UNIVERSITAS INDONESIA
POLIMER NANOKOMPOSIT
DISUSUN OLEH
KAUTSAR NURFALAQ
1006757594
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS INDONESIA OKTOBER 2013
1
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................... 1 KATA PENGANTAR ........................................................................................... 2 BAB I ...................................................................................................................... 3 PENDAHULUAN .................................................................................................. 3 1.1.
Latar Belakang ....................................................................................... 3
1.2.
Rumusan Masalah .................................................................................. 4
1.3.
Tujuan ..................................................................................................... 4
BAB II .................................................................................................................... 5 ISI ........................................................................................................................... 5 2.1.
Definisi Polimer Nanokomposit ............................................................ 5
2.2.
Klasifikasi Polimer Nanokomposit ....................................................... 7
2.3.
Beberapa Contoh Polimer Nanokomposit ........................................... 9
2.4.
Sintesis Polimer Nanokomposit ........................................................... 12
2.5.
Keuntungan dan Kerugian dari Polimer Nanokomposit ................. 17
BAB III ................................................................................................................. 20 PENUTUP ............................................................................................................ 20 3.1.
Kesimpulan ........................................................................................... 20
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 21
2
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT karena atas rahmat dan hidayahnya, penulis dapat menyelesaikan makalah berjudul “Polimer Nanokomposit”. Makalah ini disusun sebagai syarat kelulusan mata kuliah Kapita Selekta Kimia Organik IV yang diselenggarakan di Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan pada waktunya. Tidak lupa, penulis juga memohon maaf apabila dalam penulisan makalah ini terdapat banyak kekurangan. Semoga makalah ini memberikan informasi bagi masyarakat dan bermanfaat untuk pengembangan wawasan dan peningkatan ilmu pengetahuan bagi kita semua.
Depok, 11 November 2013
Penulis
3
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Kebutuhan akan material baru yang memiliki sifat unggul terus bertambah seiring perkembangan zaman. Di antara sifat-sifat yang diinginkan dari suatu material adalah memiliki ketahanan termal yang baik dan kekuatan yang tinggi namun memiliki bobot yang ringan. Hal lain yang diinginkan dari material baru adalah memiliki kualitas yang sama dengan material yang sudah ada, namun memiliki harga yang lebih murah. Untuk itu, pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi mengenai material semakin banyak dilakukan. Teknologi nano merupakan salah satu contoh dari upaya pengembangan material. Pada teknologi nano, suatu material dimanipulasi sehingga memiliki ukuran dalam skala nanometer. Dengan memperkecil ukuran partikel material hingga ukuran nanometer, maka rasio luas permukaan per volume material akan meningkat. Akibatnya, sifat-sifat yang dimiliki material seperti sifat fisik, sifat mekanik, dan/atau kemampuan katalisis suatu material akan meningkat. Ole karena itu, penelitian mengenai nanomaterial menjadi daya tarik tersendiri bagi para saintis, khususnya yang bergerak di bidang sains material. Salah satu contoh dari aplikasi teknologi nano adalah material nanokomposit, yaitu kombinasi antara suatu material dengan material lain dalam skala nano. Dengan menggabungkan suatu material dengan material lain dalam skala nano, maka komposit yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat-sifat yang lebih baik dibandingkan material penyusun kompositnya. Sampai saat ini, polimer nanokomposit dengan beragam material penyusun dan struktur telah banyak disintesis untuk beragam aplikasi.
4
1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan polimer nanokomposit? 2. Baagaimana cara sintesis polimer nanokomposit? 3. Apa saja contoh dari polimer nanokomposit? 4. Bagaimana aplikasi polimer nanokomposit dalam kehidupan sehari-hari?
1.3. Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memberikan informasi mengenai: 2.1.Definisi polimer nanokomposit. 2.2.Sifat-sifat yang dimiliki oleh polimer nanokomposit. 2.3.Beberapa contoh polimer nanokomposit dan penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari.
5
BAB II ISI 2.1. Definisi Polimer Nanokomposit Ada tiga istilah penting yang terkait dengan polimer nanokomposit, yaitu polimer, nanopartikel, dan komposit. Polimer adalah suatu senyawa kimia yang terdiri dari rantai yang panjang dan memiliki unit berulang pada strukturnya. Polimer tersusun dari molekul-molekul identik yang disebut dengan monomer. Ciri umum yang dimiliki oleh polimer adalah berwujud padatan dan memiliki berat molekul yang besar (ribuan hingga jutaan gram/mol). Contoh dari senyawa polimer adalah polietilen yang digunakan pada plastik dan nilon pada serat pakaian.
Gambar 0.1 Polietilen dan nilon
Adapun nanopartikel didefinisikan sebagai partikel yang memiliki kisaran ukuran 1-100 nanometer. Dalam sistem SI, nanometer didefinisikan sebagai 1×10–9 meter ((1/milyar) meter). Nanopartikel dapat disebut juga sebagai ultrafine particles. Suatu material nanopartikel dapat memiliki sifat yang berbeda dari bulk partikelnya. Contohnya adalah nanopartikel seng oksida (ZnO) yang memiliki kemampuan memblokir sinar UV yang lebih baik dibandingkan dengan partikel bulk-nya.
6
Gambar 0.2 Struktur nanopartikel ZnO
Komposit merupakan material gabungan yang dari dua atau lebih material dasar. Komposit dibuat untuk menghasilkan material baru yang memiliki sifat fisik, sifat mekanik, dan sifat kimia yang lebih baik daripada material penyusunnya. Salah satu contohnya adalah komposit plastik-kayu yang memiliki kekuatan mekanik lebih baik daripada material kayu saja.
Gambar 0.3 Komposit plastik-kayu
Dari ketiga istilah di atas, maka polimer nanokomposit dapat didefinisikan sebagai suatu komposit yang dibuat dari suatu polimer dan nanopartikel. Polimer nanokomposit tersusun dari partikel-partikel dalam skala nanometer yang terdispersi dalam matriks polimer. Dengan adanya penambahan nanopartikel, maka polimer tersebut akan mengalami peningkatan signifikan pada sifat-sifatnya atau memiliki sifat baru bergantung dari jenis nanopartikel yang ditambahkan.
Gambar 0.4 Gambaran struktur polimer nanokomposit
7
2.2. Klasifikasi Polimer Nanokomposit Polimer nanokomposit dapai dibagi menjadi dua berdasarkan jenis nanopartikel yang digunakan, yaitu nanokomposit (material organik)-polimer dan nanokomposit (material anorganik). Nanokomposit (material organik) merupakan nanokomposit yang terdiri dari matriks polimer dan nanomaterial berupa senyawa organik seperti kitin, fluoropolimer, dan organoclay. Sebaliknya, nanokomposit (material anorganik)-polimer terdiri dari matriks polimer dan nanomaterial berupa senyawa anorganik seperti logam dan silika. Lebih jauh lagi, nanokomposit (material anorganik)-polimer dapat dibagi menjadi dua. Jenis pertama adalah komposit nanopartikel-polimer, yaitu nanokomposit yang dibuat dengan mendispersikan materi anorganik (dapat berupa koloid atau serat) ke dalam matriks suatu polimer. Jenis kedua adalah komposit nanolayer-polimer, yaitu nanokomposit yang dibuat dengan mengurung rantai polimer ke dalam template anorganik.
Gambar 0.5 Struktur dari (a) nanokomposit nanopartikel-polimer, dan (b) nanokomposit nanolayer-polimer
Nanokomposit
juga
dapat
dibedakan
dari
bentuk
nanomaterial
(nanoreinforcer atau nanofiller) yang digunakan. Secara umum, ada berbagai bentuk dari nanomaterial. Suatu parameter yang penting dalam menentukan bentuk dari nanomaterial adalah rasio luas permukaan per volume. Semakin besar rasio luas permukaan per volume material nano, maka sifat-sifatnya akan semakin baik. Dari plot rasio luas permukaan per volume terhadap rasio aspek (panjang per diameter) suatu material nano, diperoleh dua bentuk material nanoyang paling optimum, yaitu bentuk platelet dan fiber [McCrum et al, 1996]. Oleh karena itu, jenis nanokomposit yang penting adalah nanokomposit yang menggunakan fiber
8
(contoh: karbon nanotube) dan nanokomposit yang menggunakan platelet (contoh: silika clay berlayer).
Gambar 0.6 Plot rasio luas permukaan per volume nanomaterial vs rasio aspek
Berdasarkan struktur morfologinya, nanokomposit dapat dibedakan menjadi nanokomposit terinterkalasi dan nanokomposit tereksfoliasi. Struktur morfologi ini dipengaruhi oleh interaksi organik-anorganik yang terjadi antara rantai polimer dengan nanomaterial anorganik. Struktur nanokomposit dikatakan tereksfoliasi jika nanomaterial mengalami delaminasi hingga ukurannya mencapai skala nanometer dan jarak antar nanomaterial cukup jauh sehingga periodisitasnya hilang. Hal ini dapat terjadi karena interaksi antar partikel nanomaterial jauh lebih kecil daripada interaksi antar rantai polimer. Apabila interaksi nanomaterial lebih besar dibanding interaksi antar rantai polimer, maka yang terjadi adalah rantai polimer
akan
menyisip
di
antara
partikel
nanomaterial
yang
masih
mempertahankan periodisitasnya. Struktur yang demikian disebut terinterkalasi. Perlu diperhatikan bahwa belum tentu nanokomposit memiliki struktur baik tereksfoliasi maupun terinterkalasi secara mutlak, karena pada kenyataannya, beragam morfologi nanokomposit dapat ditemukan. Oleh karena itu, yang biasa diamati adalah kecenderungan struktur nanokomposit, apakah mengarah ke tereksfoliasi atau terinterkalasi. Selain kedua struktur tersebut, ada kemungkinan bahwa rantai polimer tidak berinteraksi sama sekali dengan nanomaterial anorganik yang ditambahkan. Akibatnya, rantai polimer terpisah dari nanomaterial dan membentuk dua fasa.
9
Struktur yang demikian disebut teragregasi atau mikrokomposit, dan bukanlah merupakan suatu nanokomposit.
Gambar 0.7 struktur nanokomposit: (a) teragregasi, (b) terinterkalasi, dan (c) tereksfoliasi
2.3. Beberapa Contoh Polimer Nanokomposit Hingga kini, polimer nanokomposit dengan beragam bahan penyusun telah banyak disintesis. Pada makalah ini, akan dibahas mengenai polimer nanokomposit
berbasis
hidroksiapatite,
logam,
montmorillonite,
TiO2,
Fe2O3/Fe3O4, dan silikon. 2.3.1. Nanokomposit Hidroksiapatite-Polimer Hidroksiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) merupakan senyawa yang dapat ditemukan pada tulang dan gigi manusia. Senyawa ini digunakan sebagai biomaterial
karena
memiliki
sifat
biokompatibel,
bioaktivitas,
dan
osteokonduktivitas. Kegunaannya antara lain pada pengobatan untuk regenerasi tulang yang patah. Namun, Hidroksiapatite hasil sintesis memiliki sifat mekanik yang kurang baik seperti modulus elastis yang tinggi dan ketangguhan patah yang rendah sehingga aplikasi hidroksiapatite sintetik menjadi terbatas. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dilakukan pendispersian nanopartikel hidroksiapatite ke dalam matriks polimer yang sesuai. Dengan demikian, nanokomposit yang dihasilkan akan memiliki sifat mekanik yang lebih baik, namun tetap mempertahankan bioaktifitas dari hidroksiapatite sehingga dapat diaplikasikan pada bidang ortopedi, dental dan maksilofasial. Sebagai contoh, nanokomposit polikaprolakton-hidroksiapatite (PCL-HAp) memiliki modulus elastis yang lebih rendah dibandingkan dengan partikel tunggal
10
hidroksiapatite, sehingga dapat digunakan sebagai matriks regenerasi tulang pada pengobatan
tulang
yang
patah.
Contoh
lainnya
adalah
nanokomposit
hidroksiapatite-etilen-vinil asetat (HAp-EVA) yang memiliki kekuatan tarik dan elongasi yang lebih kuat daripada partikel tunggal hidroksiapatite sehingga juga dapat digunakan sebagai matriks regenerasi tulang. 2.3.2. Nanokomposit Logam-Polimer Nanokomposit yang terdiri dari polimer dan nanopartikel emas, perak, atau platina, telah banyak disintesis dan dipelajari karena memiliki potensi aplikasi yang penting dan luas. Nanopartikel logam-logam tersebut banyak digunakan untuk meningkatkan sifat optik, sifat magnetik, dan aktivitas katalitik dari polimer yang digunakan. Karena rasio luar permukaan per volume dari nanopartikel cukup besar, maka nanokomposit yang dihasilkan akan mengalami peningkatan sifat-sifatnya secara signifikan. Sebagai contoh, luas permukaan partikel logam yang besar menyebabkan transfer elektron berlangsung cepat antara spesi reduktor dan oksidator pada reaksi redoks. Akibatnya, kecepatan reaksi redoks akan meningkat. Contoh dari nanokomposit logam-polimer adalah nanokomposit emaspolipirol (Au-Ppy) yang dapat digunakan sebagai biosensor karena nanopartikel emas meningkatkan konduktivitas dan kemampuan enzyme entrapment dari polipirol. Contoh lainnya adalah nanokomposit perak-poli(3,4 etilendioksitiofen) (Ag-PEDOT) yang digunakan ebagai sensor karena sifat optik dan konduktivitas yang lebih baik dibandingkan material penyusunnya, dan nanokomposit emaspolianilin (AU-PANI) yang memiliki daya hantar listrik lebih besar dibandingkan polimer PANI saja. 2.3.3. Nanokomposit MMT-polimer Montmorillonite (MMT) merupakan contoh natural clay yang banyak diteliti sebagai bahan nanokomposit karena nanokomposit MMT-polimer memiliki sifat-sifat dan struktur yang unik. Distribusi nanopartikel MMT ke dalam matriks polimer akan meningkatkan sifat-sifat nanokomposit yang dihasilkan secara signifikan. Karakteristik yang terlihat dari nanokomposit MMT-
11
polimer adalah peningkatan sifat mekanik, sifat termal, kestabilan kimia, dan kemampuan sebagai flame retardant. Beberapa contoh polimer yang digunakan sebagai nanokomposit dengan MMT adalah fluoro-poly(ether amic acid) (6FPEAA) dan polietilen tereftalat (PET). 2.3.4. Nanokomposit TiO2-Polimer Titanium oksida (TiO2) dapat digunakan sebagai bahan nanokomposit dengan polimer karena sifatnya yang inert, toksisitas yang rendah, dan harga yang lebih murah dibanding karbon nanotube. Sifat lain dari TiO2 adalah mampu menghilangkan sel mati, menyumbangkan CO2, dan dapat menyebabkan autoregenerasi pada sistem pada periode waktu tertentu. Nanopartikel TiO2 yang berada dalam matriks polimer memiliki sitokompatibilitas yang lebih baik dibandingkan komposit TiO2 konvensional (TiO2 dalam skala mikro). Aplikasi nanokomposit polimer-TiO2 antara lain pada pengolahan limbah, elektrolit padat, dan material biomedis. 2.3.5. Nanokomposit Fe2O3/Fe3O4-Polimer Polimer konduktor merupakan material yang menarik perhatian karena berpotensi untuk aplikasi sebagai LED (Light Emitting Diode=Dioda Pemancar Cahaya) organik, sel surya berbasis polimer, dan pelindung dari interferensi elektromagnetik. Namun, penggunaan polimer konduktor untuk bidang-bidang tersebut masih memiliki kelemahan. Di antara kelemahan dari polimer konduktor adalah sulit diproses melalui melt processing, kelarutan yang kurang baik, dan toksisitasnya terhadap lingkungan. Untuk itu, maka dibuatlah nanokomposit dengan mendispersikan nanopartikel Fe2O3/Fe3O4 ke dalam matriks polimer konduktor. Dengan penambahan nanopartikel Fe2O3/Fe3O4, maka sifat konduktivitas dan kemagnetan dari polimer akan mengalami peningkatan. Selain itu, efisiensi dari polimer konduktor juga meningkat setelah dijadikan nanokomposit dengan nanopartikel Fe2O3/Fe3O4. Dengan demikian, nanokomposit Fe2O3/Fe3O4-polimer dapat diaplikasikan lebih baik untuk bidang-bidang tersebut dibandingkan hanya menggunakan polimer konduktor saja.
12
2.3.6. Nanokomposit Silikon-Polimer Nanokomposit berbasis silikon dan polimer juga banyak diteliti oleh para saintis. Secara umum, nanokomposit silikon-polimer dapat dibuat dengan mendispersikan nanopartikel silikon ke dalam matriks polimer, atau menggunakan silikon sebagai template untuk mengurung polimer. Si, SiO2, dan SiC merupakan material penting untuk aplikasi pada temperatur tinggi dan aplikasi yang membutuhkan ketahanan abrasi yang baik, sehingga nanokomposit silikonpolimer banyak disintesis untuk memenuhi kebutuhan pada aplikasi tersebut. Nanokomposit (Si, SiO2, atau SiC)-polimer memiliki sifat gabungan dari keunggulan yang dimiliki silikon dan polimer. Nanokomposit yang dihasilkan akan memiliki ketahanan mekanik dan kestabilan termal yang tinggi seperti nanopartikel silikon, namun mudah untuk diproses dan memiliki kerapatan yang rendah seperti polimer. Selain itu, silika berpori juga dapat digunakan sebagai template dalam pembuatan nanokomposit. Hal ini dikarenakan ukuran pori-pori silika dapat diatur saat preparasinya dengan proses elektrokimia. Ukuran pori yang berbeda akan menyebabkan interaksi yang berbeda antara silika dan polimer sehingga nanokomposit yang dihasilkan juga dapat bervariasi.
2.4. Sintesis Polimer Nanokomposit Berbagai metode sintesis polimer nanokomposit telah ditemukan. Metode sintesis ditentukan berdasarkan jenis dan struktut nanokomposit yang diinginkan. Metode sintesis polimer nanokomposit yang umum digunakan antara lain: 2.4.1. Metode Sol-Gel Metodel sol-gel merupakan teknik yang digunakan untuk menghasilkan polimer nanokomposit yang berada pada suatu film tipis. Pada film tipis ini, akan diperoleh nanokomposit dengan nanopartikel yang terdistribusi relatif homogen dalam matriks polimer. Sintesis dengan metode sol-gel dilakukan dengan menggunakan oksida logam atau garam anorganik yang reaktif dan monomer polimer sebagai prekursor. Prekursor dicampurkan dalam fasa cair, lalu monomer mengalami reaksi polimerisasi dengan adanya oksida logam atau garam. Setelah melalui reaksi hidrolisis, akan didapatkan hasil berupa sol. Sol lalu diberikan thermal treatment sehingga berubah menjadi gel. Gel lalu diletakkan pada film tipis sehingga didapatkan polimer nanokomposit berbentuk membran.
13
Tabel 1 Beberapa contoh nanokomposit yang disintesis dengan metode sol-gel. (RT=temperatur ruang)
Nanokomposit PVA-TPAPS terikat silang merupakan contoh polimer nanokomposit yang disintesis dengan metode sol-gel. Sintesis dilakukan dengan melarutkan sejumlah PVA dan TPAPS ke dalam air panas, lalu kedua larutan dicampur sambil diaduk. Sejumlah TEOS sebagai agen pengikat silang ditambahkan ke dalam campuran, lalu diaduk selama 6 jam pada temperatur ruang hingga didapatkan sol. Proses sol-gel dilakukan pada hidrolisis asam (pada pH = 2) menggunakan silan. Gel yang memiliki ikatan hidrogen kemudian dituang ke lembaran PVC. Setelah dilakukan pengeringan, membran nanokomposit PVATPAPS diambil kemudian diikat silang dengan menggunakan larutan formal (HCHO-H2SO4). Skema sintesis nanokomposit PVA-TPAPS terikat silang dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 0.8 Skema sintesis nanokomposit PVA-TPAPS dengan metode sol-gel
14
2.4.2. Metode One-Pot Metode One-Pot biasa digunakan untuk membuat nanokomposit logampolimer. Metode ini terbilang sederhana karena hanya dibutuhkan reagen berupa garam anorganik, monomer, dan pelarut air. Metode ini tidak membutuhkan thermal treatment dan lebih mudah dilakukan dibandingkan metode sol-gel.
Tabel 2 Contoh polimer nanokomposit yang disintesis dengan metode One-Pot
Metode One-Pot terbagi menjadi dua, yaitu metode One-Pot fasa tunggal dan metode polimerisasi interfasial. Pada metode One-Pot fasa tunggal, baik garam anorganik maupun monomer dilarutkan dalam air, kemudian direaksikan disertai pengadukan hingga didapat polimer nanokomposit. Pada metode polimerisasi interfasial, monomer dilarutkan dalam pelarut organik, lalu ditambahkan air sehingga terbentuk lapisan dua fasa. Kemudian, garam anorganik ditambahkan ke dalam lapisan dua fasa. Proses ini dilakukan dengan menjaga agar tetap terbentuk dua fasa, sehingga pengadukan tidak dilakukan. Pembentukan polimer nanokomposit pada metode polimerisasi interfasial terjadi di permukaan lapisan antara fasa air dan fasa organik. Ag-PEDOT merupakan contoh nanokomposit yang disintesis dengan metode One-Pot fasa tunggal, sedangkan Au-PDA merupakan contoh nanokomposit yang disintesis dengan metode polimerisasi interfasial. 2.4.3. Metode Polimerisasi Oksidatif Polimerisasi oksidatif merupakan metode yang digunakan untuk membuat nanokomposit (nanopartikel anorganik)-polimer, dan proses ini terjadi antara koloid anorganik dengan monomer dengan adanya pengoksidasi kuat. Adanya pengoksidasi kuat akan menyebabkan monomer terpolimerisasi dengan nanopartikel anorganik. Metode ini tidak membutuhkan temperatur tinggi karena pada metode ini, polimerisasi selalu terjadi pada temperatur di bawah 10 °C.
15
Contoh dari polimer nanokomposit yang disintesis dengan metode polimerisasi oksidatif adalah Tabel 3 Contoh polimer nanokomposit yang disintesis dengan metode polimerisasi oksidatif. (D = diameter dalam nm)
Ag-POT dan Grafit-PANI merupakan dua contoh nanokomposit yang disintesis dengan metode polimerisasi oksidatif. Skema sintesis keduanya dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 0.9 Skema sintesis nanokomposit Ag-POT dengan metode polimerisasi oksidatif
Gambar 1.0 Skema sintesis nanokomposit grafit-PANI dengan metode polimerisasi oksidatif
16
2.4.4. Metode Elektrokimia Sintesis elektrokimia merupakan metode sederhana untuk mensintesis polimer nanokomposit. Metode elektrokimia dilakukan dengan menggunakan sel elektrokimia yang memakai tiga elektroda, yaitu elektroda kerja, elektroda pembanding, dan elektroda counter. Metode ini banyak dipakai untuk mensintesis polimer nanokomposit yang memiliki sifat daya hantar listrik, dan merupakan cara terbaik untuk memperoleh film nanokomposit yang langsung dilapiskan pada elektroda yang digunakan.
Tabel 4Contoh polimer nanokomposit yang disintesis dengan metode elektrokimia
2.4.5. Metode Interkalasi Metode interkalasi merupakan metode yang penting dan banyak dipakai karena bahan dasar yang digunakan melimpah dan tidak mahal. Metode ini dilakukan untuk meningkatkan sifat mekanik suatu polimer dan menghasilkan material yang lebih murah dibandingkan material penyusunnya. Banyak senyawa anorganik berstrukur layer seperti clay silikat, fosfat, oksida logam, grafit, disulfida, kompleks trifosfor sulfida dan lain-lain yang dapat digabungkan dengan polimer organik dengan metode interkalasi. Berdasarkan proses pembentukan interkalasi, metode ini dapat dibagi menjadi tiga, yaitu polimerisasi interkalasi, interkalasi larutan, dan interkalasi lelehan. Pada polimerisasi interkalasi, monomer polimer diinterkalasikan ke dalam layer mika-silikat dengan ketebalan 1 nm. Kemudian, reaksi polimerisasi dilakukan sehingga terbentuk rantai polimer yang terinterkalasi ke dalam struktur layer mika-silikat. Rantai polimer yang terbentuk akan mengurai layer menjadi nanopartikel sehingga mika-silikat akan terdispersi dalam polimer. Pada interkalasi larutan, polimer dilarutkan dalam pelarut lalu dicampurkan dengan layer anorganik. Pada interkalasi lelehan, lelehan polimer dicampurkan dengan layer anorganik. Dari ketiga metode tersebut, metode interkalasi lelehan lebih banyak dipakai karena penggunaannya lebih luas. Hal ini dikarenakan beberapa polimer sulit dibuat nanokomposit dengan metode polimerisasi interkalasi dan interkalasi larutan.
17
2.4.6. Metode-metode Lainnya Selain metode-metode yang telah disebutkan, masih ada metode lain untuk mensintesis polimer nanokomposit. Metode lain tersebut diantaranya adalah: 1. 2. 3. 4.
Metode Termal Metode Inner-Matrix Synthesis (IMS) Metode Template-Assisted Synthesis Metodde Reversible Addition-Fragmentation Chain-Transfer (RAFT) Polymerization Synthesis 5. Metode Self-Assembly Synthesis 6. Metode Melt-mixing 7. Metode Microwave-Induced synthesis 8. Metode Catalitic Chain Transfer Polymerization (CCTP) Synthesis 9. Metode Polimerisasi Emulsi 10. Metode Fotopolimerisasi
2.5. Keuntungan dan Kerugian dari Polimer Nanokomposit Polimer nanokomposit memiliki banyak keuntungan dibanding material lainnya. Beberapa keuntungan yang dimiliki material polimer nanokomposit antara lain: 1. Peningkatan yang signifikan pada sifat fisik dan sifat mekanik Suatu nanokomposit dapat memiliki sifat fisik dan mekanik yang lebih baik dibandingkan material penyusunnya karena adanya ikatan/interaksi baru yang terbentuk pada struktur nanokomposit. Misalnya, terbentuknya ikatan kovalen baru antara polimer dengan nanopartikel anorganik, atau adanya interaksi ikatan hidrogen antara keduanya. Adanya interaksi baru tersebut menyebabkan interaksi polimer-nanopartikel menjadi lebih kuat sehingga terjadi peningkatan sifat fisik dan mekanik pada nanokomposit. Sebagai contoh, nilon 6 mengalami peningkatan kekuatan tarik, modulus tensil, modulus fleksural, dan temperatur distorsi panas setelah dibuat menjadi nanokomposit dengan organoclay. Nanokomposit ini dikenal sebagai Cloisite®.
Tabel 5 Perbandingan sifat mekanik nilon 6 dengan Cloisite®.
18
2. Munculnya sifat baru pada polimer Penambahan nanopartikel ke dalam matriks polimer dapat menghasilkan karakteristik yang sebelumnya tidak dimiliki oleh polimer tersebut. Sebagai contoh, polikaprolakton menjadi memiliki aktivitas biologis setelah dibuat komposit dengan nanopartikel hidroksiapatite. Contoh lainnya adalah nanokomposit poliglisin-MMT menghasilkan nanokomposit yang dapat memiliki konformasi sekunder seperti halnya protein, ciri yang sebelumnya tidak dimiliki oleh MMT. 3. Pengurangan limbah Salah satu penyebab dihasilkannya limbah adalah kesulitan dari produk tertentu untuk didaur ulang. Beberapa kemasan untuk makanan, misalnya, menggunakan struktur film berlapis untuk meningkatkan sifat mekaniknya sehingga sulit untuk didaur ulang. Dengan menggunakan polimer nanokomposit , maka akan diperoleh kemasan makanan yang memiliki sifat fisik dan mekanik yang mirip dengan material sebelumnya tanpa harus memakai struktur berlapis. Dengan demikian, maka kemasan akan lebih mudah didaur ulang dan limbah yang dihasilkan dapat dikurangi. Sebagai contoh, nanokomposit termoplas-nanofiller yang dapat menggantikan foil multilayer pada kemasan makanan. Selain kelebihan, polimer nanokomposit juga memiliki beberapa kekurangan yang perlu diperhatikan, diantaranya: 1. Peningkatan viskositas Viskositas merupakan faktor penting yang menentukan kemudahan suatu polimer dalam pemrosesan di pabrik. Polimer yang terlalu kental (viskositas tinggi) akan lebih sulit dialirkan sehingga menyulitkan proses pengolahan polimer menjadi produk. Dengan penambahan nanopartikel, viskositas polimer nanokomposit akan meningkat sehingga lebih sulit untuk diproses dibandingkan polimernya. 2. Kesulitan dalam proses dispersi dan distribusi nanopartikel Untuk membuat polimer nanokomposit dengan kualitas tinggi, maka dibutuhkan dispersi nanopartikel yang homogen dan distribusi yang merata pada matriks polimer. Untuk itu, dibutuhkan interaksi yang baik antara nanopartikel dengan polimer. Beberapa nanopartikel harus dipreparasi terlebih dahulu sebelum dibuat menjadi nanokomposit. Apabila dispersi atau distribusi kurang baik, maka akan terjadi agregasi sehingga nanokomposit yang terbentuk kurang baik atau bahkan tidak terbentuk sama sekali
19
3. Penurunan sifat-sifat tertentu Pembuatan polimer nanokomposit, selain meningkatkan sifat-sifat polimer dan nanopartikel, ternyata juga dapat menyebabkan penurunan pada sifat-sifat tertentu. Misalnya, penurunan kekuatan impak dan kekerasan pada poliamida setelah dimodifikasi menjadi nanokomposit.
2.6. Aplikasi Polimer Nanokomposit Dalam Kehidupan Sehari-hari Polimer komposit memiliki aplikasi yang luas dan hampir tidak terbatas. Hal ini dikarenakan variasi nanopartikel, polimer, dan metode sintesis dapat menentukan karakteristik nanokomposit yang dihasilkan. Beberapa aplikasi yang menggunakan polimer komposit adalah:
Probing sel makhluk hidup Drug Delivery System Flame Retardant Semikonduktor Sel surya dan sel bahan bakar Pelindung dari sinar UV Coating Sensor Film dan fiber dengan kekuatan mekanik tinggi Katalis
20
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan Polimer nanokomposit merupakan material yang menjanjikan untuk penggunaan di masa depan. Beragam kombinasi polimer dan nanopartikel, serta variasi ukuran dan bentuk nanopartikel, serta metode sintesis yang digunakan, dapat menghasilkan polimer nanokomposit dengan beragam karakteristik dan aplikasi. Selain itu, perlu dilakukan pengembangan untuk mengatasi kekurangan yang dimiliki polimer nanokokmposit sehingga penggunaannya lebih maksimal.
21
DAFTAR PUSTAKA
Luan, Jingfei; Wang, Shu; Hu, Zhitian; Zhang, Lingyang. Synthesis Techniques, Properties and Applications of Polymer Nanocomposites. Current Organic Synthesis, 2012, 9, 114-136.
Downing-Perrault, Alyssa. Polymer Nanocomposites Are The Future. 2005. University of Wisconsin-Stout. A. Hule, Rohan; J. Pochan, Darrin. Polymer Nanocomposites for Biomedical Applications. Mrs Bulletin, 2007, 32. S. Anandhan and S. Bandyopadhyay (2011). Polymer Nanocomposites: From Synthesis to Applications, Nanocomposites and Polymers with Analytical Methods, Dr. John Cuppoletti (Ed.), ISBN: 978-953-307-352-1. Optimization of Polymer Nanocomposite Properties. Diedit oleh Vikas Mittal Copyright © 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 978-3-527-32521-4 http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocomposite http://en.wikipedia.org/wiki/Polymer_nanocomposite http://en.wikipedia.org/wiki/Nanoparticle http://www.understandingnano.com/nanocomposites-applications.html http://www.cem.msu.edu/~kanatzid/Nanocomposites.html http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=1832 http://www.nanocompositech.com/review-nanocomposite.htm http://www.news-medical.net/health/Nanoparticles-What-areNanoparticles.aspx http://www.tifac.org.in/index.php?option=com_content&id=523:nanocompos nano--technology-trends-a-applicationpotential&catid=85:publications&Itemid=952
