Prosiding Pertemuan I/miah Sains Mate~- /SSN /4/0 -2897

POLIMERISASI TEMPEL MENGGUNAKAN INISIASI PLASMADALAM BERBAGAI SUASANA GAS.

Zubaidf

ABSTRAK

POLIMERISASI TEMPEL MENGGUNAKAN INISIASI PLASMA DALAM BERBAGAI SUASANA GAS.Telah dilakukan menggunakan monomer hidroksi etil metakrilat. Modifikasi tersebut dilakukan pada polimer serat-serat tekstildalam berbagai suasana gas, yaitu gas oksigen, nitrogen, helium, argon dan vakum. Polimer-polimer serat yang mempunyaikandunga air (MR) sekitar 7% mempunyai persen tempel yang paling baik apabila dilakukan dalam suasana vakum, sedang serat-serat lainnya hanya memperoleh persen tempel yang sangat kecil. Serat-serat selulosa yang lebih amorf tersebut yaitu rayonviskosa (MR 12%) dan rayon-kuprammonium (MRI2,5%) dapat memperoleh persen tempellebih besar apabila dilakukan dalamsuasana gas (argon, nitrogen, helum dan oksigen).

ABSTRACT

THE GRAFf POLYMERIZATION USING PLASMA IN VARIOUS GAS. The graft polymerization using plasmain various gas have been studied by monomer of hydroxy ethil methakrilate. The materials used in the experiment were textilefibers and carried out in some atmosphere of oxygen, nitrogen, helium, argon and vacuum. The polymers of cotton (MR 8%)and acetate-rayon (MR 6.5%) have the best gmfting yields when they were carried out in vacuum condition, while the otherfibers have lower of grafting yields. The higher amorphous fibers of viscose rayon (MR 12%) and cuprammonium rayon (MR12.5%) will gain the higher grafting yields when carried out in the atmosphere of gas (argon, nitrogen, helium and oxygen)

KEY WORDGraft polymerization, Plasma, Textile fiber

PENDAHULUAN efektif untuk menempelkan suatu gugus/monomerpada rantai polimer serat [4]. Narnun tidak semuabahan polimer selalu efektif dalarn perolehanpersen tempel, melainkan memerlukan kondisiyang sesuai dengan polimemya. Polimerisasitempel dengan cara plasma pada serat-serat yangamorf kurang menghasilkan persen tempel yangbaik. Hal ini disebabkan radikal bebas padapolimer yang sangat arnorf akan mudah bergabungkembali daD saling menetralkan satu sarna lain,hal ini akan menurunkan intensitas radikal daDmenurunkan persen tempel [5]. Pemberian gastertentu diharapkan dapat mengurangi penurunanintensitas radikal sehingga diharapkan dapatmeningkatkan persen tempel yang dihasilkan.

Polimerisasi yang dapat dilakukan padasuhu rendah ini merupakan daya tarik tersendiruntuk penghematan energi, demikian pula prosesyang efektif daD efisien akan dapat menurunkansisa-sisa proses yang harns dibuang, diharapkanteknologi ini dapat dikembangkan sehingga dapat

mengurangi pencemaran lingkungan.

PERCOBAAN

Bahan yang digunakan adalah serat-serattekstil yang mempunyai struktur berbeda dandikelompokkan berdasarkan moisture regain.Moisture regain (MR) adalah istilah dalam tekstilyang menunjukkan banyaknya kandungan airdalam serat. Besarnya moisture regain banyakditentukan oleh struktur supermolekul daD gugushidrofil yang terkandung didalamnya. Nilai MR =(Bs -Bk)/ Bk x 100% , dimana Bs = berat serat

Modifikasi pada bahan polimer dalamdunia industri banyak dilakukan dengan tujuanuntuk memperoleh sifat bahan yang lebih baiksesuai keinginan. Dalam industri tekstil misalnya,kain yang terbuat dari serat selulosa dimodifikasidengan pemberian ikatan silang dengan resintertentu untuk memperbaiki daya tahan kusutnya.Kain dari serat poliester yang hidrofob diberikanmonomer hidrofil untuk mendapatkan kenyamanandalam pemakaian, clan banyak lagi contoh lainnya.

Tekno.logi yang dilakukan oleh industritekstil selama ini menggunakan proses "pad-cure" yaitu rendam peras dalam larutan resin clanselanjutnya dipanaskan pada suhu tinggikemudian dilakukan pencucian. Untukpenghematan energi, masalah lingkungan clanantisipasi masa depan, perlu dicarikan proses barnyang lebih efisien, hemal energi serta lebih akrab

lingkungan.Discharge plasma mempunyai beberapa

keistimewaan serta penggunaan yang luas karenadapat mengadakan pembentukan radikal bebas,disosiasi ikatan kimia, pembentukan ikatan silang,proses pengikisan (etching) pad a permukaanpolimer clan lain-lain [1,2]. Di beberapa negaramaju proses tersebut telah digunakan antara lainpada bidang elektronik, proses kimia, optik,biomedika clan lain-lain [3].

Polimerisasi tempel (grafting) denganmenggunakan plasma awa-muatan pijar (glowdischarge plasma) telah dilakukan pada berbagaiserat clan pada umumnya proses tersebut sangat

I Dipresentasikan pacta Pertemuan Ilmiah Sains Materi 19972 Balai Besar Litbang Industri Tekstil -Bandung

219

kemudian dikeringkan dan ditentukan berattetapnya dengan eksikator vakum. Persen tempeldihitung dengan rumus: Persen Tempel = (Wg-Wo)/Wo X 100%, dimana Wg dan Womasing-masing adalah berat sesudah penempelandan berat sebelum penempelan.

Percobaan dilakukan di laboratoriumNational Institute of Materials and ChemicalsResearch, Tsukuba, Ibaraki, Japan.

HASIL PERCOBAAN

Persen TempelPersen tempel pada berbagai polimer

serat mempunyai hasil yang cukup bervariasi.Hasil persen tempel secara keseluruhan disajikanpada label 1. Persen tempel pada serat yangsifatnya lebih hidrofil atau MR lebih tinggicenderung lebih besar dibanding serat yanghidrofob seperti pada poliester dan akrilik.Kecenderungan ini terlihat pada kondisi vakummaupun pada berbagai suasana gas. Hal ini besarkemungkinan disebabkan oleh monomer yangdigunakan adalah monomer yang sifatnya hidrofil,sehingga daya tarik kedua molekul tersebut lebihbesar dan memperoleh persen tempel yang lebihbesar. Akan tetapi fenomena tersebut tidak berlakulinier, hal tersebut ditunjukkan pada serat rayonviskosa dan rayon kuprammonium yangmempunyai MR lebih tinggi, hanya memperolehpersen tempel yang jauh lebih kecil dibandingpada serat kapas.. Hal ini disebabkan oleh radikalbebas pada struktur amorf akan mudah bergabungkembali dan saling menetralkan satu sarna lain,sehingga akan menurunkan intensitas radikal danmenurunkan persen tempel seperti yang telahdibuktikan oleh Wakida dkk. [5]

pada kondisi standar, Bk = berat serat kering.

Kelompok pertama adakah serat rayonkuprammonium clan rayon viskosa yang berasaldari bubur selulosa/pulp kemudian dilakukanregenerasi menjadi serat, serat-serat tersebutmempunyai rantai pendek, gugus hidroksil cukupbanyak, struktur molekul yang kurang kompak,sehingga pada kondisi standar mempunyaikandungan air atau moisture regain (MR) sebesar12,5% clan 12%. Kelompok kedua adalah seratkapas clan rayon asetat. Serat kapas adalah seratselulosa alarn yang mempunyai gugus hidroksilcukup ban yak, rantai molekul yang panjang, clanmempunyai dinding luar yang cukup kokohsehingga mempunyai MR sebesar 8%. Sedangkanserat rayon asetat adalah serat selulosa regenerasi

(sarna dengan rayon) tetapi gugus hidroksilnyasebagian besar telah diganti dengan gugus asetat,oleh kerena itu mempunyai MR yang lebih rendah

dibanding rayon yaitu hanya 6,5%. Kelompokketiga terdiri dari serat-serat sintetik yaitu seratpoliester, akrilik, clan nilon. Serat-serat tersebutre1atif miskin gugus hidrofil, clan mempunyaistruktur yang lebih kompak sehingga masing-masing mempunyai MR berturut-turut sebesar0,4%, 1,5% clan 4,5%. Monomer yang digunakanuntuk ditempelkan adalah hidroksi etil metakrilatencer yang telah dimumikan.

Proses inisiasi dilakukan mengguna-kanplasma awa-muatan pijar (glow dischargeplasma) pada kondisi vakum maupun padaberbagai gas dengan tekanan 0.08 Torr dengankekuatan listrik sebesar 10 Watt pada 13,56MHz. selama 60 detik. Selanjutnya dilakukanpolimerisasi dengan hydroksi etil metakrilatencer pada konsentrasi 5% pada suhu 60C.Hasil polimerisasi diambil, dibilas clan dibersihkandari sisa monomer dengan alat ultra-sonic

Tabel I. Persen Tempel polimer monomer pada serat-serat tekstil dalam berbagai kondisi gas.

220

Prosiding Pertemuan lI!!!:iah Sains Materi 1997 /SSN /4/0 -2897

Persen Tempel Dalam Kondisi VakumPercobaan yang dilakukan dalam suasana

vakum menunjukkan bahwa serat kapas danrayon asetat mempunyai persen tempel masing-masing 93% dan 63% yang cukup jauh lebihtinggi dari serat-serat lainnya. Hal ini menunjukanbahwa polimerisasi dengan menggunakanmonomer hidrofil (hidroksi etil metakrilat) sangatefektif pada serat-serat yang mempunyai MRsekitar 7%. Sedangkan apabila menggunakanmonomer yang sifatnya hidrofob hanyamenghasilkan persen tempel yang kecil (poliester5%, Akrilik 3%, nilon 7%), Sebaliknya pada seratyang lebih hidrofil juga memperoleh persen tempelyang kecil ( rayon kuprammonium 4%, rayonviskosa 7%).

UCAP AN TERIMA KASm

Ucapan terima kasih kami sampaikankepada DR T. Hirotsu daD DR. M. Asahi diNational Institute of Materials and ChemicalsResearch, Tsukuba-Japan, alas bantuan, bimbingandaD fasilitas yang diberikan

DAFfAR PUSTAKA

Persen Tempel Dalam Kondisi GasPercobaan yang dilakukan dalam berbagai

suasana gas memberikan basil yang berbedadengan kondisi vakum. Pada serat yangmempunyai amorf tinggi (rayon viskosa danrayon kuprammonium) dengan pemberian gasiner dapat meningkatkan persen tempelnya.meskipun masih tidak dapat menyamai seratkapas dan serat rayon asetat. Hal ini mungkindisebabkan karena adanya gas iner tersebut dapatmenghalangi terjadinya peristiwa penetralan antarradikal yang terjadi pada struktur amort. Dengandemikian intensitas radikal bebas masih cukuptinggi dan mempunyai kesempatan untukmengadakan polimerisasi dengan monomersehingga memperoleh persen tempel yang lebihbesar. Semua gas dapat memberikan peningkatanpersennya, dan persen tempel yang paling besarberturut-turut dalam suasana gas argon, nitrogen,helium, oksigen dan vakum.

KESIMPULAN

Polimerisasi tempel menggunakan inisiasiplasma telah dilakukan pada berbagai polimerserat dalam suasana vakum maupun berbagaisuasana gas. Polimerisasi dalam suasana vakumhanya efektif bagi polimer yang kurang amorf(kapas clan rayon asetat) yang mempunyaikandungan air (MR) sekitar 7%. Sedangakan bagiserat yang lebih amorf yaitu rayon viskosa danrayon kuprammonium dengan MR 12% hampirtidak mendapatkan persen tempel. Keadaan inidapat diperbaiki apabila polimerisasi tempeldilakukan dalam berbagai kondisi gas (gas iner).Peningkatan persen tempel pada serat yangamorf tersebut besamya bervariasi bergantungpada gas yang digunakan, Peningkatan yangpaling besar berturut-turut dalam suasana argon,nitrogen, helium, oksigen.

[I] ALEXIS T. BELL, Fundamentals ofPlasma Chemistry, John Willey and Sons(1974).

[2] TOSHIHIRO HIROTSU and ZUBAIDI,Plasma Treatments of Collulosic Textile fibersand the Breaking Tensile Strength. Journalof Federation of Asian Professional TextileAssociations, Vol 3, No.2, (1996), pp. 15-18

[3] H. BIEDERMAN, Y.OSADA, PlasmaChemistry of Polymers, (1989).

[4] ZUBAIDI, Modifikasi Permukaan Pada SeratSerat Dengan Proses Plasma, SimposiumNasional Polimer '95 HPI, Jakarta (1995).

[5] WAKIDA T, TAKEDA K, TANAKA I,T AKAGISHI T, Free Radicals in CelluloseFibers Treated With Low TemperaturePlasma, Textile Research Journal, January,(1989), p.49-53.

[6] Antistatic Finish of Polyester Fabrics byPlasma Graft Polymerization., Sen -IGakkaishi, Vol 43, NO 12 (1987).

[7] M. IMOTO, Mechanism of RadicalPolymerization; Initiation, Tokyo KagakuDojin, Tokyo (1969).

[8] TOSHIHIRO HIROTSU and NORIO ASAI,J. Macromol. Scs. Chern. A28 5&6 (1991),p. 461 -473

[9] TOSHIHIRO HIROTSU, Plasma GraftPolymerization of Acrylamide Derivativesand Water Ethanol Sepatarion Characteristicsof The Product Film. The Society ofMaterials Science of Japan, Kyoto -Japan(1990).

[10]ZUBAIDI AND TISHIHIRO HIROTSU,Graft Polymerization of HydrophylicMonomers onto Textile Fibres Treated byGlow Discharge Plasma, Journal of AppliedPolymer Science, Vol 61, John Wiley & SonsInc. (1996),1579-1584

[11]ZUBAIDI, Polimerisasi Tempel MonomerAkrilamid Pada Serat Selulosa MenggunakanInisiasi Plasma, Prosiding Pertemuan Ilmiahgains Materi I ISSN 1410-2897. (1996)

221