sifat fisis komposit pe/nanosilika sebagai fungsi ...digilib.unila.ac.id/55599/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
(Skripsi)
OlehTriaPermata Sari
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG2019
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
(Skripsi)
OlehTriaPermata Sari
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG2019
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
(Skripsi)
OlehTriaPermata Sari
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG2019
i
ABSTRAK
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKA SEBAGAI FUNGSI
KETEBALAN
Oleh
TRIA PERMATA SARI
Polietilena (PE) telah banyak digunakan sebagai bahan insulasi kabel tegangan
tinggi karena sifat fisik, kimia, dan listriknya yang luar biasa. Dalam penelitian ini
bubuk amorf nanosilika diekstraksi dari batu apung menggunakan NaOH, H2SO4
dan HCl. PE dan nanosilika dicampur menggunakan mixer pada suhu 95 oC dan
kemudian dibuat lapisan tipis menggunakan barcoater. Presentase berat
nanosilika adalah 5 dan 10% dengan ketebalan masing-masing 6, 12, dan 25 μm.
PE/nanosilika dikarakterisasi melalui spektroskopi Fourier Transform Infra Red
(FTIR) dan pengukuran LCR meter untuk mengetahui respon konduktivitas listrik
dan permitivitas sebagai fungsi frekuensi. Efek ketebalan pada sifat listrik
PE/nanosilika 5 dan 10% untuk nilai konduktivitas listrik pada sampel dengan
ketebalan 25 μm memiliki nilai konduktivitas yang lebih besar. Sedangkan untuk
permitivitas dari kedua sampel dengan variasi filer menunjukkan bahwa semakin
tebal sampel, maka semakin besar nilai permitivitas.
Kata Kunci: komposit, polietilena, nanosilika, barcoater.
ii
ABSTRACT
THE PHYSICAL OF PE/NANOSILICA COMPOSITES AS THICKNESS
FUNCTION
By
TRIA PERMATA SARI
Polyethylene (PE) has been widely used as the insulation material of high voltage
cables because of its outstanding physical, chemical, and electrical properties. In
this research the amorph nanosilica powders were extracted from pumice using
NaOH, H2SO4 and HCl. PE and nanosilica was blended by mixer at temperature
95 OC and then made the film by using barcoater. The weight percentage of
nanosilica was 5 and 10% with thickness of 6, 12 and 25µm respectively. The
PE/nanosilica were characterized via Fourier Transform Infra Red (FTIR)
spectroscopy and LCR measurement to abtain conductivity and permitivity respons
as a function of frequency. The effect thickness on the electrical properties of
PE/nanosilica of 5 and 10 % for conductivity values in samples 25 µm thick has a
greater conductivity value. Whereas for the electric constant of two filer variation
shows that the thicker the sample, the greater the electric constant value. Whereas
for the dielectric constant of two filler variations shows that the ticker the sample,
the greater the electric constant value.
Key words: composite, polyethylene, nanosilica, barcoater
iii
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKASEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
Oleh
TRIA PERMATA SARI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh GelarSARJANA SAINS
Pada
Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2019
iii
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKASEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
Oleh
TRIA PERMATA SARI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh GelarSARJANA SAINS
Pada
Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2019
iii
SIFAT FISIS KOMPOSIT PE/NANOSILIKASEBAGAI FUNGSIKETEBALAN
Oleh
TRIA PERMATA SARI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh GelarSARJANA SAINS
Pada
Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2019
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Bengkulu pada tanggal 14 Januari 1996, sebagai anak
ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan Syahruddin dan Ridah.
Penulis memulai pendidikan pada Taman Kanak-kanak (TK) di TK PT. PN
Bengkulu pada tahun 2002. Kemudian melanjutkan ke Sekolah Dasar Negeri 01
Banyuasin, Sumatra Selatan dan diselesaikan pada tahun 2008. Kemudian
melanjutkan sekolah ke Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 1 Lampung
Selatan dan diselesaikan pada tahun 2011. Lalu melanjutkan Sekolah Menengah
Atas (SMA) di SMA Perintis 2 Bandarlampung pada tahun 2014.
Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (FMIPA) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan
Tinggi Negeri (SNMPTN) pada tahun 2014. Selama menjadi mahasiswa penulis
pernah menjadi asisten praktikum Sains Dasar Fisika, Fisika Dasar I dan Fisika
Dasar II, dan Fisika Eksperimen. Pada tahun 2017 penulis melaksanakan Praktikum
Kerja Lapangan (PKL) di LIPI Lampung Selatan. Penulis juga ikut serta dalam
Seminar Nasioal Fisika tahun 2015 yang diselenggarakan oleh Universitas
Lampung dengan judul “Perkembangan Teknologi Nuklir”. Dalam bidang
organisasi yang pernah diikuti penulis sebagai anggota Kominfo, sekertaris Bidang
Kaderisasi Himafi FMIPA Unila dan anggota HLPM BEM FMIPA Unila.
viii
PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, kupersembahkan karya kecil ini kepada
dan
Ayuk, Kakak serta Adik yang Aku sayangi
Keluarga besar yang selalu memberi dukungan do’a dan semangat
Rekan-rekan seperjuangan FISIKA FMIPA UNILA 2014
Serta Almamater Tercinta
“UNIVERSITAS LAMPUNG”
ix
M O T T O
-W.S. Rendra-
. -Tria P.S.-
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas kasih, sayang
dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian dengan judul
“Sifat Fisis Komposit PE/nanosilika sebagai Fungsi Ketebalan”. Tujuan
penulisan proposal penelitian ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk
melakukan penelitian dan menyusun skripsi serta melatih mahasiswa untuk berfikir
cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam proposal ini. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun penyempurnaan
skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua.
Bandarlampung, 24 Januari 2019
Penulis
xi
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberi hikmat, karunia serta rahmat-Nya sehingga penulis dapat menelesaikan
skripsi yang berjudul “Sifat Fisis Komposit PE/nanosilika sebagai Fungsi
Ketebalan”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Prof. Posman Manurung, M.Si. Ph.D. selaku pembimbing pertama yang telah
banyak memberi bimbingan, motivasi, nasihat serta ilmunya.
2. Agus Riyanto, S.Si. M.Sc. selaku pembimbing kedua yang telah memberikan
saran dalam penulisan skripsi ini.
3. Dr. Yanti Yulianti, S.Si., M.Si. selaku penguji yang telah memberikan
koreksi selama penulisan skripsi.
4. Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng. selaku ketua jurusan Fisika FMIPA
Universitas Lampung
5. Prof. Warsito, S.Si., DEA., Ph.D., selaku dekan FMIPA Universitas Lampung
6. Orangtuaku, Papa dan mama yang selalu memberi dukungan doa serta
semangat.
7. Best sister “Mama ita”, My Brada “D. Dirgantara” dan Litt. Brada “Novan”
yang selalu memeberikan dukungan semangat.
xii
8. “Flexible Squad” yang memberikan semangat disela kepenatan penulis.
9. Nola Fricilia sebagai tim seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini yang
tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Semoga Tuhan selalu membalas dengan hal yang lebih baik.
Bandar Lampung, 24 Januari 2019
Tria Permata Sari
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ..................................................................................................... i
ABSTRACK .................................................................................................. ii
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... v
PERNYATAAN ............................................................................................. vi
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii
PERSEMBAHAN .......................................................................................... viii
MOTTO ......................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR ................................................................................... x
SANWACANA ............................................................................................. xi
DAFTAR ISI ................................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xv
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................. 5
1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................. 5
1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................ 6
xiv
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polietilena ......................................................................................... 7
2.2 Silika Dioksida (SiO2) ...................................................................... 9
2.3 Nanosilika ......................................................................................... 11
2.4 PE/Nanosilika ................................................................................... 12
2.5 Material Dielektrik............................................................................ 14
2.6 Konstanta Dielektrik ......................................................................... 15
2.7 Pengaruh Nilai Frekuensi ................................................................. 18
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................... 20
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................ 20
3.3 Prosedur Penelitian ........................................................................... 20
3.4 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 26
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis FTIR .......................................................................... 31
4.2 Hasil Analisis LCR meter ................................................................ 43
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 52
5.2 Saran ................................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Polimerisasi etilena menjadi polietilena .......................................... 7
Gambar 2.2. Polietilena ........................................................................................ 8
Gambar 2.3. Struktur lokal silika dioksida ........................................................ 11
Gambar 2.4. Polimer dengan penambahan nanosilika ....................................... 13
Gambar 3.1. Skematik prinsip kerja FTIR ......................................................... 22
Gambar 3.2. LCR meter ..................................................................................... 26
Gambar 3.3. Diagram alir penelitian .................................................................. 27
Gambar 4.1. Hasil TEM nanosilika.................................................................... 29
Gambar 4.2. Sampel komposit PE/Nanosilika ................................................... 31
Gambar 4.3. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt%
ketebalan 6 µm ............................................................................... 32
Gambar 4.4. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt%
ketebalan 12 µm ............................................................................. 33
Gambar 4.5. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt%
ketebalan 25 µm ............................................................................. 35
Gambar 4.6. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 5 wt% ......... 37
Gambar 4.7. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 10 wt%
ketebalan 6 µm ............................................................................... 38
Gambar 4.8. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 10 wt%
ketebalan 12 µm ............................................................................. 39
xvi
Gambar 4.9. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 10 wt%
ketebalan 25 µm ............................................................................. 41
Gambar 4.10. Spektrum FTIR nanokomposit PE/SiO2 dengan filer 10 wt% ..... 43
Gambar 4.11. Grafik konduktivitas PE/nanosilika 5 wt% .................................. 44
Gambar 4.12. Grafik konduktivitas PE/nanosilika 10 wt% ................................ 45
Gambar 4.13. Grafik permitivitas relatif PE/nanosilika 5 wt% .......................... 47
Gambar 4.14. Grafik permitivitas relatif PE/nanosilika 10 wt% ........................ 48
Gambar 4.15. Grafik tan δ sampel PE/nanosilika 5 wt% .................................... 49
Gambar 4.16. Grafik tan δ sampel PE/nanosilika 10 wt% .................................. 50
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Sifat polietilena berdasakan jenisnya ………………………….................8
Tabel 2.2. Karakteristik silika amorf ………………………………..........................10
Tabel 2.3. Nilai konstanta dielektrik………………………………............................17
Tabel 3.1. Pengambilan data ………………………………………………………... 21
Tabel 4.1. Ketebalan sampel kadar silika 5 wt%………………………………….. 30
Tabel 4.2. Ketebalan sampel kadar silika 10 wt%……………………….………... 30
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Polietilena (PE) adalah salah satu jenis polimer yang paling banyak digunakan
dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contohnya digunakan sebagai bahan
isolasi kabel tegangan tinggi karena sifat fisik, kimia, dan elektrikalnya yang luar
biasa (Liu et al., 2017). PE memiliki sifat mekanik dan dielektrik yang baik
seperti sifat permitivitas yang relatif rendah, kehilangan dielektrik yang rendah,
dan kekuatan tembus dielektrik yang tinggi (Zazoum et al., 2013). PE juga
memegang posisi penting dalam bahan pembentuk lapisan tipis karena
kemampuan prosesnya yang mudah, fleksibilitas tinggi, ketangguhan dampak,
tahan terhadap kelembaban tinggi dan biaya produksinya murah. Selain itu, PE
merupakan polimer dengan suhu transisi gelas yang rendah yaitu 195oC (Karelson
et al., 1987) dan dapat berfungsi sebagai pemodifikasi yang baik (Kollar dan
Zsoldos, 2012).
Nanokomposit merupakan polimer yang mulai dikembangkan, terutama terkait
dengan perbaikan dalam sifat mekanik, termal, dan elektrik dari suatu material
(Yuniari, 2014). Hasil penelitian menyimpulkan bahwa penambahan berbagai
aditif ke dalam polimer poly vinyl chloride (PVC) memberikan pengaruh besar
pada sifat fisik yaitu berat jenis untuk sampel senyawa (Unar et al., 2010).
2
Ikatan antar partikel yang terjadi pada material nanokomposit akan berperan
dalam meningkatkan sifat dari suatu material. Peningkatan sifat fisik bahan
polimer dapat dikaitkan dengan ukuran partikel pengisi. Bahan pengisi umumnya
mempunyai peranan penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari berbagai bahan
polimer. Dengan menambahkan pengisi dapat meningkatkan sifat mekanik,
elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari polimer serta mengurangi
biaya produksi (Frida et al., 2014). Perilaku pengisian ruang dapat dilakukan
dengan penambahan nanopartikel. Penambahan nanopartikel polietilen/anorganik
nanokomposit dianggap sebagai salah satu kandidat yang menjanjikan untuk kabel
arus searah tegangan tinggi di masa depan. Partikel dengan ukuran yang lebih
kecil (nanosize) memiliki proses penyisipan partikel yang lebih cepat dan merata
sehingga struktur partikel menjadi lebih solid, luas permukaan interaksi menjadi
lebih besar dan partikel-partikel yang berinteraksipun bertambah (Fu et al., 2008).
Semakin banyak partikel yang berinteraksi, semakin kuat pula material. Inilah
yang membuat ikatan antar partikel semakin kuat sehingga sifat mekanik material
bertambah (Hardiyawarman et al., 2008).
Fiber glass, mika, talk, SiO2, CaCO3, kaolin, serat alam serta serat gelas
merupakan bahan-bahan pengisi yang sering digunakan untuk meningkatkan sifat-
sifat mekanik (Arjana dan George, 2012). Berbagai jenis nanomaterial, silika
dioksida (SiO2) atau nanosilika merupakan salah satu bahan yang sedang
dikembangkan sebagai bahan pengisi. Salah satu pemanfaatan serbuk silika yang
cukup luas yaitu sebagai penyerap kadar air di udara dan sebagai bahan campuran
untuk membuat keramik seni (Sitorus, 2009). Silika bersifat keras dan tidak
menghantar listrik, tetapi bila dicampur sedikit dengan unsur lain, seperti
3
alumunium (Al) atau boron (B), silikon bersifat semikonduktor (sedikit
menghantar listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik, seperti
kalkulator dan komputer (Syukri, 1999). Ini yang menyebabkan silika menjadi
bahan yang sangat penting dalam dunia modern. Dengan sifat mekaniknya yang
sangat kuat, kehadiran nanosilika juga berpengaruh dalam meningkatkan
kekakuan dan kekuatan rantai-rantai polimer (Marlina et al., 2012).
Pada penelitian Liu et al. (2017) pengisian nanopartikel dapat mengubah perilaku
kristalinitas polietilena berkerapatan rendah (LDPE) dengan pengisi TiO2.
Nanopartikel TiO memainkan peran penting antara rantai molekul LDPE,
meningkatkan kepadatan struktur kristal dan mengurangi difusi oksigen menjadi
bahan untuk dipecah stuktur molekulnya. Penelitian Sukron et al. (2015) silika
yang dicampurkan dengan polimer berjenis polyvinilidene fluoride (PVDF) akan
memiliki sifat dielektrik yang diuji dengan menggunakan induktansi, kapasitansi,
dan resistansi (LCR) meter. Hasil menunjukkan bahwa nilai dielektrik dengan
penambahan silika akan menurun seiring meningkatnya frekuensi.
Pada penelitian yang dilakukan Novitasari et al. (2015) lapisan tipis seng
sulfoftalosianin (ZnPcSn) nilai konduktivitas yang meningkat akan menghasilkan
nilai resitansi yang rendah. Lapisan tipis yang digunakan sebagai prototipe
detektor ozon yang dipengaruhi dengan ketebalan ini memperoleh nilai resistansi
yang berbeda-beda. Semakin tebal lapisan tipis ZnPcSn, maka akan semakin
rendah nilai resistansi yang didapat begitu pula sebaliknya. Semakin tebal suatu
lapisan juga menyebabkan ukuran kristal lapisan tipis ZnO samakin besar, sifat
hidrofobik dan hidofilik yang semakin besar (Arista, 2015).
4
Kebutuhan akan material yang berkarakter kuat atau bahkan superkuat semakin
dibutuhkan saat ini. Besi dan baja adalah salah satu material kuat yang banyak
digunakan oleh manusia. Namun, penggunaan besi dan baja memiliki kelemahan
diantaranya, memiliki massa yang berat dan mudah berkarat (Hardiyawarman et
al., 2008). Untuk itu pemanfaatan material komposit sangat mendukung. Selain
bahan dasar terbarukan, material komposit juga lebih ringan dan tidak berkarat.
Material superkuat dapat dibuat dengan mencampurkan polietilena dengan
nanopartikel SiO2. Keberadaan polimer sebagai campuran nanopartikel dan
kristalinitas nanopartikel yang tinggi (dalam bentuk padatan) membentuk polimer-
nanokomposit yang menghasilkan kombinasi kekuatan, fleksibilitas dan kekakuan
yang lebih baik dibandingkan material superkuat yang ada saat ini.
Pembuatan material superkuat berbasis nanotekonologi mempunyai beberapa
keuntungan jika dibandingkan dengan material superkuat yang dibuat secara
konvensional. Keuntungan tersebut antara lain: kuat, transparan (terhadap cahaya
tampak), ringan (jika dibandingkan dengan kaca), murah, proses produksi yang
sederhana dan dapat diproduksi secara masal. Disamping itu, bahan dasar
pembuatan material superkuat polimer-nanokomposit mudah didapatkan. Oleh
karena itu, penelitian ini dilakukan untuk melihat pengaruh penambahan
nanopartikel SiO2 dengan pengaruh efek ketebalan terhadap rantai molekul
polietilena terhadap sifat fisis komposit PE/nanosilika.
5
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan masalah yang telah dikemukakan, dibuat rumusan
masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit
PE/nanosilika?
2. Bagaimana pengaruh efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,
konstanta dielektrik dan kerugian dielektrik material komposit PE/nanosilika?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit
PE/nanosilika.
2. Mengetahui pengaruh efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,
konstanta dielektrik dan kerugian dielektrik material komposit PE/nanosilika.
1.4 Batasan Masalah
Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian dan pengamatan dengan penekanan
kepada:
1. Bahan yang dignakan dalam penelitian ini adalah bubuk polietilena dengan
kemurnian 99% dari Merck.
2. Bubuk nanosilika dengan ukuran 20 nm.
3. Proses sintesis sampel dilakukan dengan menggunakan metode pencampuran
sederhana.
6
4. Variasi wt% nanosilika 5 wt% dan 10 wt%.
5. Sampel PE/nanosilika dicetak menggunakan bar coater berdiamter 6, 12, dan
25 µm.
6. Analisi data dilakukan dengan karakterisasi FTIR, dan LCR meter.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan didapat melalui penelitian ini adalah seabgai berikut:
1. Dapat mengetahui efek ketebalan terhadap gugus fungsi komposit
PE/nanosilika.
2. Mendapatkan informasi efek ketebalan terhadap nilai konduktivitas listrik,
konstanta dielektrik dan kerugian dieletrik material komposit PE/nanosilika.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polietilena
Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer. Di industri
polietilena disingkat dengan PE yaitu hasil polimerisasi dari molekul etilena C2H4
dengan rantai CH2 = CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda. Polietilena
tergolong dalam polimer sintetik selain dakron, nilon, poliuretan dan lain
sebagainya. Polietilena termasuk polimer temoplastik yang mempunyai sifat
fleksibel, dapat melunak bila dipanaskan dan kaku (mengeras) jika didinginkan
(Billmeyer,1984). Struktur ikatan yang terbentuk pada polietilena dapat dilihat
pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Polimerisasi etilena menjadi polietilena (Smith, 1996).
Polietilena dimanfaatkan dalam lembaran dan film, botol cetak-tiup, mainan dan
perabotan dapur dengan cetak-injeksi, pembungkus kawat, dan dan kabel. Pada
tingkat komersil, polietilena berdensitas menengah dan tinggi, titik lelehnya
8
Berkisar 120oC hingga 135oC. Titik leleh polietilena berdensitas rendah berkisar
105oC hingga 115oC. Terdapat berbagai jenis polietilena yang berdasarkan
kepadatan dan percabangan molekul. Sifat mekanis dari polietilena bergantung
pada tipe percabangan, struktur kristal dan berat molekulnya. Secara fisik
polietilena ditunjukkan seperti pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Polietilena.
Polietilena dapat digolongkan menjadi tiga jenis. Berdasarkan densitasnya serta
masing-masing dari sifatnya dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat polietilena berdasarkan jenisnya (Smith, 1996).
Pada Tabel 2.1 Masing-masing polietilena memiliki nilai densitas, kekuatan tarik,
kuat uluran dan kristalinitas yang berbeda. Pada polietilen densitas rendah tidak
memiliki sifat kristalinitas dibandingkan dengan polietilena densitas redah dan
polietilena tinggi yaitu berturut-turut 65% dan 95%.
Sifat
Polietilena
Densitas rendah
Polietilena
Densitas sedang
Polietilena
Densitas tinggi
Densitas (g/cm3) 0,92 - 0,93 0,922 – 0,926 0,95 – 0,96
Kekuatan tarik (MPa) 6,2 – 17,3 12,4 – 20 2,0 – 39,3
Kuat uluran (%) 550 - 600 600 – 800 20 – 120
Kristalinitas (%) 65 … 95
9
Polietilena linear memiliki struktur yang lebih kristalin, densitas yang lebih tinggi,
dan kekuatan tarik serta kekerasan yang lebih tinggi, dibandingkan dengan
polimer yang bercabang. Material ini digunakan dalam wadah berdinding tipis
seperti yang digunakan untuk wadah pemutih cucian dan detergen; dalam perabot
dapur sepeti mangkok, wadah penyimpanan di kulkas, dan mainan anak; dalam
pipa plastik terekstrusi dan pipa untuk disusupi kabel (Hart et al., 2003).
2.2 Silika Dioksida (SiO2)
Silika adalah senyawa hasil polimerisasi asam silikat yang tersusun dari rantai
satuan SiO4 tetrahedral dengan formula umum SiO2. Di alam senyawa silika
ditemukan dalam beberapa bahan alam seperti, pasir, kuarsa, gelas, dan
sebagainya. Silika sebagai senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin,
sedangkan sebagai senyawa sintetis adalah amorph (Sulastri et al., 2010).
Silika merupakan suatu komponen utama dari kaca, semen, keramik dan
perangkat semikonduktor. Silika murni berwujud padat seperti logam dengan titik
lebur yang mencapai 1410oC. Silika di kulit bumi terdapat dalam berbagai bentuk
silikat, yaitu senyawa silikon dengan oksigen. Unsur ini terbuat dari silikon
dioksida yang terdapat dalam pasir melalui reaksi:
SiO2 (s) + 2C (s) Si (s) + 2CO (g) (1)
Silika dioksida atau biasa juga disebut silika pada umumnya ditemukan di alam
dalam batu pasir, pasir silika atau kuarsit. Keberadaanya bisa dalam bentuk amorf
dan kristal. Terdapat tiga bentuk kristal silika, yaitu quartz, tridymite, cristobalite,
10
dan terdapat dua kristal yang merupakan perpaduan dari bentuk kristal tersebut.
Perbedaan bentuk kristal pada silika juga memperlihatkan perbedaan pada sifat-
sifat silika itu sendiri. Bentuk-bentuk kristal tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Karakteristik silika amorf (Smallman dan Bishop, 2000).
Nama lain Silikon Dioksida
Rumus molekul SiO2
Berat jenis (g/cm3 ) 2,6
Bentuk Padat
Daya larut dalam air Tidak larut
Titik cair (°C ) 1610
Titik didih (°C) 2230
Kekerasan (Kg/mm2 ) 650
Kekuatan tekuk (MPa) 70
Kekuatan tarik (MPa) 110
Modulus elastisitas (Gpa) 73 - 75
Resistivitas (Ώm) >1014
Koordinasi geometri
Tetrahedral struktur kristal kristobalit, tridimit, kuarsa
Silika murni berstruktur seperti intan (tetrahedral) sehingga sangat keras dan tidak
menghantar listrik, tetapi bila dicampur sedikit dengan unsur lain, seperti
alumunium (Al) atau boron (B), silika bersifat semikonduktor (sedikit menghantar
listrik), yang diperlukan dalam berbagai peralatan, elektronik, seperti kalkulator
dan komputer. Itulah sebabnya silika merupakan bahan sangat penting dalam
dunia modern. Untuk itu dibutuhkan silika yang kemurniannya yang sangat tinggi
dan dapat dihasilkan dengan reaksi:
SiCl4 (g) + 2H2 (g) Si (g) + 4HCl (g) (2)
Silika dioksida terbentuk melalui ikatan kovalen yang kuat, serta memiliki
struktur lokal yang jelas. Empat atom oksigen terikat pada posisi sudut tetrahedral
11
di sekitar atom pusat yaitu atom silika. Gambar 2.3 memperlihatkan struktur silika
tetrahedral.
Gambar 2.3 Struktur lokal silika dioksida (Dobkin, 1992).
Silika sangat cenderung bersenyawa dengan oksigen membentuk ikatan yang kuat
dan stabil. Kenyataannya, senyawa silika di alam berupa oksida dalam berbagai
mineral. Silika yang merupakan unsur elektronegatif, tetapi tidak dapat
membentuk ikatan π (ikatan rangkap) baik sesamanya maupun dengan atom
oksigen. Akibatnya satu atom silika harus berikatan tunggal dengan empat atom
oksigen. Satu atom oksigen harus menerima dua elektron untuk berpasangan, satu
dengan silika dan satu lagi dengan yang lain, missal H, atau menerima elektron
bebas sehingga membentuk ion negatif (Syukri, 1999).
2.3 Nanosilika
Nanopartikel silika merupakan silika yang dibuat dalam skala nanometer (10-9 m)
yang saat ini penggunaannya pada bidang industri semakin meningkat. Kondisi
ukuran partikel bahan baku yang diperkecil membuat produk memiliki sifat
berbeda yang dapat meningkatkan kualitas. Pemanfaatan silika yang paling
banyak digunakan dan komersial adalah sebagai bahan utama industri gelas dan
kaca serta sebagai bahan baku pembuatan sel surya. Silika digunakan sebagai
12
filler dalam pembuatan produk karet ban kendaraan untuk meningkatkan kinerja
ban pada kondisi basah dan menambah keawetan ban serta mengurangi dampak
gesekan antara jalan dengan permukaan ban (Siswanto, et al., 2012).
Nanopartikel silika mewakili salah satu dari nanomaterial yang tersebar luas
dalam penggunaannya karena beberapa kekhasan yang mereka miliki,
diantaranya: (1) mudah dalam preparasi melalui reaksi hidrolisis-kondensasi dari
2 prekursor yang relatif murah seperti tetraethyl orthosilicate (TEOS) dengan
menggunakan katalis asam atau basa, (2) memungkinkan dimodifikasi permukaan
dengan variasi senyawa organosilikon, (3) biokompetibel tanpa menunjukkan
adanya gejala keracunan (Jung et al, 2012).
Ketika silika dalam ukuran dan fraksi yang jauh kecil dibandingkan ukuran dan
fraksi material yang lainnya berpengaruh meningkatnya kekuatan dan kekuatan
rantai-rantai polimer. Bahkan dengan ukuran yang lebih kecil (nanosize) proses
penyusunan partikel-partikel akan lebih cepat dan merata sehingga struktur
partikel menjadi lebih solid, luas permukaan interaksi menjadi lebih besar dan
partikel yang yang berinteraksipun bertambah (Marlina, et al., 2012).
2.4 PE/Nanosilika
Partikel dengan ukuran antara 1 sampai dengan 100 nm disebut nanopartikel.
Nanopartikel yang didispersi ke dalam polimer matriks menghasilkan sifat-sifat
yang menarik. Permukaan nanopartikel yang sangat luas berinteraksi dengan
rantai polimer sehingga mampu mereduksi mobilitas rantai polimer. Interaksi ini
meningkatkan kekuatan mekanik komposisit tersebut jauh di atas kekuatan
13
polimer itu sendiri. Hasil yang bisa dicapai adalah material yang ringan dengan
kekuatan tinggi. Perbedaan polimer murni dan polimer dengan penambahan
nanopartikel ditunjukan seperti pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Polimer dengan penambahan nanosilika (Hassanajili et al., 2014).
Bahan pengisi mempunyai peranan penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari
berbagai polimer sebagai contoh, dengan cara menambahkan pengisi akan
meningkatkan sifat mekanik, elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari
polimer, dan juga mengurangi biaya produksi (Frida, et al., 2014). Bahan-bahan
pengisi yang sering digunakan adalah fiber glass, mika, talk, SiO2, CaCO3, kaolin
dan serat alam lainnya yang membentuk mikro komposit dengan peningkatkan
sifat-sifat mekanik (Anjana dan George, 2012). Selain itu, pencampuran antara
polimer dengan nano material SiO2 dapat menambah kristalinitas namun hanya
sampai pada jumlah tertentu. Jika dilakukan penambahan terlalu banyak akan
membuat polimer atau material menjadi ketas (mudah pecah).
PE yang dicampurkan dengan nanosilika dapat dibentuk menjadi sampel yang
memiliki ketebalan tidak lebih dari 0,01 inchi atau 250 mikron yang biasa disebut
14
dengan lapisan tipis (Pudjiastuti et al., 2012). Lapisan tipis nanosilika yang tumbuh
pada wafer silicon melalui metode oksidasi termal bias sangat bermanfaat dalam
mikroelektronik, dimana mereka bertindak sebagai isolator listrik dengan stabilitas
kimia yang tinggi. Dalam aplikasi listrik, dapat melindungi silikon dan bahkan
bertindak sebagai jalur terkontrol untuk membatasi aliran arus. Penelitian Tomara et
al. (2015). juga menunjukkan bahwa respon dielektrik nanokomposit lebih
signifikan dibandingkan dengan mikrokomposit.
Lapisan tipis SiO2 adalah salah satu sampel lapisan indeks rendah yang penting dan
biasa digunakan dalam bidang lapisan tipis optik. Lapisan dengan penyerapan
rendah, struktur amorf dan termal tinggi (Liu et al., 2018). Lapisan tipis SiO2 dibuat
dengan oksidasi termal, termal penguapan, deposisi dibantu ion, sputtering ion
balok, magnetron sputtering, deposisi uao kimia yang disempurnakan plasma, sol-
gel dan deposisi laser berdenyut (Alvisi et al., 1999).
2.5 Material Dielektrik
Bahan dielektrik ideal adalah bahan yang tidak memiliki muatan bebas. Medan
listrik menimbulkan gaya pada setiap partikel bermuatan. Dielektrik merupakan
isolator, bersifat inert (lembam) dalam medan listrik dan memiliki kekuatan
dielektrik (Umiati, 2009). Material-material dielektrik memisahkan dua konduktor
listrik tanpa aliran arus. Keramik dan polimer digolongkan ke dalam kategori
material dielektrik. Dalam keadaan yang paling sederhana, dielektrik merupakan
isolator. Sifat utama yang harus dimiliki suatu isolator adalah “kekuatan
dielektrik” yang merupakan nilai gradien potensial.
15
Material-material dieletrik tidak menghantar arus listrik. Namun demikian,
material tersebut tidak sepenuhnya inert terhadap medan listrik. Pada polimer,
polietilena yang memiliki resistivitas 1013 – 1016 Ώ.m memiliki kekuatan dieletrik
sebesar 20.000 V/mm (Vlack, 2004). Konstanta dielektrik dari polimer berasal
dari polarisasi elektronik dan orientasi molekuler.
Banyak material dielektrik dapat mentolelir medan listrik yang lebih kuat tanpa
kerusakan lebih dari pada yang dapat ditolelir udara. Sifat dielektrik dapat
diperhatikan dalam semua fase material, yaitu padat, cair, gas dan plasma.
Interaksi molekul dalam material pada level mikroskopis disebabkan adanya kuat
medan listrik luar. Pertambahan medan listrik melalui interaksi muatan-muatan
listrik pada medium dikenal dengan hukum Coulomb (Neelakanta, 1995).
Sifat dielektrik suatu medium dielektrik ditentukan oleh konstanta dielektrik atau
permitivitas dielektrik dari suatu medium (Efendi et al., 2007). Pada saat bahan
isolasi diberi tegangan bolak balik maka terdapat energi yang diserap oleh bahan
tersebut. Akibatnya terdapat faktor kapasitif. Besarnya kerugian yang diserap
bahan isolasi tersebut berbanding lurus dengan tegangan (volt), frekuensi (hertz),
kapasitansi (farad) dan sudut kerugian dielektrik .
2.6 Konstanta Dielektrik
Sifat listrik setiap bahan memiliki nilai yang khas dan besarnya ditentukan oleh
kondisi internal dari bahan tersebut, seperti komposisi bahan, kandungan air,
ikatan molekul dan kondisi internal lainnya. Pengukuran sifat listrik dapat
dimanfaatkan untuk mengetahui suatu keadaan dan kondisi bahan, menentukan
16
kualitas bahan, proses pengeringan, serta pengukuran kadar air secara non
destruktif (Juansyah dan Irmansyah, 2007). Salah satu sifat kelistrikan yang dapat
ditentukan yaitu sifat dielektriknya. Pengukuran dielektrik dapat diketahui dengan
menghitung nilai konstanta dielektrik. Pengukuran konstanta dielektrik disertakan
dengan perubahan nilai frekuensi yang diberikan.
Konstanta dielektrik menunjukkan tingkat kemampuan pengutuban molekul pada
bahan. Konstanta dielektrik juga melambangkan rapatnya fluks elektrostatik
dalam sebuah bahan bila diberi sebuah potensial listrik. Frekuensi tinggi yang
diberikan pada bahan dielektrik akan mengakibatkan nilai konstanta dielektrik
yang dihasilkan semakin kecil karena energi listrik yang tersimpan pada bahan
semakin kecil (Hayt, et al., 2006).
Karakterisasi sifat listrik meliputi konduktivitas (σ) yang dapat dihitung
menggunakan Persamaan 5. Selain itu juga kita dapat menghitung nilia konstanta
dielektrik atau permitivitas relatif riil (εr) dan faktor rugi dielektrik (tan δ)
(Riyanto, dkk., 2017). Untuk menghitung nilai konstanta dielektrik dinyatakan
dengan Persamaan 6 (Tripathi et al., 2015).
σ = 𝐺 𝑙
𝐴 (5)
εr = 𝐶
εo
𝑑
𝐴 (6)
Dengan G merupakan nilai konduktansi sampel (S), l adalah nilai ketebalan
sampel (cm), C adalah kapasitansi sampel (F), εo permitivitas vakum (8,854.10-12
F/m), d ketebalan sampel (m) dan A luas permukaan sampel (cm2).
17
Untuk mencari nilai permitivitas bagian imajiner ( εr” ) dapat dihitung
menggunakan Persamaan 7 dengan menggunakan nilai frekuensi sudut seperti
pada Persamaan 8.
tan δ = 𝜀𝑟"
𝜀𝑟 (7)
ω = 2лf (8)
εr’’
ialah permitivitas relatif bagian imajiner (F/m). ω adalah frekuensi sudut
(rad/s) dan f ialah frekuensi linier (Hz). Setiap bahan memiliki nilai konstanta
dielektrik yang berbeda-beda. Konstanta dielektrik beberapa bahan ditunjukkan
dalam Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Nilai konstanta dielektrik berbagai bahan (Young & Freedman, 2000).
Material K
Ruang hampa 1
Udara (1 atm) 1,00059
Udara (100 atm) 1,0548
Teflon 2,1
Polietilena 2,25
Benzena 2,28
Mika 3-6
Mylar 3,1
Polivinil 3,18
Pleksiglas 3,14
Kaca 5-10
Neoprena 6,70
Germanium 16
Gliserin 42,5
Air 80,4
Strontium 310
Karet 2-3,5
Kertas 3,5
18
2.7 Pengaruh Nilai Frekuensi
Pemilihan frekuensi dalam pengukuran harus mencerminkan penggunaan dari
komponen, karena reaktansi merupakan fungsi dari frekuensi tersebut. Inductance,
capacitance, dan resistance (LCR) meter menggunakan sinyal AC dapat
digunakan untuk mengukur impedansi dari komponen. Pegangan LCR
meter biasanya memiliki uji frekuensi dari 100 Hz, 120 Hz, 1kHz, 10kHz, dan
100kHz. Besarnya nilai frekuensi yang diberikan mempengaruhi nilai impedansi
dan kapasitansi (Sucipto et al., 2016); permitivitas (Liu et al., 2017); serta
konduktivitas listrik sampel dan konstanta dielektrik (Riyanto et al., 2017).
Kemampuan polarisasi bahan dielektrik berubah sesuai frekuensi mengakibatkan
variasi nilai kapasitansi dan konstanta dielektrik. Pada frekuensi rendah, nilai
kapasitansi tinggi karena penyearahan dipol bahan dielektrik tidak terpengaruh
seperti pada frekuensi tinggi. Pada frekuensi tinggi, nilai kapasitansi dan
konstanta dielektrik rendah karena dipol-dipol tidak dapat mempertahankan
penyerahannya pada arus bolak-balik (Rajib et al., 2014). Menurut penelitian
Sucipto et al. (2016) frekuensi sangat mempengaruhi nilai kapasitansi pada tebu.
Semakin besar frekuensi yang diberikan, maka semakin kecil kapasitansi. Begitu
pula pada nilai impedansi yang diperoleh pada tebu seiring bertambahnya
frekuensi, maka nilai impedansi akan menurun. Penurunan drastis pada frekuensi
100-1000 Hz dan mulai berkurang pada rentang frekuensi >1000 Hz. Pada
frekuensi tersebut penyearahan momen dipol sudah tidak terjadi transmisi energi
lebih banyak pada frekuensi tinggi (Robby, 2013).
19
Nilai konduktivitas listrik pada sampel aluminosilikat geopolimer yang
mengandung senyawa penyusun berupa SiO2 sebanyak 60,72% pada rentang
frekuensi 42-5 x 106 Hz meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi. Hal
ini menunjukkan bahwa sampel tersebut berada pada wilayah semikonduktor.
Sedangkan pada hasil pengukuran konstanta dielektriknya, pada frekuensi rendah
(42-104 Hz) sampel tersebut memiliki konstanta dielektrik yang besar dan pada
frekuensi tinggi (104 – 5 x 106 Hz) memiliki nilai yang kecil (Riyanto et al.,
2017). Nilai konstanta dielektrik semakin menurun seiring dengan peningkatan
frekuensi karena polarisasi semakin menurun pada frekuensi tinggi (Khan et al.,
2016). Sedangkan pada penelitian Liu et al. (2017) diperoleh nilai permitivitas
yang semakin turun seiring dengan nilai frekuensi yang terus naik pada sampel
polimer/nanokomposit TiO2.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan pada bulan April 2018 sampai Mei 2018 di
Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung. Karakterisasi sampel
dilaksanakan di Jurusan Fisika Universitas Negeri Padang (UNP), Padang dan
Balai Tenaga Nuklir (BATAN), Serpong.
3.2 Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah neraca digital, gelas ukur,
gelas beker, spatula, hotplate stirer, oven dan batang pelapis (bar coater).
Sementara bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah nanosilika
dioksida dan polietilena 99% dari Merck. Karakterisasi dilakukan menggunakan
alat FTIR dan LCR meter.
3.3 Prosedur Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian terdiri atas beberapa tahap
antara lain preparasi sampel dan uji karkterisasi sampel menggunakan FTIR dan
LCR meter. Karakterisasi FTIR dilakukan di Laboratorium Kimia Instrumen
21
FMIPA Universitas Padang dengan alat FTIR dan pengujian sifat listrik
dilakukan di Laboratorium Balai Tenaga Nuklir (BATAN) Serpong dengan
menggunakan alat LCR meter tipe HIOKI 3522-50 dengan parameter fekuensi 0,1
Hz – 100 KHz pada tegangan potensial V= 1,5 Volt dengan temperatur ruang.
3.3.1 Preparasi Sampel
Pembuatan material komposit dilakukan dengan menggunakan metode
pencampuran sederhana. Serbuk silika dioksida yang berukuran nanometer
dicampurkan dengan polietilena. Langkah pertama yang dilakukan adalah
melelehkan polietilena dengan cara dipanaskan menggunakan hotplate stirer pada
suhu 95oC selama 5 menit. Kemudian mencampurkan nanopartikel SiO2 dengan
variasi % berat 5 wt% dan 10 wt% dengan polietilena yang sudah dilelehkan.
Kedua campuran tersebut diaduk dengan mixer sampai homogen. Setelah
tercampur, sampel PE/Nanosilika dibuat dengan tiga variasi ketebalan
menggunakan batang pelapis (bar coater) masing-masing berketebalan 6, 12, dan
25 µm. Variasi dari % berat dan ketebalan dari keenam sampel dapat dilihat pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Pengambilan data
Nama Sampel PE/nanosilika % wt Ketebalan (µm)
PE56 5 % wt 6
PE512 12
PE525 25
PE106 10 %wt 6
PE1012 12
PE1025 25
Sampel film yang terbentuk kemudian didiamkan pada suhu ruang setelah dicetak
dan siapkan untuk di karakterisasi.
22
3.3.2 Karakterisasi
Karakterisasi merupakan tahap yang digunakan untuk mengetahui sifat fisik dan
kimia dari sampel hasil preparasi. Data hasil karakterisasi ini akan menjadi
parameter keberhasilan dari tujuan penelitian ini.
3.3.2.1 Karakterisasi FT-IR
FT-IR digunakan untuk mengetahui jenis-jenis vibrasi antar atom,
menganalisa senyawa organik dan anorganik, serta menganalisa kualitatif dan
kuantitatif dengan melihat kekuatan absorpsi senyawa pada panjang
gelombang tertentu. FTIR menggunakan sinar infra merah sebagai media
untuk menganalisa jenis zat yang terkandung pada suatu sampel (Hidryawati
dan Alimuddin, 2010). Skematik prinsip kerja FTIR ditunjukkan pada
Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skematik prinsip kerja FTIR (Wiley, 2010).
Lampu detektor
sampel
Monitor pemindah Sumber cahaya
Pemecah sinar
Cermin tetap
Celah
23
FT-IR merupakan salah satu instrumen yang menggunakan prinsip
spektroskopi. Spektroskopi adalah spektroskopi inframerah yang dilengkapi
dengan transformasi fourier untuk deteksi dan analisis hasil spektrumnya
(Anam. 2007). Spektroskopi inframerah berguna untuk identifikasi senyawa
organik karena spektrumnya yang sangat kompleks yang terdiri dari banyak
puncak-puncak. Selain itu, masing-masing kelompok fungsional menyerap
sinar inframerah pada frekuensi yang unik. Spektrum inframerah yang
dihasilkan dari pentrasmisian cahaya akan melewati sampel, pengukuran
intensitas cahaya dengan detektor dan dibandingkan dengan intensitas tanpa
sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrum inframerah yang
diperoleh kemudian diplot sebagai intensitas fungsi energi, panjang
gelombang (µm) atau bilangan gelombang (cm-1) (Marcott ,1986).
Karakerisasi menggunakan FT-IR dapat dilakukan dengan menganalisis
spektra yang dihasilkan sesuai dengan puncak-puncak yang dibentuk oleh
suatu gugus fungsi, karena senyawa tersebut dapat menyerap radiasi
elektromagnetik pada daerah inframerah dengan panjang gelombang antara
0.78 – 1000 µm. Secara umum, langkah-langkah pengkarakterisasian sampel
padat menggunakan FTIR dapat dilakukan sebagai berikut:
a. Memasang alat DRS-8000A dengan benar.
b. Uji BKG menggunakan KBr dengan menggerus sepotong kecil
bongkahan KBr.
c. Memasukan serbuk KBr ke dalam lubang silinder yang terdapat pada
bagian tengah wadah berbentuk mur. Kemudian menempatkan wadah
24
tersebut pada alat DRS dan memposisikan agar sinar IR tepat mengenai
bagian tengah wadah.
d. Melakukan pengoperasian pada komputer.
e. Menguji sampel dengan mencampurkan serbuk sampel dan KBr.
Memasukan kedalam wadah. Jumlah sampel sekitar 5%-10%
dibandingkan jumlah KBr.
f. Kembali melakukan pengoperasian pada komputer.
g. Jika spektrum yang dihasilkan relatif pendek, berarti sampel yang
tercampur sedikit dan jika spektrum yang dihasilkan relatif panjang, maka
sampel yang tercampur banyak.
3.3.2.2 LCR meter
Pengujian dielektrik pada sampel dilakukan dengan menggunakan LCR meter
dengan arus AC. Dari hasil pengukuran akan diperoleh nilai resistansi,
kapasitansi dan induktansi dengan rentang frekuensi tertentu. Nilai impedansi
akan dikonversikan ke kapasitansi atau nilai induktansi yang sesuai. Induktansi
merupakan salah satu parameter utama yang diukur oleh LCR meter. Nilai
induktansi diperoleh dari perubahan aliran arus yang melalui rangkaian dan
beberapa perangkat seperti resistor. Hal ini dikarenakan arus listrik
menghasilkan medan magnet maka hal ini akan mengurangi terjadinya
perubahan nilai yang terhitung dan LCR akan mengukur rasio fluks magnet
(Mashadi,2010).
25
Induktansi
Induktansi adalah sifat dari rangkaian elektronika yang menyebabkan
timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang mengalir
pada rangkaian tersebut. Sifat ini disebut sebagai induktansi sendiri.
Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh
arus listrik.
Resistansi
Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang
resistivitasnya rendah besar tak hingga. Tetapi pada kenyataannya bahan
yang demikian itu belum bias diperoleh. Sampai saat ini semua bahan
isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik (walaupun kecil)
yang lazim disebut dengan arus bocor.
Kapasitansi
Kapasitansi merupakan kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi
dalam medan listrik yaitu ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan untuk
sebuah potensial listrik yang sudah ditentukan (Bishop, 2005).
Dari hasil pengukuran LCR meter diperoleh nilai resistansi, kapasitansi, dan
juga impedansi kita dapat menghitung nilai konduktivitas listrik dan nilai
konstanta dielektrik. Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak balik maka
terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat faktor
kapasitif. Besarnya kerugian yang diserap bahan isolasi tersebut berbanding
lurus dengan tegangan (volt), frekuensi (hertz), kapasitansi (farad) dan sudut
kerugian dielektrik (Efendi, et al., 2007). Ini lah yang kita sebut dengan nilai
kerugian dielektrik. Untuk menghitung ketiga nilai tersebut dapat
26
menggunakan Persamaan 5 dan 6. Secara umum alat LCR meter dapat dilihat
pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 LCR meter (Halaye, 2019).
3.4 Diagram Alir
Penelitian ini diawali dengan preparasi polietilena dengan dilelehkan, pembuatan
komposit PE/nanosilika dan analisa data. Skema pada penelitian ini ditunjukkan
pada Gambar 3.3.
27
Gambar 3.3 Diagram alir penelitian
Mulai
Polietilena dan Nanosilika
Lelehan polietilena
- Penyiapan bubuk
polietilena dan nanosilika
- Pelelehan polietilena pada
suhu 95 oC selama 5 menit
Komposit
Polietilena/nanosilika
- Pencampuran polietilena dan
nanosilika dengan variasi %
berat 5wt% dan 10 wt%
- Polietilena dan nanosilika
diaduk hingga homogen
- Campuran komposit
PE/nanosilika dicetak dengan
menggunakan batang pelapis
(bar coater) dengan variasi
ketebalan 6, 12 dan 25 µm
Lapisan tipis komposit
Polietilena/nanosilika
Analisis Data
- Didiamkan pada suhu
ruang
V. KESIMPULAN DAN SARAN
berikut:
1. Pengaruh ketebalan terhadap hasil spektrum FTIR pada sampel komposit
PE/nanosilika 5 wt% untuk 16, 12, dan 25 µm terlihat pada nilai puncak
serapan yang lebih tajam untuk sampel yang dicetak menggunakan barcoater
12 dan 25 µm dan sampel pada sampel komposit PE/nanosilika 10 wt% nilai
puncak serapan yang lebih besar dengan pita yang tajam terbentuk pada sampel
6 µm.
2. Pengaruh ketebalan terhadap sifat listrik sampel komposit PE/nanosilika 5 wt%
untuk nilai konduktivitas pada sampel PE525 memiliki nilai konduktivitas
yang lebih besar yaitu 2,85 x 10-7 S/cm. Pada sampel komposit PE/nanosilika
10 wt% nilai konduktivitas memiliki yang lebih besar pada sampel PE1025
yaitu 3,1 10-7 S/cm. Sedangkan untuk nilai konstanta dielektrik dari kedua
variasi filer menunjukkan bahwa semakin tebal sampel maka nilai konstanta
dielektrik akan semakin besar. Dan memiliki nilai loss tan terbesar pada
sampel PE525 dan PE106 yaitu secara berturut-turut 5,95 x 102 dan 8,01 x 103.
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai
53
Dari penelitian yang telah dilakukan ini, diharapkan untuk penelitian selanjutnya
menggunakan alat pencetak (barcoater) otomatis untuk mendapatkan ketebalan
yang lebih baik dan merata.
5.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
Alvisi, M., De, N. G., & Di, G. M. 1999. Deposition of SiO2 Films with High
Laser Damage Thresholds by Ion-assisted Electron-beam Evaporation.
Journal Applied Optics, Vol 38, No.7, Pp. 37-43.
Anam, C. S. 2007. Analisis Gugus Fungsi Pada Sampel Uji, Bensin dan Spiritus
Menggunakan Metode Spektroskopi FT-IR. Berkala Fisika, Vol 10, No.1,
Hal. 79-85.
Anjana, R., dan George, K.E. 2012. Reinforcing Effect of Nano Kaolin Clay on
PP/HDPE Blends. International Journal of Engineering Research and
Applications, Vol. 2, No. 4, Pp. 868-872.
Arista, D. 2015. Pengaruh Ketebalan Lapisan terhadap Karakteristik Thin Film
ZnO pada Substrat Kaca. (Skripsi). Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang.
Billmeyer, F. W. 1984. Texbook of Polymer Sciense 3rd Edition. Singapore. Inc.
Bishop, O. 2005. Dasar-dasar Elektronika Dasar, Edisi Pertama. Jakarta.
Erlangga.
Dobkin, D.M. 1992. Silicon Dioxide: Propertis an Applications. www.enigmatic-
consulting.com/SiO2.properties/html. Diakses pada 23 Mei 2018 pukul 11.30
WIB.
Efendi, R., Syamsudin, S., Sinambela, W.S., dan Soemarto. 2007. Medan
Elektromagnetik Terapan. Jakarta. Erlangga.
Frida, E., Bukit, N., dan Manalu, M. 2014. Pengelolahan Kaolin sebagai Bahan
Pengisi pada Termoplastik Hight Density Polyethilene. Jurnal Saintech, Vol.
6, No. 2, Hal. 78-79.
Fu, S.Y., Feng, X.Q., Lauke, B. & Mai, Y.W. 2008. Effects of Particle Size,
Particle/Matrix Interface Adhesion and Particle Loading on Mechanical
Properties of Particulate-Polymer Composite. Composites, Part B, 39, Pp.
933-961.
Gulmine, J. V., Jancrisek, P. R.. Heise, H. M. dan Akcelrud, L. 2002.
Polyethylene Characterization by FTIR. Polymer testing.
Hadiyawarman, Rijal, A., Nuryadin, B.W., Abdullah, M. dan Khairurrijal. 2008.
Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan
Menggunakan Metode Simple Mixing. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi,
Vol. 1, No. 1, Hal.14-21.
Halaye, T. 2019. LCR Meter Market Insights, Top Manufacturers and Industry
Outlook 2019 to 2025. https://journalbitcoin.com. Diakses pada 26 Januari
2019 pukul 13.00 WIB.
Hamdila, J.D. 2012. Pengaruh Variasi Massa terhadap Karakteristik
Fungsionalitas dan Termal Komposit MgO-SiO2 Berbasis Silika Sekam Padi
Sebagai Katalis. (Skipsi). Bandar Lampung. Universitas Lampung .
Hart, H., Leslie E., Craine dan David, J. 2003. Kimia Organik Edisi Kesebelas.
Jakarta. Erlangga .
Hassanajili, S., Khademi, M., and Keshavarz, P. 2014. Influence of Various Types
of Silica Nanoparticles on Permeation Properties of Polyurethane/silica
Mixed Matrix Membranes. Journal of Membrane Science, Vol. 453, Pp. 369-
383.
Hayt, William & John, A. B. 2006. Elektromagnetika, Edisi Ketujuh
(Diterjemahkan oleh Irzam Harmein). Jakarta. Erlangga.
Hindyawati, N. dan Alimuddin. 2010. Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari
Abu Sekam Padi dengan Menggunakan Natrium Hidrosida (NaOH)., Jurnal
Kimia Mulawarman, Vol. 7, No. 2, Hal. 75-77.
Karelson, J. M., Katritzky, A.L., Lobanov, V. and Sild, S., 1997, Quantitative
Structure-Property Relationship (QSPR) Correlation of Glass Transition
Temperature of High Molecular Weight Polymers, J. Chem. Inform. Comp.
Sci., Vol. 98, Pp. 300-304.
Johan, A. 2009. Karakterisasi Sifat Fisik dan Mekanik Bahan Refraktori α-Al2O3
Pengaruh Penambahan TiO2. Jurnal Penelitian Sains, Vol. 12, No. 2(B), Hal.
1-8.
Juansah, J. dan Irmansyah. 2007. Kajian Sifat Dielektrik Buah Semangka Dengan
Pemanfaatan Sinyal Listrik Frekuensi Rendah. Jurnal Sains MIPA, Vol. 13,
No. 3, Hal. 159-164.
Jung, H.S., D.S. Moon, & J.K. Lee. 2012. Quantitative Analysis and Efficient
Surface Modification of Silica Nanoparticles. Journal of Nanomaterials, Vol.
2012, Pp. 1-8.
Karelson, M., Katritzky, A.L., Lobanov, V. and Sild, S., 1997, Quantitative
Structure-Property Relationship (QSPR) Correlation of Glass Transition
Temperature of High Molecular Weight Polymers, J. Chem. Inform. Comp.
Sci., Vol. 98, Pp. 300-304.
Khan, M.S., Sohail, M., Khattak, N.S., and Sayed, M. 2016. Industrial Ceramic
Waste in Pakistan, Valuable Material for Possible Applications. Journal of
Cleaner Production, Vol. 139, Pp. 1520-1528.
Khdary, N. H. dan Abdesalam, M. E. 2017. Polymer-silica Nanocomposite
Membranes for CO2 Capturing. Arabian Journal of Chemistry. King Saudia
University. Saudi.
Kollár, M., & Zsoldos, G. 2012. Investigating Poly(vinyl-chloride)-Polyethylene
Blends by Thermal Methods. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,
Vol. 107, No. 2, Pp. 645-650.
Liu, H., Wang, L., Jiang Y., Li, S., Liu, D., Ji1, Y., Zhang, F., dan Che, D. 2018.
Study on SiO2 Thin Film Modified by Post Hot Isostatic Pressing.Vacuum.
Vol. 148, Pp. 258-264.
Liu, J., Wang, Y., Xiao, K., dan Zhang, Z. 2017. Research on the Thermal Aging
Behaviors of LDPE/TiO2 Nanocomposites. Journal of Nanomaterials, Vol.
2017, Pp. 1-11.
Marcott, C. 1986, Material Characterization Hand Book Vol.1 Infrared
Spectroscopy. USA. ASM International.
Mashadi. 2010. Sistem Instrumentasi Sifat Elektrik untuk Sampel Kapasitor
Berbasis Karbon. Tesis. Depok. Universitas Indonesia.
Marlina, L., Sriyanti, I., Iskandar, F., dan Khairurrijal. 2012. Pengaruh Komposisi
Sekam Padi dan Nano Silika terhadap Kuat Tekan Material Nanokomposit.
Jurnal Penelitian Sains,Vol. 15, No. 3(B), Hal. 93-95.
Novitasari, A., Masruroh, dan Tjahjanto, R. T. 2015. Pengaruh Ketebalan
terhadap Nilai Resistansi Lapisan Tipis Seng Sulfoftalosianin (ZnPcSn)
sebagai Prototipe Detektor Ozon. Natural B, Vol. 3, No. 2, Hal. 124-129.
Neelakanta, P, S., 1995. Handbook of Electromagnetic Materials : Monolithicand
Composite Versions and Their Applications. Boca Raton, Florida : CRC
Press LLC.
Pudjiastuti, W., Listyarini A. dan Sudirman. 2012. Polimer Nanokomposit sebagai
Master Batch Polimer Biodegradable untuk Kemasan Makanan. Jurnal Riset
Industri, Vol. 6, No. 1, Hal. 51-60.
Rajib, M., Shuvo, M.A.I., Karim, H., Delfin, D., Afrin, S., & Lin, Y. 2014.
Temperature influence on dielectric energy storage of nanocomposites.
Ceramics International Journal, Vol. 41, No. 1, Pp. 1807- 1813.
Reed, S.J.B. 1993. Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron
Microscopy in Geology Second Edition. Zone Naylor. Cambridge University
Press.
Riyanto, A., Sembiring, S., dan Junaidi. 2017. Karakteristik Fisis Aluminosilikat
Geopolimer Berbasis Silika Sekam Padi untuk Aplikasi Fast Ionic
Conductor. Reaktor. Vol. 17, No. 2, Hal. 96-103.
Robby, M. H. 2013. Kajian Karakteristik Biolistrik Kulit Ikan Lele (Clarias
batrachus) dengan Metode Dielektrik Frekuensi Rendah. (Skripsi). Fakultas
MIPA. Malang. Universitas Brawijaya.
Sampson, A.R. 1996. Scanning Electron Microscopy: Advaced Research System.
www.sem.com. Diakses pada 28 Mei 2018 pukul 11.00 WIB.
Sempana, E. Br. G. 2018. Pengaruh Konsentrasi NaOH pada Ekstrak Nanosilika
Berbasis Batu Apung. (Skripsi). Lampung. Universitas Lampung.
Siswanto, M. Hamzah, Mahendra, & Fausiah. 2012. Perekayasaan Nanosilika
Berbahan Baku Silika Lokal sebagai Filler Kompon Karet Rubber Air Bag
Peluncur Kapal dari Galangan. Prosiding InSINas 2012. Jakarta: Badan
Pengkajian dan Penerapan Teknologi. Hal. 56-59.
Sitorus, T. K. 2009. Pengaruh Penambahan Silika Amorf dari Sekam Padi
terhadap Sifat Mekanis dan Sifat Fisis Mortar. (Skripsi). Medan. Universitas
Sumatera Utara.
Smallman, R. E. dan Bishop, R. J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa
Material, Edisi keenam. Terjemahan Sriati Djaprie. Jakarta. Erlangga.
Smith, W.F. 1996. Principles of Material Science and Engineering, third Edition.
New York. Graw-Hill.
Sucipto, Riza, D. F. A., Hasan, M. L. A., Yuliyatun, S., Supriyanto, dan Somantri,
A. S. 2016. Pengaruh Ukuran Sampel, Frekuensi, dan Suhu terhadap Sifat
Biolistrik Tebu (Saccharum officanarum L.) untuk Prediksi Cepat Rendemen
Tebu. Jurnal Teknologi dan Manajemen Agroindustri, Vol. 5, No. 3, Hal.
140-148.
Sukron, M., Setyarsih, W. dan Rohmawati, L. 2015. Studi Dielekrik
Polyvinilidene Fluoride (PVDF) / SiO2 dari Lumpur Sidoarja. Jurnal Fisika,
Vol. 04, No.1, Hal. 19-22.
Syukri, S. 1999. Kimia Dasar Jilid 3. Bandung. ITB
Tripathi, M., Sahu, J. N., Ganesa, P., Monash, P., & Dey, T. K. 2015. Effect of
Microwave Frequency on Dielectrict Properties of Oil Palm Shell (OPS) and
OPS Char Synthesized by Mcrowave Pyrolysis of OPS. Journal of Analytical
and Applied Pyrolisis, Vol. 112, Pp. 306-312.
Tomara, G. N., Kerasidou, A. P., & Patsidis, A. C. 2015. Dielectric Response and
Energy Storage Efficiency of Low Content TiO2-polymer Matrix
Nanocoposites. Composites Part A Applied Science & Manufacturing, Vol.
71, Pp. 204-211.
Umiati, N.A.K. 2009. Pengujian Kekuatan Dielektrik Minyak Sawit dan Minyak
Castrol Menggunakan Elektrode Bola-bola dengan Variasi Jarak antar
Elektrode dan Temperatur. Jurnal Teknik Elektro. Vol. 11, No.1, Hal. 23-36.
Unar, I. N., Soomro, S. A., & Aziz, S. 2010. Effect of Various Additives on
Physical Properties of Polyvinylchloride Resin, Pakistan Journal of
Analytical Evironmental Chemistry, Vol. 11, No. 2, Pp. 44-50.
Vlack, L.H.V. 2004. Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa Material. Jakarta.
Erlangga.
West, A.R. 1999. Basic Solid State Chemistry Second Edition. New York. Willey.
Wiley, J. 2010. Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Encyclopedia
of Life Sciences. http://onlinelibrary.wilwy.com. Diakses pada 26 Januari
2019 pukul 09.50 WIB.
Yuniari, A. 2014. Sifat Elektrik dan Termal Nanokomposit Poly (Vinyl Chloride)
(PVC)/Low Density Polyethilene (LDPE). Majalah kulit, karet dan plastic,
Vol. 30. No. 2, Hal. 53-60.
Young & Freedman. 2000 . Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta.
Erlangga.
Zazoum, B., David, E., & Ngô, A. D. 2013. LDPE/HDPE/clay Nanocomposites:
Effects of Compatibilizer on the Structure and Dielectric Response. Journal
of Nanotechnology, Vol. 2013, Pp. 1-10.