Abstrak— Pada  penelitian  ini  telah  dibuat  alat  ukur  sudut kontak  dengan  modifikasi  dual  channel.  Pengujian  kinerja  alat dilakukan  dengan  mengukur  nilai  sudut  kontak  dan  diameter tiga  bahan  padat  (politetrafluoroetilen,  polivinilklorida dan polimetilmetakrilat) dan bahan cair (akua demineralisasi, etanol dan  toluen)  yang  masing-masing  memiliki  nilai  momen  dipol berbeda.  Hasil  pengujian  kinerja  alat  menunjukkan  nilai  sudut kontak  118,783°  yang  sesuai  dengan  rentang  nilai  standar  alat (108-125°)  pada ASTM  C813-90. Hasil  pengukuran  pada  bahan air-PTFE  (θ=118,783°,  D=0,260  cm),  air-PVC  (θ=83,196°, D=0,311  cm), air-PMMA (θ=74,468°, D=0,340 cm),  etanol-PTFE (θ=52,351°,  D=0,320  cm)  dan  toluen-PTFE  (θ=40,204°,  D=0,366 cm)  diperoleh  nilai  sudut  kontak  yang  berbeda pada  diameter yang  berbeda.  Nilai  sudut  kontak  air  pada  PTFE  paling  tinggi dibandingkan dengan etanol dan toluen sesuai dengan besar nilai momen dipol yang dimiliki.
Kata Kunci— alat ukur sudut kontak dual channel; analisis sudut kontak; momen dipol; pembasaha; sifat polaritas.

## I. PENDAHULUAN
UDUT kontak merupakan sebuah parameter yang penting dalam aplikasi perkembangan ilmu koloid dan permukaan. Informasi yang diperoleh dari data sudut kontak adalah energi permukaan, hidrofobisitas, hidrofilisitas, kekasaran permukaan dan  heterogenitas  permukaan  [1].  Interaksi  bahan  yang terdapat  pada  fasa  padat  dan  cair    dalam  pengukuran  sudut kontak  dapat  digunakan  sebagai  dasar  untuk  mendeteksi polaritas  suatu  bahan.  Polaritas  pelarut  menyajikan  sebuah parameter  yang penting  dalam  proses  ekstraksi dan  teknologi permisahan  kromatografi.  Konsep  polaritas  juga  bisa diaplikasikan  dalam  penelitian  di  bidang  bahan  padat  seperti bahan kaca dan polimer [2].
Penelitian  mengenai  fenomena  pembasahan  suatu  bahan telah  dilakukan  oleh  banyak  peneliti  sejak  200  tahun  yang lalu. Beragam tujuan mengenai fenomena pembasahan dengan tujuan untuk mendapatkan metode yang tepat dan akurat pada analisis  pembasahan  [3]. Penelitian  di  bidang  pembasahan suatu bahan ini dimulai dari ketertarikan banyak peneliti pada fenomena  yang  terjadi  pada  tanaman  teratai  yang  bersifat hidrofobik [4].
Pengukuran  sudut  kontak  adalah  salah  satu  metode  yang tepat  untuk  digunakan  mempelajari  serta  mengembangkan fenomena  pembasahan.  Metode  ini  lazim  digunakan  karena karakteristik  pengukurannya  yang  bersifat  tidak  merusak bahan  yang  diuji  dan  tidak  banyak  merubah  karakteristik kimia dan fisika bahan tersebut [5]. Beragam bidang penelitian dibidang pengukuran sudut kontak digunakan sebagai metode
acuan  untuk  mengetahui interaksi  permukaan  antar  bahan yang  diuji.  Gallardo-Moreno  dkk  [6] dalam  penelitiannya yang  berkaitan  dengan  fenomena  pembasahan  pada permukaan  koloni  bakteri  menjadikan  air  sebagai  indikator universal,  di  mana  air  sebagai  larutan  yang  akan  diteteskan pada  permukaan koloni  bakteri  yang dijadikan sebagai  bahan padatan.
Pengukuran sudut kontak ini juga digunakan pada penelitian lain untuk mengetahui bagaimana interaksi polar dan nonpolar di dalam suspensi yang terkorelasi dengan perilaku antar muka dari  larutan  ionik.  Restolho  dkk  [7] mengukur  nilai  tegangan permukaan dan sudut kontak lima bahan cair dengan polaritas berbeda pada tiga bahan padat dengan polaritas yang berbeda. Kontrol  temperatur  juga  dilakukan  pada  penelitian  tersebut yaitu  dilakukan  pada  rentang  temperatur  298-453  K. Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Restolho  dkk  [7]  tersebut mencoba  mengkorelasikan  antara  nilai  tegangan  permukaan padatan  dan  cairan  dengan  nilai  polaritasnya.  Nilai  tegangan permukaan  diperoleh  dari  substitusi  nilai  sudut  kontak pada persamaan  Young.  Diperoleh  korelasi  bahwa  nilai  sudut kontak  berbanding  lurus  dengan  nilai  tegangan  permukaan cairan.
Hasil perbandingan pengukuran sudut kontak oleh Restolho dkk [7]  pada padatan yang berbeda dengan cairan  yang sama menunjukkan  perbedaan  nilai  sudut  kontak  yang  berbeda sebagaimana  hasil  perolehan  pengukuran  yang  dilakukan Batchelor  dkk  [8]. Berdasarkan  penelitian  tersebut, perilaku pembasahan  cairan  ionik  pada  permukaan  hidrofobik  dan hidrofilik  memberikan  sebuah  pandangan  baru  pada  polaritas larutan. Fenomena  pembasahan  yang  terjadi  pada  batuan reservoar  dengan  adanya  cairan  minyak  dan  air  juga  dapat diamati  menggunakan  metode  pengukuran  sudut  kontak seperti yang dilakukan oleh Standal dkk [9].
Di  sisi  lain  penentuan  nilai  momen  dipol  dari  senyawa dalam  bentuk  larutan  yang  diteliti  oleh  Wlodarska [10] dianalisis  secara  percobaan  dan  perhitungan  teori.  Nilai momen  dipol  dihitung  berdasarkan  kerangka  persamaan Onsager .  Model  persamaan Onsager ini  telah  berhasil digunakan  untuk  menjelaskan  karakteristik  dielektrik  pada beberapa senyawa lain seperti yang dilakukan oleh Dutkiewicz [11].  Selain  itu  pada  penelitian  lain    juga  disebutkan pengukuran  momen  dipol  dapat  diukur menggunakan persamaan Guggenheim [12]. Luasnya  aplikasi  pengukuran sudut  kontak  pada  beragam bidang  penelitian dibidang  kimia mendorong dilakukannya penelitian ini.
Gomes  dkk  [13]  telah  melakukan  penelitian  mengenai pengukuran  nilai  sudut  kontak  menggunakan  alat  ukur  sudut

## Fabrikasi Alat Ukur Sudut Kontak Dual Channel untuk Mengetahui Sifat Polaritas Suatu Bahan
Wahyu Anggriawan dan Fredy Kurniawan Jurusan Kimia, FMIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
e-mail : fredy@chem.its.ac.id
S
kontak  hasil  rancangan  mereka.  Penggunaan  mikroskop optis monokuler  tersebut  mampu  mengamati  nilai  sudut  kontak  air pada  permukaan  politetrafluoroetilen  dengan  sudut  kontak sebesar 151°.  Nilai sudut kontak  tersebut  sangat berbeda dari standar internasional ASTM C813-90.

## II. METODOLOGI

## A. Peralatan dan Bahan Percobaan
Peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah peralatan gelas, oven, ultrasonic cleaner . Microscope portable untuk  memperoleh  gambar  tetesan  cairan.  Analisis  gambar tetesan  cairan  pada  bahan  padatan  untuk  memperoleh  nilai sudut  kontak  dilakukan  dengan  metode  tetesan  cairan  pada bahan  padatan,  menggunakan  perangkat  lunak Low  Bond- Axisymmetric  Drop  Shape  Analysis pada plugin (ImageJ, Open Source) hasil ciptaan Aurelien Stalder.
Bahan-bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah cairan  pelarut dan  padatan  polimer.  Bahan  cair  yang digunakan  adalah  akua  demineralisasi,  etanol  dan  toluen. Padatan  polimer    yang digunakan  adalah  politetrafluoroetilen (PTFE),  polimetilmetakrilat  (PMMA)  dan  polivinilklorida (PVC),  masing-masing  memiliki  ketebalan  1  mm kecuali PTFE yang memiliki ketebalan 2 mm.

## B. Pengukuran Sudut Kontak
Pengukuran  sudut  kontak  dilakukan  dengan  teknik penetesan  cairan  pada  permukaan  lapisan  padatan, menggunakan  seperangkat  alat  pengukur  sudut  kontak  hasil rancangan  yang  telah  difabrikasi  dan  distandardisasi. Sebanyak 25 mikro liter cairan diletakkan pada micro syringe yang  akan  diteteskan  pada  permukaan lapisan  padatan  pada bagian wadah cuplikan substrat padatan.

## III. DISKUSI DAN PEMBAHASAN
Pada  bagian  ini  ditampilkan  dan  dijelaskan  hasil  penelitian dan pembahasan dengan urutan desain dan pembuatan alat ukur sudut kontak dual channel dilanjutkan dengan pengujian fungsi alat  menggunakan  ASTM  C813-90  sebagai  standar  acuan untuk  mengetahui  kualitas  pengukuran  yang  dihasilkan  oleh alat tersebut

## A. Alat Ukur Sudut Kontak Dual Channel
Alat  ukur  sudut  kontak dual  channel berhasil  dilakukan. Pengamatan tetesan cairan pada permukaan bahan padat dapat diamati  dari  dua  sisi  menggunakan  dua  kamera,  sehingga disebut  dengan dual  channel .  Pembuatan  alat  ukur  sudut kontak single  channel dengan  memodifikasi  mikroskop  optis monokuler  sudah  pernah  dilakukan  oleh  Gomes  dkk  [13]. Desain  alat  ukur  sudut  kontak  pada  penelitian  tersebut  masih menggunakan  satu  kamera  untuk  mengamati  tetesan  cairan pada  padatan  dari  sisi depan.  Bentuk  tetesan  yang  tidak  tepat membentuk  lingkaran  sempurna  akan  memberikan  nilai  sudut kontak  yang  berbeda  dengan  tetesan  yang  membentuk lingkaran  sempurna.  Alat  ukur  sudut  kontak dual  channel berhasil  dibuat  dan  dapat  mengamati  bentuk  tetesan  dari  sisi depan dan atas seperti pada gambar 1 dan 2.
Kualitas  gambar  tetesan  yang  dihasilkan  dengan mengunakan  kamera  yang  digunakan  pada  penelitian  ini menunjukkan  hasil  yang  lebih  bagus  dan  jelas  dibandingkan dengan  hasil  rancangan  alat  ukur  sudut  kontak single  channel menggunakan  mikroskop  optis  monokuler  sebagaimana  yang dilakukan  oleh  Gomes  dkk [13].  Dengan melakukan beberapa penyesuaian  dengan backlight dan  karateristik  warna  padatan maka  akan  diperoleh  gambar  tetesan  yang  sangat  bagus  dan jelas.

## B. Standarisasi Alat Ukur Sudut Kontak Dual Channel
Standarisasi  alat  yang  telah  dirangkai  perlu  dilakukan  agar operator  terbiasa  dan  cakap  mengoperasikan  alat  ukur  sudut kontak dual  channel .  Dilakukan  pencucian  pada  permukaan bahan  padatan  dalam  larutan  deterjen  berfungsi  untuk menghilangkan  pengotor  yang  masih  terdapat  di  permukaan bahan padatan. Kandungan surfaktan di dalam deterjen mampu menghilangkan  pengotor  pada  permukaan  bahan  padatan. Surfaktan  mempunyai  dua  ujung  kepala  bersifat  lipofilik  dan hidrofilik.  Bagian  surfaktan  yang  bersifat  lipofilik  akan mengikat  pengotor  dalam  bentuk  minyak  pada  permukaan padatan.  Sedangkan  bagian  surfaktan  lainnya  yang  bersifat polar  akan  mengikat  air. Dua  bagian  yang  bersifat  berbeda tersebut  menyebabkan  deterjen  yang  mengandung  surfaktan mampu  mempersatukan  campuran  yang  mengandung  air  dan minyak.  Interaksi  tersebut  mampu  menurunkan  tegangan permukaan  air  dan  pengotor  pada  sistem yang  mengakibatkan hilangnya  pengotor  dari  permukaan  padatan  dan  proses pencucian berlangsung dengan baik.
Dibilas  bahan  padatan  dengan  akua  demineralisasi  berguna untuk  memastikan  bahwa  tidak  ada  larutan  deterjen  yang tertinggal  pada  permukaan  padatan.  Sehingga  perlu  dilakukan pembilasan  permukaan  padatan  dengan  akua  demineralisasi. Permukaan  padatan  yang  bersih  dari  pengotor  akan menghasilkan  hasil  pengukuran  sudut  kontak  yang  akurat. Interaksi  antarmuka  yang  terjadi  harus  benar-benar  antara bahan  padatan  dengan  pelarut  dan  tidak  ada  pengaruh  bahan campuran  lainnya  yang  tidak  diinginkan.  Adanya  pengotor menyebabkan  nilai  sudut  kontak  yang  dihasilkan  kurang akurat.
Proses sonikasi dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan  partikel  pengotor  yang  masih  menempel  pada permukaan  padatan.  Pemisahan  partikel  pengotor  pada permukaan  terjadi  dengan  cara memecah  interaksi antarmolekul  di  permukaan.  Pemecahan  antarmolekul disebabkan  dari  pengaruh  getaran  mekanis  hasil  pengubahan sinyal  listrik.  Penyimpanan  bahan  padatan  di  dalam  desikator pada temperatur ruang berguna untuk menjaga kondisi substrat padatan agar tetap kering. Permukaan padatan yang bersih dan kering  mampu  menghasilkan  nilai  pengukuran  sudut  kontak yang akurat.
Pengukuran  nilai  sudut  kontak  antara  akua  demineralisasi dan  bahan  padatan  politetrafluoroetilen  digunakan  sebagai standarisasi  alat  ukur  sudut  kontak  yang  telah  dibuat. Standarisasi  ini  bertujuan  untuk  membandingkan  standar  alat ukur  sudut  kontak dual  channel yang  telah  dibuat  dengan standar  internasional.  Penggunaan  air  sebagai  bahan  acuan untuk  proses  standardisasi  alat  karena  bahannya  yang  relatif
aman  dan  mudah  didapat  sehingga  proses  standarisasi  alat dapat  dengan mudah dilakukan. Selain itu sifat bahan padatan yang  sangat  tidak  suka  dengan  air  juga  menjadi  alasan penggunaan  air  sebagai  bahan  acuan  proses  standarisasi  alat. Penggunaan  substrat  padatan  politetrafluoroetilen  sebagai bahan  acuan  untuk  standardisasi  karena  sifatnya  yang  sangat hidrofobik dan bersifat inert terhadap semua bahan kimia.
Gambar 1. Tampak depan tetesan cairan (akua demineralisasi) pada permukaan lapisan padatan politetrafluoroetilen.
Sifat  hidrofobik  yang  dimiliki  oleh  politetrafluoroetilen memudahkan  pengamatan  dan  penentuan  nilai  sudut  kontak yang  dihasilkan  ketika  ditetesi  dengan  cairan.  Nilai  sudut kontak  yang  dihasilkan  oleh  interaksi  antara  air  dengan politetrafluoroetilen yang berada di daerah 108-125° sangatlah berguna  untuk  memudahkan  proses  standardisasi.  Interaksi antarmuka bahan cairan  dan  padatan akan sangat jelas terlihat karena  masing-masing  bahan  mempertahankan  tegangan permukaannya  atau  gaya  adhesi  yang  tinggi  oleh  air  dan politetrafluoroetilen.
Posisi  kamera  harus  tepat  dan  tidak  goyah  ketika  proses pengujian,  karena  berpengaruh  pada  kualitas  gambar  tetesan yang dihasilkan. Gambar tetesan akan cenderung buram ketika posisi kamera tidak kuat dan goyah.
Gambar 2. Tampak atas tetesan cairan (akua demineralisasi) pada permukaan lapisan padatan politetrafluoroetilen.
Menurut standar yang tercantum dalam ASTM C813- 90  untuk  melakukan  standardisasi  alat  ukur  sudut  kontak, operator  perlu  melakukan  pengukuran  nilai  sudut  kontak  air pada  permukaan  politetrafluoroetilen.  Nilai  sudut  kontak  air pada  permukaan  politetrafluoroetilen  diperoleh  sebesar 118,783°  dengan  diameter  sebesar  0,260  cm  sebagaimana ditampilkan  pada  Gambar  3.1 dan  3.2.  Nilai  tersebut  berada pada  rentang  108-125°  yang  menunjukkan  bahwa  perolehan nilai  sudut  kontak  menggunakan  alat  yang  telah  dibuat  pada penelitian ini sesuai dengan standar internasional [5].

## C. Analisis Nilai Sudut Kontak Air pada Permukaan Lapisan Padatan Politetrafluoroetilen
Pengukuran  nilai  sudut  kontak  dilakukan  pada  air  (akua demineralisasi)  yang  diteteskan  pada  permukaan  lapisan padatan  politetrafluoroetilen.  Nilai  sudut  kontak  yang  telah dianalisis  sebanyak  3  kali  pada  setiap  variasi  diameter ditunjukkan pada tabel 1.
Nilai  sudut  kontak  air  pada  permukaan  lapisan  padatan politetrafluoroetilen  yang  diperoleh  menggunakan Low  Bond- Axisymmetric  Drop  Shape  Analysis menunjukkan  hasil  yang berbeda pada setiap diameter.
Tabel 1.
Nilai pengukuran sudut kontak tetesan air pada permukaan lapisan padatan
politetrafluoroetilen. Diameter (cm) Sudut Kontak (°) 1 2 3 0,260 118,783 118,783 118,783 0,269 114,808 114,808 114,808 0,272 111,530 111,530 111,530 0,277 111,050 111,050 111,050 0,284 109,461 109,461 109,461
Perbedaan  nilai  sudut  kontak  yang  diperoleh  dari pengukuran bahan padat  dan cair yang digunakan dipengaruhi oleh  gaya  Van  der  Walls  masing-masing  partikel.  Gaya  Van der Walls dapat terjadi antara partikel yang sama atau berbeda. Nilai  momen  dipol  dari  masing-masing  bahan  yang  diuji menyebabkan  adanya  ikatan  Van  der  Walls  partikel-partikel bahan. Bahan yang mempunyai momen dipol paling kecil akan mempunyai gaya Van der Walls yang kecil juga.
Hasil tersebut sesuai dengan teori bahwa gaya Van der Walls yang  merupakan  gaya  tarik-menarik  listrik  suatu  bahan disebabkan adanya nilai momen dipol yang dimiliki oleh bahan tersebut.  Ketika  bahan  cairan  diteteskan  ke  atas  permukaan bahan padatan  akan  akan  terjadi induksi  momen  antara  bahan cair  dengan  bahan  padat.  Nilai  momen  dipol  induksi  ini berpengaruh pada sudut kontak yang dihasilkan.

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  penelitian  dan  pengamatan  yang  dilakukan, dapat  diambil kesimpulan bahwa alat  ukur sudut  kontak dual channel yang  telah  dibuat  memiliki  kemampuan  pengukuran yang  akurat  sesuai  standar  internasional  dengan  rentang  nilai sudut kontak (108-125°) yang tercantum dalam ASTM C813- 90.  Modifikasi  sisi  pengamatan  tetesan  cairan  dari  sisi  depan dan  atas  tetesan  memberikan  tambahan  informasi  mengenai bentuk  tetesan  cairan  pada  permukaan  lapisan  padatan.  Nilai sudut kontak yang dihasilkan menunjukkan hasil yang berbeda pada  masing-masing  diameter  tetesan  dengan  bahan  yang sama.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  Allah  SWT  yang  telah  memberikan kelancaran  dalam  pengerjaan  jurnal  ini.  Terima kasih  kepada Bapak/Ibu Dosen Jurusan Kimia FMIPA ITS.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Tavana,  H.,  Lam,  C.N.C.,  Grundke,  K.,  Friedel,  P.,  Kwok,  D.Y.,  Hair, M.L., dan Neumann, A.W. (2004), “Contact angle measurements with liquids consisting of bulky molecules”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 279, hal. 493-502.
[2] Ercelen, S., Klymchenko, A.S., Demchenko, A.P. (2002), “Ultrasensitive fluorescent  probe  for  the  hydrophobic  range  of  solvent  polarities”, Analytica Chimica Acta, Vol. 464-2, hal 273-287.
[3] Herminghaus, S., Brinkmann, M., dan Seeman, R., (2008), “Wetting and Dewetting  of  Complex  Surface  Geometries”,  The  Annual  Review  of Materials Research, Vol. 38:101-21.
[4]  Barthlott,  W.,  dan  Neinhuis,  C.,  (1997),  “Purity  of  the  sacred  lotus,  or escape from contamination in biological surfaces”, Planta, Vol. 202, hal 1-8.
[5]  ASTM  Committee  C  813-90  (2004),  Standard  Test  Method  for Hydrophobic Contamination on Glass by Contact Angle Measurement, ASTM International, West Conshohocken.
[6]  Gallardo-Moreno,  A.M.,  Navarro-Perez,  M.L.,  Vadillo-Rodriguez,  V., Bruque,  J.M.,  dan  Gonzalez-Martin,  M.L.  (2011),  “Insights  into bacterial  contact  angles:  Difficulties  in  defining  hydrophobicity  and surface  Gibbs  energy”, Journal  of  Colloids  and  Surfaces  B:
Biointefaces , Vol. 88, hal. 373-380.
[7]  Restolho,  J.,  Mata,  J.L.,  dan  Saramago,  B.  (2009),  “On  the  interfacial behavior of ionic liquids: Surface tensions and contact angles”, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 340, hal. 82-86.
[8]  Batchelor,  T.,  Cunder,  J.,  dan  Fadeev,  A.Y.,  (2009),  “Wetting  study  of imidazolium  ionic  liquids”,  Journal  of  Colloid  and  Interface  Science, Vol. 330, hal. 415-420.
[9] Standal, S., Haavik, J., Blokhus, A.M., dan Skauge, A. (1999), “Effect of polar  organic  components  on  wettability  as  studied  by adsorption  and contact  angles”, Journal  of  Petroleum  Science  and  Engineering ,  Vol. 24, hal. 131-144.
[10] Wlodarska, M. (2014), “Dipole moment calculation in solution for some liquid  crystalline  molecules”, Journal  of  Molecular  Structure ,  Vol. 1059, hal. 44-50.
[11]  Dutkiewicz,  M.,  dan  Malecki,  J.,  (1997),  “Nonlinear  dielectric  effect (NDE) and molecular orbital study of the conformational equilibrium in 1,4-dimethoxybenzene  in  benzene  solution”,  Journal  of Molecular Structure, Vol. 416, hal. 105-111.
[12] Fiaz, M., dan Beevers, M.S., (1996), “Temperature dependence of static dielectric permittivity and dipole moments of poly( N -vinylcarbazole)”, Polymer, Vol. 37, hal. 755-760.
[13] Gomes, D.J.C., Souza, N.C., dan Silva, J.R., (2013), “Using a monocular optical  microscope  to  assemble  a  wetting  contact  angle  analyser”, Measurement , Vol. 46, hal 3623-3627.