan
yang berlebih. Hal ini kemungkinan dikarenakan pada proses pemurnian surfaktan
bebas (Lihat bab 3.4.4 no. 2) tidak sempurna, sehingga surfaktan yang berlebih
masih terdapat diluar benton it (tidak terikat dengan benton it). Kelebihan surfaktan
tersebut tidak baik untuk organoclay yang nantinya akan dipadukan dengan
polimer yang memiliki suhu proses tinggi.
44
Hasi I ini sesuai dengan penelitian yang diakukan oleh S. Limpanart dkk.,
bahwa pelnpisan surfaktan (surfactant coverage) yang berlebih akan menghalangi
masuknya polimer ke dalam organoclay. Sehingga pencampuran antara keduanya
tidak sempurna atau masih dalam dua fasa, ini beratii organoclay masih sebagai
mikrokomposit atau komposit konvensional. Sebaliknya dengan surfactant
coverage yang rendah pencampuran antara polimer dan organoclay lebih baik
atau terbentuk nanokomposit interkalasi (Limpanart, 2005).
Hasil yang sama juga dikemukakan oleh S. Apiwantrakul, dkk., bahwa
sur/ixtanl coverage clay yang rendah dapat meningkatkan formasi nanokomposit
(Apiwal1trakul, 2005).
BABV
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimplllan
1. Hasil uji XRD dari organoclay low menllnjukkan peningkatan d-spacing
yang tinggi dari bentonit alam, yaitu dari 1,49 nm menjadi 3,12 nm
untllk 1 hari swelling dan 3,36 nm untuk 2 hari swelling. Hasil uj i TGA
dari organoclay low menunjukkan kestabilan panas yang baik dengan
suhll awal terdegradasi yaitu 288,28 °e.
2. Sedangkan hasil uji XRD dari organoclay high menunjukkan
peningkatan d-spacing yang lebih keeil dibandingkan organoclay low,
yaitu sebesar 2,28 nm untuk 1 hari swelling dan 2,26 nm untuk 2 hari
swelling. Hasil uji TGA pada organoclay high menllnjllkkan kestabilan
panas 20°C lebih keeil dibandingkan organoclay low, yaitll sebesar
263,85°C.
3. Berdasarkan kedlla hasil analisa XRD dan TGA tel'sebut diatas dapat
disimpulkan bahwa konsentrasi sllrfaktan bel'pengal'uh terhadap sifat
organoclay. Organoclay dengan konsentrasi sllrfaktan rendah memiliki
sifat yang lebih baik dibandingkan organoclay dengan konsentrasi
surfaktan tinggi.
5.2 Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memadukan organoclay low
yang memiliki sifat lebih baik dengan polimer, sehingga dapat diketahui apakah dapat
menghasilkan nanokomposit dengan sifat-sifat yang lebih baik dad polimer murni.
DAFTAR PUSTAKA
Alexandre, Michael, Philippe Dubois. 2000. Polymer-layerednanocomposites: preparation, propertiesand uses of a newmaterials. Materials Science and Engineering, 28, 1±63.
silicateclass of
Ammann, Lars. 2003. Cation Exchange and Adsorption on Clays and ClayMineral. Disertation Faculty of Mathematics and Natural Sciences.Christian - Albrechts - Universitat. Kiel-Jerman.
Anonimous. 1986. Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry. vol A25. VCHD6940. Jerman.
Anonimous. 2004. Proyek Kerja Dinas Pertambangan Sumatera Utara.www.distam-propsu.go.id. 3 Juli 2006.
Anonimous. 2005. Pemanfaatan Bentonit. Dinas Pertambangan dan Energi.Propinsi Jawa Baral. http://www.distamben-iabaI..go.id/modules.php?name=News&fiIe = article &sid =35. 29 Agustus 2006.
Anonimous. 2005. Nanomaterials, Nanotechnology and Their Relevance toPolymers. www.plastemart.com. 10 April 2006.
Anonimous. 2006. Clay. http://en.wikipedia.org/wikilClay. 10 April 2006.
Anonimous. 2006. Energy Dispersive X-Rayhttp://en.wikipedia.org/wikilwavelength dispersive x··ray8 September 2006.
Spectroscopy.spectroscopy.
Anonimous. 2006. http://www.biomininc.com/sediment%20barriers.htm.Sediment Stabilization And Permeable Barriers With Organoclay. 12April 2006.
Anonimous. 2006. Materi Training Teknologi Plasik. Dasar-Dasar Kimia Polimer.Scntra Teknologi PolimeI', 4 s.d 6 April 2006.
Anonimous. 2006. Processing Polymeric Nanocomposites,www.plastictrends.net/articles/pnc.htm. 8 September 2006.
Anonimous. 2006. Produet Identification Chemical Land. Bis (hydrogenatedTallow Alkyl) Dimethyl Chloride. http://www.ehemicalland21.com/specialtychem/spmenuOl.htm. 16 Juni 2006.
Anonimous. 2006. Surfaetants. http://www.lboro.ac.uk / departments / cg /Projects / 2002 / mulcare / Pw theory.htm. 6 Agustus 2006.
47
Apiwantrakul. S. dklc, 2005. Insitu Intercalative Polymerization of the Polistiren.Journal of Polymer Science. vol 95, 85.
ArUin, M. I-Iasanuddin dan Haswi P, Suwoto. 1996. Bentonit Indonesia. MajalahBPPT Edisi No LXXVI/Nopember/1996. Hal 92 - 96.
Arinn, M. Suhala, Supriatna. 1997. Bentonit di Indonesia. Bahan Galian Industri.PPTM.
Arsyad, M. Natsir, 2002. Kamus Kimia. Penerbit Gramedia, Jakm1a.
Astuti, Retno Hadi. 2005. Purifikasi dan Modinkasi Organoclay. Skripsi ProgramSarjana. Departemen Kimia Program Ekstensi. Fakultas Matematika danIlmu Pengetahuan Alam. Universitas Indonesia.
Cahyo, Ariel' & Heru S. 2005. Pengemasan Teknologi Nano (PembungkusMakanan Lebih Awet. Majalah Sentra Teknologi Polirner, Vol 4, No. 17,Januari - April 2005.
Elisa., 2004. Kimia Tanah. http://elisa.ugrn.ac.id. 9 April 2006.
Gungor, N., 2000. Effeet of The Adsorption of Surfaetant on The Rheology ofNa-Bentonite Slurries. Journal of Applied Polymer Science. Vol 75, 107- 110.
Griinberger, A., 1999, Training on Plastics Engineering, Scanning ElectronMicroscopy (SEM), Polimer Lab, Indonesia.
Hull, Richard. 2004. The Bolton Fire Material Library. Thermal Analysis,httr:llwww.bolton.ac.ukJftre/TGA.png. 27 Agustus 2006.
Kellner, R. Mennet & J. M. Otto. 1998. Analytical Chemistry. Willey-VCH,Jerman.
Kloprogge, J. T. 1998. Synthesis ofSmectites and Porous Pillared Clay Catalysts:A Review. Journal of Porous Materials 5, 5-4 L
Las, Thamzil. 2004. Potensi Zeolit Untuk Mengolah Lirnbah Industri danRadioaktif. http://p2plr,batan.go.id/artikel/zeolit.html. 9 April 2006.
Limpanart, S., S. Kuthon, P. Taepaiboon, P. Supaphol, T. Srikhirin, W.Udomkichdecha, Y. Boontongkong. 2005. Effect of The SurfactantCoverage on The Polystyrene-clay Nanocomposites Prepared by MeltIntercalation. Elsevier: Material letters, 59, 2292-2295.
Liza, Chandra. 2005. Pengaruh Konsentrasi Organoc/ay Pada PendispersianLapisan Silikat Nanokomposit Polipropilen-Organoc/ay DenganCompatibilizer PP-g-MA. Tesis Program Pascasarjana Fakultas
48
Matematika dan IImu Pengetahuan Alam. Program Studi IImu Material.Universitas Indonesia.
Nhap, Dang & Mo Tai Khoan. 2005. Polyme Nanocompozit.httj]://vi.wikipedia.org/wikilPolyme nanocompozit. 2 Mei 2006.
Osgerby, Stephen, Dipak Gohil, dkk. 1998. Measurement of Growth Strain inOxide Scales by Parallel Beam X-Ray Diffraction.h1!I2://m idas.npl.co.uk/midas/content/images/mn27fig l,gif. 12 April2006.
Perkes, Paul. 1999. Scanning Electron Microscopy (SEM).http://acept.la.asu.edu/PiN/rdg/elm icr/elmicr-sem.gif. 12 Apri I 2006.
Pullman. 2004. Cation Exchange Capacity. Washington State University. Tree FruitResearch and Extension Center. http://soils.tfrec.wsu.edu /webnutritiongood/soilprops/04CEC.htm. 12 April 2006.
Sudrajat, Adjat. 2004. Bentonit. Bahan Galian Industr!. PPTM.
Wibowo, Arif. C. 2005. Nanoclay Potensi Untuk Kemasan Superior. MajalahSentra Teknologi Polimer. Vol 4, NomoI' 19, Oktober·- Desember.
Lampiran 1
49
Perhitungan Kapasitas Tukar Kation (KTK) bentonit alam,
benton it purifikasi dan organoclay
1. Standarisasi NaOH dengan asam oksalat
Keterangan:
N asam oksalat = 0,1 N
V asam oksalat = 10 mL
Standarisasi dilakukan dua kali karena stok larutan NaOH awal habis,
sehingga dibuat larutan NaOH baru dan distandarisasi lagi.
Data titrasi asam oksalat dengan NaOH
Volume NaOH (mL)
Standarisasi 1 Standarisasi 2
9,4 10,1
9,4 10,1
9,4 10
9,4 10,07
Perhitllngan N NaOH
- Standarisasi I
Milickivalcn NaOH = milickivalcs Asam oksalat
- Standarisasi 2
= Voks • Noks
10 mLx 0,1 N
9,4mL
= 0,106 N
10 mLx 0,1 N
10,07 mL
=, 0,099 N
50
2. Data titrasi sampel dengan NaOH
a. NNaoll = 0,106 N
Volume NaOH (mL)
20,25
lay Organoclayari) (high, 7 hari)
20,20
20,30
----Blanko Bentonit purifikasi Organoclay Organoc
-- (low, I hari) (high, I h21,00 13,40 19,80 20,30
21.20 13,60 19,80 20,20
2L10 13,50 19,55 20,25
b. NNaOl1 =0,099 N
Volume NaOH (mL)
Blanko Bentonit alam Organoclay (low, 2 hari)
22,20 18,10 21,00
23,10 18,10 21,20
22,65 18,10 21,10
3. Perhitungan
KTK (1110'1/100 gr) = (mL NaOH blanko- mL NaOH sampel)x N NaOI-' x 100massa sampel
a. NNaOl1 = 0,106 N
KTK b~ntonit purifikasi = (2 ],1 0 -13,50)mL x 0,106 fllC%L x100 gr = 80,56 mcj{oo rI gr '
KTK organoclay (I0H', 1hari) - (21, 10 ~ 19,5S)mL x 0,106 mC%L x 100 gr == 16A3 mC,%Xlgr
I gr
KTK organoclay (high I har;) - (21,10 - 20,25)mL x 0, 106 ""%, 1()O _ 9 0' m,q/, " I x . gr -, /WOgrgr
KTK organoclay (high, 2 har;) - (21,10- 20,25)mL x 0, 106~%.. x I00 gr =9,01 m,y,;.,.I gr
b. NN"OII = 0,099 N
KTK bcntonit alam (22,65-18,1 O)mLx 0,099"";;;;,1. IOA~ =45 05""'/x vgr , !IOOgr
I gr
51
KTK organoclay (low 2 had) = (22,65 - 21,10)mL x 0,099 m"%L 100 _I - ,,- me'l/, X gr - :->,.)) /J()()gr
I gr
Lampiran 2
1. Keterangall
52
Perhitungan Konsentrasi Surfaktan Low dan High berdasarkan
KTK Bentonit Purifikasi
KTK belltonit purifikasi = 80,56 meq/lOO gr = 3,224 meq/gr
Mr surfaktan DTDA = 552 gr/mol
Dicari Illassa surfaktan untuk 1 KTK dan 2 KTK
2. Perhitullgan
I Massa surfaktan untuk 1 KTK
I( b . 'fik' IllassaI x KT cntomt pun 1 aSl = --mr
1 x 3,224 11111101
III
III
552
= 3,224 mmol x 552 mg/lllmol
= 1780 mg
= 1,78 gr
2 Illassa surfaktan untuk 2 KTK
2 x 3,224 11111101m
552
III = 6,448 mmol x 552 mg/mmol
= 3556 mg
= 3,556 gr
nnpiran 3 Clrafik spc\;!rum SEi';t·-EDAX bentonit
C:IEelsIUSmOrcler ED/IX\2006VIgusllbentonitIRaw Bentonile3.spc
Label:Rclw Bentonile3
kV:W.O TiltC.O T8ke-olf:358
: 3257 Leec: 100
01<
SII<I
Del Type:SUTW' Res:130 Tc:50
0.70 1.30 1.90 2.50
Cal<1<1<
. ,~. -"-..,,., ~~-"""~'-" ,. - ,,---.. _-,- -"-"--+~'-I-------l--'"'-----'-l-
3.10 3.70 4.30 4.90.. J--
5.50
Fel<
6.10 670
EDAX ZAF Quantification (Standardless)Element NormalizedSEC Table: Default
_EI_em_e_n_t '!it_·._%.__A_t_'1_._I< - R,:..'::..t,=-'0"---_-=- -'-'- _
c I( S.fJG 10.22 0.01<130 I( 39.00 51. 06 0.2217Nal( 0.83 0.76 0.0057t-'lgK 1. Tl 1. 53 O.Ol~~
AIK 10.88 0.15 0.0926SiK 3 ~_ . 66 23.62 0.2766I( I( ~ . '19 O.BO 0.0133CaK 2.61 1. 30 0.02~0
Fel< .5.89 2.21 0.0~89
Total 100.00 100.00
,-'--,---------------------------------- ------- ---------------" -- 'II[ILt~. Int. ELTOI PIBI:' ,., ,
,', K
o KNaKl"lgK/ilKSiKelKK KF'eK
10. ,} I}
lTl.5G31.35
0.73~) '1 • ·1 C
201.7719.29
4,301.81
3. 1::\
Cj • '19" , 91') . 31~J • 113.983,970,90
'1.050.7 J1. 986.401.4'70.722.718.14
10.50
2.8141. 68
6.171 . 14
10. ,1 'I39. ,19
4. 851.082.01
54
55piran 4 Grafik spektrul11 SEM-EDAX bentonit purifikasi
.._-~-------
;:\Eds\USR\Order EDAX\2006\Jun\bentonit\Clay A-4.spc
.abel:Clay A-4
V:10.0 TiltO.O Take-off:363
3: 3302 Lsec: 100
o
Si
Al
Na
Mg
Det Type:SUTW+ Res:130 Tc:50
1l-Nov-200610:49:2
K-- _.__.~--~\.,--
0.60!--_."
1.60.---!--,~-------~ ..,_.,+ --.._._-~._~ ---_..'!----' ~._-+._.------:._--_.._-~
2.10 2.60 3.10 3.60 4.10 4.60
EDAX ZAF Quantification (Standardless)Element NormalizedSEC Table: Default
Element Wt ~(, At ,~ K-Ratio Z A F
a K 41.71 54.99 0.2607 1. 0385 0.6016 1. 0004NaK 5.56 5.10 0.0410 0.9644 0.7622 1. 004 0MgK 1. 79 1. 56 0.0148 0.9848 0.8292 1.0078A1K 13.17 10.30 0.1130 0.9528 0.8917 1.0100SiK 36.33 27 .29 0.3153 0.9781 0.8872 1.0001K K 1. 43 0.77 0.0126 0.9180 0.9631 1.0000
Total 100.00 100.00
Element Net Inte. Bkgd Inte. Inte. Error PIB
0 K 107.20 4.20 1. 00 25.54NaK 17.00 5.16 3.01 3.39MgK 0.90 0.62 6.97 1. 06A1K 41. 93 0.13 1.72 8.17Si.K 101.60 0.07 1. 04 20.00K K 1. 91 1. 80 12.29 1. 06
56
57
lpinm 5 (J1"~"ik SPCkll"lI111 SE~I-EDAX orgalloc!ay (lOll', 2 har!)
---'-"-~-'---'---'''''''''---''-''-------'----~------
C\EcJs\USmOrder EDM~1:'006\A'JlIsl\benlonit\Benlonile< DTA tow2.spc
Label: Bentonite'" DTi\ low2
kV:10.0 TiILOO 'Take-off:35.8
"s : 4708 Lsec: 100
01<
SiK,
Oet Type:SUTW+ Res:130 Tc:50
29-Aug·;\006 12:03:4
:KI, .'. .
!~ !
AIK
i .
MgK,NaK.
----~--+-. - --.. I
0.80 1.50,
2.20
1< K.. ,,2.80 3.60 4.30 5.00
,5.70
I
F,l"< 'I6.40 7.10--_._--
EOAX ZAF Quantification (Standardless)Element NormalizedSEC Table: Default
Element ,It % At % l<-Ratio Z
C K 37.30 50.53 0.1311 1.0367a 1< 31 . JFJ j 1 . ~l ] U. -\-'1;J G 1.0135Nal( o r\ r" [) .17 0.0017 0.9396.""1"9K ] .09 0.73 0.0089 0.9586AlK 7.36 .1. ~ ~ 0.0626 0.9282Sit, 19 . :29 1l.11J lJ.l.698 0.9535i< K 0.62 0.26 lJ.n055 o. 8 9~ 7FeK :2 . '7l 0.79 0.0218 0.803-,
Total lOIJ.OO 100.00
--.. --_._--------
A
0.33891J.~673
O. '7 ~ 6~
0.8~90
0.910~
0.92290.98501.002~
58
C 1<o Kt131<Hgl\1\1.I(
SiK!< 1<,'eK
11. ,I, >' J~>13.=q
? , ~I S1·1, j 692,49
218.203.791. -; ':
"i.927.9L:~) . 51
10.;;0\) , 15(1.783.961. :2 8
1 .000.66
15,894 . 111.140.70
10. 1811. n
11.4;;30.72
0.311.41
10.112<1.85
0.831. 36
~iran 6 Gratik spektrum XRD bentonit
59
2 theta angle (deg)
1000
I8002' I"::> 6000~>.
""Ul 400"(])-.5
200
00 2
---..._---~
4 6 8 10 12
28 (0) Intensitas5.710407 7755.723982 743
5.737556 7855.751131 740
5.764706 681
5.778281 767
5.791855 821
5.80543 746
5.819005 6845.832579 754
5.846154 717
5.859728 7575.873303 726
piran 7 Grafik spektrum XRD organoclay (low, 1 hari)
60
1000
~800
U>-C::l
6000.!:-~U> 400c
'"-.= 200
00 2
-_._-
4 6
2 theta angle (deg)
8 10 12
28 (0) Intensitas2.751131 3562.764706 3442.77828 3742.791855 3872.80543 3852.819005 3512.832579 3912.846154 3622.859729 3702.873303 3632.886878 3562.900453 3612.914027 329
piran 8 Grafik spektrum XRD organociay (iow, 2 hari)
61
800
:§' 600 ~
c:::lo(.)
~ 400 -tilc:2.E 200 ~
oo 2 4 6
2 theta angle (deg)
8 10 12
29 (0) Intensitas2.547511 2692.561086 2472.574661 2392.588235 2462.60181 267
2.615385 2342.628959 2702.642534 2282.656109 2362.669683 2162.683258 2062.696833 2232.710407 254
pinm 9 Grafik spektrum XRD organoclay (high, 1 hari)
L~
OL
1000
800
"'-<:::l
6000 -
-':!.
~fJ) 400 -<:.l!l<:
200
00 '2
_ ... __.~-
4 6
2 theta angle (deg)
8 10 12
28 (0) Intensitas2.873303 1732.886878 1712.900453 2012.914027 1922.927602 1922.941176 1822.954751 1832.968326 161
2.9819 1752.995475 1753.00905 1563.022624 1733.036199 166
,piran 10 Grafik spcktrum XRD organoclay (high, 2 hari)
--'-"~' ~._---
1000
~ 800II>-<::::J0 600 -~
:?i'400II>
<::Q)-.5
200
0
0 2 4 6 8 '10 12
2 theta angle (deg)
28 (0) Intensitas3.864254 1353.877828 1373.891403 1363.904977 1323.918552 1313.932127 1343.949701 1433.959276 1283.972851 1263.986425 123
4 1224.013575 1634.027149 142
63
Lampiran II: Perhitungan d-spacing benton it dan organoclay
Keterangan, A ~ 1,542 A
I1A~2dSin(l
d ~ A/ 2 Sin (l
64
1. Bentonit
2(l ~ 5,79"
d ~ 1,542 / (2 Sin 2,895)
~ 1,49 nm
2. Organoclay (low, 1 hari)
2(l ~2,83"
d ~ 1,542/ (2 Sin 1,42)
~ 3,12 nm
3. Organoclay (low, 2 hari)
2(l ~ 2,63"
d ~ 1,542/ (2 Sin 1,315)
~ 3,36 nm
4. Organoclay (high, 1 hari)
2(l ~ 3,950
d ~ 1,542/ (2 Sin 1,94)
~ 2,28 nm
5. Organoclay (high, 2 hari)
2(l ~ 3,90
d ~ 1,542/ (2 Sin 1,95)
~2,26 nm
65
liran 12 «rull!: kc::wbilaIlIX1I1<lSorgal1oc!ay (low, 2 hari)
-----------. Eu "-..Ig JB" __ <il ~..,,0ro ro C/')
0'• " QJ
0 N fr::" w 0
0 <t" w 0 ro,~ ro
I-c' 0, C/'),- 0 0, .., on, ,- I'-
Cl"
0~
0 0 0<, I'-
f-
0fr::
", on
~". '"f-
a Jo-0 7-~ lJ.l'" :2:00w
" 7-~"'",,,
'" " a'-'<, " ", '0c, , ,0, I'-,-,.',, , N <>, ,
0 - - u)
n, ," .,0
"n,c,
0on
~------- "-
<> ","-, .0
00 ~,0.'. '0
~I-
0 ", I-",., N UJ:2:
" co ~'" -". N ill
.S0
'" "'60N ~ 0..
0
.~
on - 0 "'6~~
~
",c
,."u"","n,
'0,'~ ,n
",.1I W
'0,.-I
'" ('), ,
'"
"..'".-0' (;t: 0
,0 ",'. -,'" ro0 ,-,
,0,
D:'l~
'I
)
~
',1'
, ,
C~,
, .". u·Co i:;
Ic-\-'1 '".,)'
r- "c> ,n
I,', ".,- , C'I
C) I ,I' d;
1(.) t.~1
~,[ , [ ,
',- >:u '".-1 ,"1
;!.i rl:11
1 • 1 •, , ( ,I-
,. ,., , " ,r: ,:[) 0
" "e I:'" '"1" ill
;n r---------- -----------------------------"I))
o::J
G'G'
z
/....l
r,>:
:.;-,
~
'"""
:2o~
~;S~\~
~
'"~.~
~
;:;;;,,~
13:04:26- '1
I
II
I1
';S.SS9C~
ll:':;2:~=:6
13.07.2005
".SS leu",
2 C• S 7 2 ~ :l:-;;13.07.20S6(TG.~) I
(Tel'.; 1:-:.igrJ.:-i:;;h-i- DTDl~
DTDP.
B€"~::.cniL
Be':l:.oni t
oemonn: + U IlJA High (TGA)
't
-=::z;:,\ ICO"" ,;s.,,'( ~ I
\1~ s:~: -24.l2e, •
1\'" "'I \ ,I \ I\1
~ See" -18.C<21 ;~ -3.767:~q
I~ Seep -'.6610 ,-1.0146 mg
_.__• ",~. -i_ (
~klISO 2eO 250 300 350 40:) 450 500 550 :.0600600 650 700 750 eoo E~O oc/1/11111111111' '1'11'1' 'II II I' "II" 'I'll" ,v ~"'" I III'" "" '" I" II' II' ,\, I j i I I I j, ii' il. I 'llll]!.:" 1111111 j J, I' I, iI, j j I j t i" I10 15 20 2S 30 35 40 45 50 ':5 60 65 70 75 80 85 !7,:,n
-2.0066 t-0.<:182 ".s:
lologi Polimer: METTLER