PENGARUH KOMPOSISI LEMPUNG PADA SIFAT TERMAL MEMBRAN HIBRID POLISULFON-LEMPUNG
Zaiyar *
Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru Jalan : Dirgantara No.4 Arengka Pekanbaru-Riau 28294
* corresponding author : zaiyar68@yahoo.co.id

## Abstrak
Membran hibrid polisulfon-lempung dibuat dengan melarutkan bahan dasar polimer polisulfon dan bahan an organik lempung. Membran hibrid polisulfon-lempung PEL 1 menggunakan zat aditif polietilen glikol (PEG) sebanyak  9%, lempung  sebanyak  9%,  sedangkan  membran  PL  1  tanpa  menggunakan  PEG,  sehingga  lempungnya  sebanyak  18%. Kedua  membran  dibuat  dengan  metode  inversi  fase. Karakterisasi sifat  termal  membran  hibrid  polisulfon-lempung dilakukan menggunakan  DTA-TGA  Perkin  Elmer  kopling.  Persentase  lempung  yang  tinggi  menyebabkan  tinginya persentase    kandungan    silika  (SiO 2 ) pada membran PL 1 dibandingkan  membran PEL 1 partikel  silika  yang terdapat  pada    lempung    akan    berinteraksi    kuat    dengan  matriks  polimer  menghasilkan  membran  hibrid yang mempunyai stabilitas termal tinggi. Termogram dekomposisi material membran PEL 1 pada suhu 400 -600 o C sekitar  70% dan sekitar 50% pada membran PL 1.
Kata Kunci : Membran Hibrid poisulfon-lempung, inversi fase, stabilitas termal

## 1. Pendahuluan
Pada  penelitian  ini,    ditentukan  perbedaan  sifat termal pada 2 (dua) jenis membran hibrid polisulfon -lempung  PEL  1  dan  PL..  Membran  PEL  1  dibuat dengan menggabungkan bahan organik (polisulfon)  dan anorganik (lempung) dan zat aditif polietilen  glikol  (PEG),  sedangkan  membran  PL  1 dibuat  tanpa  menggunakan  zat  aditif  PEG.  Kedua membran  dibuat  dengan  menggunakan    metode inversi  fase.    Pencampuran  kedua  bahan  membran ini bertujuan untuk mengatasi kelemahan dari bahan organik  dan  anorganik  pada  membran  yang dihasilkan.  Persentase komposisi  bahan  anorganik (lempung)  pada  membran  hibrid  polisulfon- lempung    PEL 1 dan    PL 1 berbeda. Komposisi lempung  pada  kedua  jenis  membran  ini  berbeda. Persentase lempung pada membran hibrid polisulfon-lempung  PEL  1  sebesar  9%,  sedangkan pada  membran  PL  1  sebesar  18%.  Penelitian  ini merupakan  kelanjutan  dari  penelitian  sebelumnya yang  membahas  tentang  morfologi  pengaruh  zat aditif  PEG  pada  membran  hibrid  polisulfon-
lempung.
Persentase lempung pada membran PEL 1 dan PL 1 akan mempengaruhi stabilitas termal membran yang dihasilkan.  Stabilitas  termal    berhubungan  dengan perubahan-perubahan  kimiawi  bahan.  Selain  dari itu,  analisis  termal  juga    dapat  menentukan keawetan  bahan  pada  kondisi  tertentu,  fase  dan perubahan  fase  yang  terjadi  di  dalam  bahan,  dan pengaruh  aditif  yang  dimasukkan  ke  dalam  bahan (Hartomo,  1995).  Analisis  termal  dapat  ditentukan dengan Differential  Thermal  Analysis (DTA)  dan Themal Analysis Gravimetry (TGA).
DTA  adalah  metode  analisis  bahan  polimer berdasarkan  sifat  termal.  Dalam  metode  ini analisis  polimer  dilakukan    dengan    memanaskan sampel polimer dan referensi inert (alumina bebas air). Sampel polimer dan inert biasanya diletakkan dalam wadah aluminium dalam atmosfer nitrogen. Transisi-transisi  termal yang terjadi dalam sampel dideteksi  dan  diukur.  Emas  atau  grafit  dipakai untuk analisis  sampel  dengan   suhu   pemanasan
di  atas        800°C.  Ukuran  sampel  bervariasi  mulai dari  0,5  sampai  10  mg    (Stevens,  2001).  Suhu kisaran (range) analisis pada DTA antara 100-1500 o K.
Suhu peleburan dan transisi gelas yang terjadi pada pengukuran  sifat  termal  menunjukkan  perubahan- perubahan  morfologis  pada  bahan  (Stevens,  2001). Suhu pemanasan yang semakin tinggi menyebabkan kenaikan interaksi antar partikel. Peningkatan  suhu yang  terus  menerus  akan  mencapai  suatu  kondisi tertentu,  sehingga    ikatan  tidak  mampu  lagi mempertahankan  gaya  tariknya.  Kondisi  ini menyebabkan    terjadinya    pemutusan  ikatan  antar partikel.    Suhu  saat  terjadinya  pemutusan  ikatan suatu  makro  molekul  menjadi  molekul-molekul penyusun  yang  lebih  sederhana  disebut  temperatur dekomposisi (T d ).
Ketika  terjadi  suatu  transisi  dalam  sampel misalnya,  transisi  gelas  atau  reaksi  ikatan  silang. Temperatur sampel akan lebih tinggi daripada suhu referensi,  maka  perubahan  yang  terjadi  adalah eksotermal.  Jika  suhu  sampel  lebih  rendah, dibandingkan    suhu  referensi  terjadi  transisi endotermal (Stevens, 2001).
Prinsip  kerja Thermogravimetry  Analysis (TGA) berdasarkan  perubahan  massa  ketika  sampel  dan standar  dipanaskan  atau  didinginkan.    Perubahan massa  pada    pemanasan  akan  menunjukkan stabilitas  panas  serta  menunjukkan  molekul  yang lepas  pada  rentang  suhu  tertentu.  TGA  juga  akurat untuk menentukan titik dekomposisi.
Perbedaan  persentase  lempung  pada  bahan  dasar membran akan mempengaruhi sifat termal membran polisulfon-lempung yang dihasilkan Struktur lempung    yang  berlapis  ini,  menyebabkan mudahnya  terjadinya    penataan  ruang  dan  muatan antar lapisan, sehingga berpotensi  sebagai  pengisi (host) pada membran  hibrid  melalui  interkalasi polimer    organik    kedalam visit  host lapisan anorganik  lempung. Selain  itu, kandungan  silika (SiO 2 )  yang  tinggi  pada  lempung  asal  desa  Pallas (58%), menyebabkan  lempung  ini  berpotensi digunakan  sebagai    bahan aditif    dalam  pembuatan membran  hibrid.  Partikel  silika  akan  berinteraksi kuat dengan matriks polimer menyebabkan membran hibrid yang dihasilkan memiliki kestabilan termal yang baik.
Ioan et  al.,  (2008)  melaporkan  penambahan lempung  pada  matriks  membran    polisulfon meningkatkan porositas membran dan permeabilitas  air. Medeiros et  al., (2012), menunjukkan  bahwa      penambahan  lempung  pada matriks  membran  poliamida    akan    meningkatkan stabilitas  termal    dan  sifat  mekanik  membran, sehingga  suhu  transisi  gelas  poliamida  lempung yang lebih tinggi dibandingkan poliamida murni

## 2. Metode Penelitian
Alat-alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah  : DTA-TGA  Perkin  Elmer, Gas    Sorption Analyzer NOVA  1000,    sel  berpengaduk,  ayakan 200  mesh,  pengaduk  magnetik,  batang stainless steel
Bahan-bahan kimia yang digunakan pada penelitian ini  adalah  :  Polisulfon  UDEL  P3500  (Solvay  Ad- vance  Polymer),  lempung  Desa    Palas  (SiO 2 = 58%),      N,N  Dimetil  asetamida  (DMAc) (Merck), polietilen glikol (PEG) 4000

## 2.1  Pembuatan    Membran  Hibrid  Polisulfon- Lempung
Membran  hibrid  polisulfon-lempung  yang  dibuat terdiri    dari  2  (dua)  jenis  membran.  Membran pertama  (PEL  1)    menggunakan  2  jenis  zat  aditif yaitu  lempung  dan  PEG,            sedangkan  membran kedua  hanya  menggunakan  lempung  saja  (PL  1) Membran  pertama  (PEL  1  dibuat    dengan  cara  : melarutkan  18%  polisulfon  dalam  64%  dimetil formamida  (DMAc)    dengan  menggunakan  zat aditif  9%  lempung,  dan  9%  polietilen  glikol.(PEG) Membran kedua (PL 1) dibuat dengan cara melarut- kan  18% polisulfon dalam 64% dimetil formamida (DMAc)    dengan  menggunakan  zat  aditif  18% lempung. Proses pelarutan dilakukan pada temperatur kamar menggunakan pengaduk magnetik    selama  15  jam        sampai  larutan homogen.    Larutan  ini,          disebut  larutan    tuang polimer.
Larutan tuang  polimer  didiamkan  selama  3  jam untuk  menghilangkan  gelembung  udara  yang terperangkap  di  dalam  larutan    sebelum  dilakukan pencetakan  (Tweddle et al., 1994). Larutan tuang polimer  selanjutnya ditebar  di atas plat kaca yang telah  diolesi  aseton  lalu  diratakan  dengan  batang stainless steel hingga  terbentuk  lapisan  tipis  dan dibiarkan selama 5 menit.  Kemudian  lapisan  tipis
pada  pelat  kaca    direndam    dalam  bak  koagulasi yang telah berisi campuran  non  pelarut 2-propanol -air  perbandingan  (1:1).  Koagulasi  dilakukan selama  5  menit,  sehingga    membran  terkoagulasi. Selanjutnya  membran  polisulfon-lempung  PEL  1 dan  PL  1  yang  dihasilkan  dikarakterisasi  sifat termalnya.

## 2.2  Karakterisasi  Sifat Termal
Karakterisasi sifat termal membran hibrid polisulfon-lempung menggunakan  DTA-TGA Perkin  Elmer  kopling.    Membran  dimasukkan  ke dalam  kurs  tempat  sampel  dalam  alat  DTA-TGA. Kondisi  alat  diatur  dan  dioperasikan  pada  kisaran suhu pemanasan  30-800 °C, kecepatan pemanasan 10  °C/menit    dalam  lingkungan  gas  N 2 dengan kecepatan aliran gas 20 mL/menit.

## 3. Hasil Dan Pembahasan
Karakterisasi    sifat  termal    membran  hibrid polisulfon-lempung  PEL  1  dan  PL  1  dilakukan menggunakan  DTA-TGA  kopling  dengan  berat membran  4,387  mg,  suhu  pemanasan    30-800 o C. kecepatan pemanasan     10 o C/menit. Kurva warna merah      merupakan  hasil  pengukuran  DTA  dan warna hijau garis putus-putus merupakan pengukuran TGA. Hasil pengukuran membran PEL 1  dan  PL  1  ditunjukkan  pada    Gambar  1  dan gambar 2.
Gambar 1. Termogram DTA-TGA Membran PEL 1

## Gambar 2. Termogram DTA-TGA Membran PL 1
Berdasarkan      gambar  1  dan  gambar  2    dapat diketahui  bahwa  proses utama yang terjadi  ketika membran        dipanaskan   adalah  penguapan  yang diidentifikasi  sebagai  efek  endotermik  dan  diiringi dengan                kehilangan  berat  sampel.  Persentase pengurangan      berat    sampel    membran  PEL  1 (Gambar  1)    yang    terjadi    sampai    suhu  sekitar 200 o C  cukup  kecil  hanya  sekitar  5%.  Hasil  ini ditunjukkan pada      Tabel 1.  Pengurangan  berat yang  terjadi  pada  suhu  di  bawah  100 o C diidentifikasi  berasal   dari  non pelarut 2-propanol, sedangkan  suhu             120 – 200 o C  diidentifikasi berasal dari  non pelarut  air dan air  yang terdapat dalam lempung dan   pelarut DMAc .
Menurut    Vinodh  &  Dharmalingam  (2012), volatilisasi  dan    pembakaran    material    organik hidrokarbon  yang  berasal  dari    lempung    terjadi pada    suhu    sekitar  180 – 330 o C  yang  ditandai dengan  pengurangan berat sampel  membran PEL 1 sekitar  10%. Temperatur     330- 500 o C  merupakan kondisi  stabil    yang  menunjukkan  stabilitas  termal dari  polisulfon.  Hasil  ini  sesuai  dengan  penelitian Ficai et al., (2010)
Kehilangan  berat  yang  terjadi  pada    suhu    sekitar 330-400 o C,  menurut  Hwang et  al., (2006), diidentifikasi    berasal    dari  PEG.    Kondisi  ini, berbeda  dengan    termogram    membran  PL  1 (gambar  2)    yang    tidak  mengalami    persentase kehilangan berat sampel sampai suhu sekitar 500 o C (tabel  1)    yang    menunjukkan  tidak  adanya kehilangan  berat  yang  diidentifikasi  berasal  dari PEG.  Selain  itu,  kondisi  ini  juga  menunjukkan, membran PEL 1 mempunyai stabilitas termal  yang lebih  rendah  dibandingkan  membran   PL 1. Hasil ini  sesuai    dengan    penelitian  Medeiros et.al (2012),  yang  melaporkan bahwa lempung bentonit dapat  meningkatkan  stabilitas  termal  membran hibrid      poliamida 66.
Termogram  dekomposisi polisulfon membran  PEL 1 dan PL 1 (gambar 1 dan gambar 2) terjadi dalam 2 tingkat  endotermik.  Puncak  endotemik    pertama terjadi  pada    suhu    sekitar    526 o C  dan  puncak endotermik    kedua  pada  suhu  615 o C    (Ficai et  al., 2010),  namun pada termogram DTA  membran PL 1    di  antara    puncak-puncak    endotermik polisulfonnya,    tidak    terdapat    puncak  eksotermik pada  suhu  sekitar  570-580 o C  seperti    yang ditemukan  pada membran    PL 1. Menurut  Borlini et  al., (2008),          puncak          eksotermik  ini diidentifikasi  berasal  dari – OH  yang  terdapat  pada lempung.  Hal  ini,  menunjukkan  PEG  dan  lempung telah  menyatu  secara  lebih  baik  ke  dalam  matriks polimer,  selain  itu  persentase            komposisi lempung    pada  membran  PEL  1  lebih  kecil dibandingkan membran PL 1.
Stabilitas    termal  membran  PEL  1  yang  lebih rendah  dibandingkan  membran  PL  1  ditandai dengan    dekomposisi    polisulfon  pada  membran PEL 1 lebih tinggi dibandingkan membran PL 1 dan diiringi  dengan  pengurangan  berat  sampel    yang cukup    besar    sampai    suhu  630 o C    yaitu    sekitar
70%    pada  membran  PEL  1  dan  sekitar  50%  pada membran  PL  1(tabel  1).    Hal  ini  disebabkan    zat aditif    PEG    yang    berasal    dari  bahan  organik menjadikan membran  PEL 1 tidak stabil pada suhu tinggi.
Dekomposisi  membran polisulfon PL 1 yang lebih rendah  dibandingkan  membran  PEL  1  juga disebabkan komposisi bahan dasar matriks polimer. Persentase  kandungan  silika (SiO 2 )  lempung pada matriks  polimer  membran  PL  1  lebih    banyak dibandingkan  membran  PEL  1.  Menurut  He et  al., (2002),  partikel silika yang terdapat pada  lempung akan    berinteraksi    kuat    dengan  matriks  polimer membentuk  membran  hibrid    yang  mempunyai stabilitas  termal  tinggi.  Demikian  juga  halnya dengan  Mohammad  &  Khadum  (2006),  yang melaporkan  kandungan  silika  akan  meningkatkan sifat termal membran hibrid poli metil metakrilat.
Kurva DTA-TGA  sampel  membran PEL 1 dan PL 1 (gambar 1 dan gambar 2) pada suhu diatas 630 o C menunjukkan    kondisi    yang    relatif  stabil. Pengurangan    berat    sampel    diidentifikasi    hanya berasal    dari    K,    Si  dan  Al    yang    terdapat  pada lempung.

## 4. Kesimpulan
1. Persentase lempung pada bahan dasar membran mempengaruhi sifat termal membran PEL 1 dan PL 1.
2. Dekomposisi  membran polisulfon-lempung  PL 1  sebesar  50%  dan  membran    PEL  1.  Sebesar 70%
3. Kandungan silika pada lempung akan meningkatkan  sifat  termal  membran  hibrid polisulfon-lempung
Tabel 1. Persentase Pengurangan Berat Membran PEL 1 dan PL 1
Suhu Pemanasan,
o C Residu Membran PEL 1 Residu Membran PL 1 Identifikasi Senyawa 30 - 200 o C 95% 98% 2-propanol, air, DMAc 200-400 o C 90% 98% HC, PEG 400-600 o C 30% 50% Polisulfon,OH 600-800 o C 30% 50% K, Si, Al (lempung)

## Daftar Acuan
Borlini, M.C., Correia, J. C. G and   Caranassios, A., 2008,  Characterization  of  clay  from  Vale  do Mulembá – ES. Centro  de  Tecnologia  Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia 1-7
Ficai,  D.    Anton,  F.    Georgeta,  V.  Bogdan  S.V. Cornelia,G  &    Ecaterina,  A., 2010,  Polysulfone
Based Membranes With Desired Pores
Characteristics. Materiale  Plastice 47: 24-27
Hartomo  A.J. 1995, Analisis Polimer Aktual,  Andi Offset,  Yogyakarta.
He,  Z.  Pinnau,  I  &  Morisato,  A.,  2002, Nanostructured  Poly(4-Methyl-2-Pentyne)/  Silica Hybrid    Membranes    for  Gas    Separation, Desalination 146 :  11 – 15.
Hwang,  Y.J.  Young  H.L.  Chui,  O.  Young,  D.J  & Seong,
G.O., 2006, Preparation And
Characterization  of  PEG-Grafted  Silica  Particles Using  Emulsion, J.Ind.Enc.Chem 12  (3):  380- 386.
Ioan,  S.  Nicoleta  D.  Aurelia  C.  Danut,  I    & Gheorghe., 2008, Synthesis  and Characterisation of    Ionic    Conductive  Polysulfone  Composite Membranes, Romanian  Journal  of  Information
Science and Technology 12 (3): 410-412.
Medeiros, K,M.  Sara, V.O. Elaine, P.A.  Edcleide,
M.A &  Hélio, L.L., 2012,    Study  of  Polymide 66/ Bentonite Clay Hibride Membranes Obtained by Solution, Materials Science Forum : 727-728 .
Mohammad  W.A  &  Khadum  A.H.,  2006,  Pengaruh Kandungan Silika terhadap Sifat Termal Membran  Hibrid  (Poli  Metil  Metakrilat)/  SiO 2 , Prosiding    Seminar  Himpunan  Kimia  Indonesia 12 September 2006,  Pekanbaru.
Stevens,  P.  M.,  2001, Kimia  Polimer, Terjemahan oleh Iis Sofyan, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
Tweddle,  T.A.  Striez  C.N  &  Kutowy  O.,1994,
Laboratory  Workshop,  Membrane    Fabrication and  Membrane Testing, CIDA Course, Canada
Vinodh,  R  &  Dharmalingam  S.,  2012,  A  Novel Composite Membrane from Quartenized
Tri-Block  Copolymer  and  Titania:  Synthesis
Characterization    and      Alkaline    Fuel    Cell Performance  Study, Energy and Environmental Engineering Journal 1: 7-17