JKPK (JURNAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA) , Vol. 2, No. 3, Desember 2017 Program Studi Pendidikan Kimia  Universitas Sebelas Maret https://jurnal.uns.ac.id/jkpk
Hal. 152-157 ISSN 2503-4146
ISSN 2503-4154 (online)

## PENGARUH KATALIS PADA PROSES PEMBENTUKAN PARTIKEL NANO SILIKA SEBAGAI MATERIAL HIDROFOBIK
The Effect of Catalyst in the Process of Nano-Silica Particle Formation as a Hydrophobic Material

## Ikhwanul Muslim*, Wulan Safrihatini, dan Witri Aini
Jurusan Kimia Tekstil, Politeknik STTT Bandung Jl. Jakarta No. 31 Bandung, Jawa Barat. Indonesia
Untuk korespondensi: Tel/Fax : (022)7272580, e-mail : ikhwanul_01@yahoo.com
Received: June 22, 2017 Accepted: December 06, 2017 Online Published: December 31, 2017
DOI: 10.20961/jkpk.v2i3.11920

## ABSTRAK
Nano  Silika  dikenal  sebagai  material  hidrofobik  yang  digunakan  untuk  melapisi  bahan sehingga  merubah  sifat  permukaan  bahan  tersebut.  Proses  pembuatan  material  Nano  Silika menggunakan  metode  sol-gel.  Proses  sol  gel  didefinisikan  sebagai  proses  pembentukan senyawa anorganik melalui reaksi kimia dalam larutan pada suhu rendah dimana pada proses tersebut terjadi perubahan fasa dari suspensi koloid (sol) menjadi fasa cair kontinyu (gel).  Pada penelitian  ini    dipelajari  pengaruh  penggunaan  jenis  katalis.  Hasilnya  kemudian  diaplikasikan pada  kain  kapas,  poliamida  dan  sutera.  Hasil  evaluasi  Moisture  Content  dan  Moisture  Regain didapatkan  penurunan  kelembaban  terbesar  pada  kain  kapas  dan  poliamida  dengan menggunakan katalis asam. Penggunaan katalis basa pada ketiga kain menunjukkan penurunan kelembaban  yang  kurang  signifikan.  Penggunaan  jenis  katalis  ini  akan  mempengaruhi  pula terhadap nilai kekuatan tarik masing masing serat. Hasil uji tarik didapatkan bahwa penggunaan katalis  asam  menurunkan  kekuatan  tarik  paling  besar  pada  kain  kapas  sebesar    88,57%, dibandingkan kain poliamida dan sutera. Penggunaan katalis basa menurunkan kekuatan tarik yang kurang signifikan pada ketiga kain.
Kata kunci: katalis, nano silika, sol-gel, kain, hidrofobik

## ABSTRACT
Nano Silica is known as a hydrophobic material used to coat the material that further modifies the surface properties of the material. In this study the process of making nano silica material is using  sol-gel  method.  The  sol  gel  process  is  defined  as  the  process  of  forming  an  inorganic compound through chemical reaction in solution at a low temperature wherein the process a phase changes from the colloidal suspension (sol) to a continuous liquid phase (gel). The types of catalyst were studied. The result was then applied to cotton, polyamide and silk fabrics. Acid catalyst showed the  greatest  moisture  reduction  based  on  Moisture  Content  and  Moisture  Regain  evaluation  in cotton and polyamide fabrics, whereas base catalysts showed a significantly less moisture reduction on the three fabrics. The use of these types of catalyst will also affect the value of the tensile strength of each fiber. Tensile test results showed that the use of acid catalysts decreased the maximum tensile strength in cotton fabrics by 88.57%, compared to polyamide and silk fabrics and the use of base catalyst showed less significant decreased on tensile strength for all fabrics.
Keywords: catalyst, nano-silica, sol-gel, fabric, hydrophobic

## PENDAHULUAN
Dari beberapa penelitian sebelumnya,
proses sol-gel telah banyak terbukti memberikan  suatu  performa  terhadap  sifat hidrofobik  dari  material.  Proses  ini  banyak diaplikasikan  pada  material  seperti  monolit, pelapis,  serat  dan  film  untuk  optik  aplikasi perangkat[1].  Proses  sol  gel  didefinisikan sebagai  proses  pembentukan  senyawa anorganik melalui reaksi kimia dalam larutan pada  suhu  rendah  dimana  pada  proses tersebut terjadi perubahan fasa dari suspensi koloid  (sol)  menjadi  fasa  cair  kontinyu  (gel). Proses  sol-gel  sendiri  dipengaruhi  oleh beberapa faktor yaitu konsentrasi prekursor, konsentrasi  katalis,  jenis  pelarut  yang digunakan,  dan  lama  waktu  pematangan/ ageing . Alkoksida silikon umumnya bereaksi lambat  dengan  air,  tetapi  proses  reaksi, hidrolisis  dan  kondensasi  dapat  dipercepat dengan  menggunakan  katalis  asam  atau basa.
Gambar 1. Mekanisme reaksi menggunakan katalis asam dan basa
Dari  gambar  di  atas  dapat  dilihat katalis  asam  dan  basa  memiliki  mekanisme yang  berbda  dalam  proses  hidrolisis  dan kondensasi. Pada reaksi dengan menggunakan  katalis  asam  yang  pertama terjadi adalah protonasi pada grup alkoksil. Si memberikan  elektronnya  kepada  group
alkoksil  yang  terprotonasi  sehingga  Si bersifat  elektrofilik  sehingga  memudahkan molekul  H 2 O  masuk.  Molekul  air  akan menyerang  Si  dari  daerah  yang  berlainan dari  gugus  hidroksil  yang  terprotonasi. Setelah gugus air masuk gugus alcohol akan lepas dan gugus air akan melepas protonnya. Sedangkan  pada  katalis  basa  tahap  awal reaksi  adalah  silicon  akan  diserang  oleh gugus  hidroksil.  Dengan  masuknya  gugus hidroksil akan membentuk intermediet berupa  Si  dengan  bentuk  pentakordinat. Bentuk  pentakordinat  dari  SI  tidak  stabil sehingga  gugus  OR  dengan  ukuran  yang lebih besar akan lebih mudah lepas.
Precursor  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  Tetraethylorthosilicate (TEOS)  yang  divariasikan  dengan  berbagai kondisi  katalis.  Katalis  akan  mempengaruhi produk proses sol gel. Hasil sol gel ini  akan diaplikasikan  pada  beberapa  jenis  kain diantaranya  kapas,  polyamida  dan  sutera. Reaksi  hidrolisis  TEOS  paling  banyak dipengaruhi  oleh  kekuatan  dan  konsentrasi asam atau basa yang digunakan. Disisi lain, katalis asam atau basa yang digunakan akan mempengaruhi ketahanan kain terhadap zat kimia  tertentu,  sehingga  perlu  dilakukan penelitian  untuk  mencari  jenis  katalis  yang sesuai  sehingga  diperoleh  material  dengan sifat  hidrofobik  dan  potensi  kerusakan  kain yang paling sedikit.
Lebih  jauh  lagi,  penelitian  yang dilakukan  bertujuan untuk menentukan jenis katalis yang cocok digunakan untuk menghasilkan  sifat  kain  menjadi  material hidrofobik  dengan  efek  samping  berupa kerusakan serat yang paling sedikit.

## METODE PENELITIAN
Kain  kapas,  poliamida  dan  sutera dibeli dari pusat grosir kain di wilayah selatan kota  Bandung.  Nanosilika  diperoleh  dari TEOS  buatan  Merck  dan  katalis  HCl  serta Amonia  juga  buatan  Merck.  Percobaan dilakukan  di  Laboratorium  Evaluasi  Kimia Tekstil Politeknik STTT Bandung
Penelitian  dilakukan  dengan  metode studi  literatur,  lalu  dilakukan  percobaan  dan kemudian  evaluasi  hasil  sehingga  didapat- kan data percobaan. Tahap pertama adalah proses sintesis TEOS menggunakan metode sol  gel  dengan  beragam  katalis.  Tahapan kedua  yaitu  karakterisasi  hasil  proses  pada kain,  meliputi  pengujian  Moisture  Content dan  Moisture  Regain    sebagai  parameter kelembaban  kain.  Moisture  content  adalah perbandingan  antara  uap  air  pada  bahan terhadap  berat  basah  kain  dan  moisture regain  adalah  perbandingan  antara  uap  air pada  bahan  terhadap  berat  kering  kain. Selain  itu  dilakukan  uji  kekuatan  tarik  kain sebagai  indikator  adanya  kerusakan  pada kain.

## 1.  Sintesis Nanosilika
Tahapan sintesa TEOS menjadi nanopartikel silika dilakukan dengan menggunakan  metode  sol  gel  dengan penambahan katalis. Katalis yang digunakan berupa  katalis  asam  dan  basa.  Setelah diperoleh  kondisi  optimum  akan  dilanjutkan dengan  memvariasikan  pH  optimumnya. Sintesis  TEOS  menjadi  partikel  nanosilika dengan penambahan katalis asam[2] melalui tahapan  sebagai    berikut :  TEOS  ditambah- kan  dengan  air  dengan  penambahan  HCl
(pH=2)  kemudian  diaduk  selama  2  jam  dan didiamkan selama 16 jam.
Sintesis TEOS menjadi partikel nanosilika  dengan  penambahan  katalis basa [3] dapat  dijelaskan  sebagai  berikut  : Sebanyak 37,71 mL etanol + 1,10 mL amonia + 2,78 air + 1 mL TEOS diaduk selama 2 jam kemudian dilakukan proses aging selama 13 hari. Kemudian larutan hasil sintesis tersebut siap  untuk  diaplikasikan  ke  kain.  Observasi dilanjutkan  untuk  mencari  pH  yang  terbaik dan sesuai dengan sifat kain.

## 2.  Aplikasi pada Kain
Kain yang akan digunakan adalah kain kapas, sutera dan poliamida. Kain yang akan diproses  telah  melalui  proses pretreatment meliputi scouring dan bleaching .  Proses pelapisan larutan pada kain dilakukan dengan metoda pad –dry-cure , dengan kondisi proses pada masing-masing kain sebagai berikut :
Kapas direndam dalam larutan selama 1  menit  lalu  dikeringkan  (angin-angin),  lalu dipemanas  awetan  pada  100 0 C  selama  10 menit.  Proses  perendaman  hingga  pe- ngeringan dilakukan sebanyak 3 kali pengerjaan[4].
Sutera  direndam  peras  lalu  dilakukan pengeringan awal dalam oven 80 0 C selama 5 menit lalu dilakukan pemanas awetan pada 120 0 C selama 2 menit kemudian didinginkan pada udara terbuka[2].
Kain  Poliamida  direndam  peras  lalu dikeringkan  pada  suhu  100 0 C  selama  5 menit kemudian dilakukan  pemanas awetan pada  180 0 C  dan  didinginkan  pada  udara terbuka[5-6].
Gambar  2.    Sintesis  nano  silika  dari  TEOS dengan menggunakan katalis asam

## 3.  Evaluasi Kain
Evaluasi kain dengan pengujian MC/MR dan perhitungan persen penurunan- nya  dari  masing-masing  kain  Blanko  yang digunakan.  Pengujian  MC/MR  dilakukan dengan penimbangan berat kain awal setelah dilakukan  pengkondisian  dalam  ruangan selama  2  jam.  Kemudian  kain  dimasukkan dalam oven pengering selama 1 – 2 jam pada suhu 100 – 110 o C hingga kondisi kain kering mutlak.  Kain  kemudian  dipindahkan  dalam desikator  selama  15  menit  dan  kemudian ditimbang kembali.
Setelah dilakukan penimbangan maka didapatkan  data  berat  kain  awal  dan  berat kain  akhir.  Perhitungan  dilakukan  dengan persamaan sebagai berikut :

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil proses sintesis nano silika dapat dilihat pada Gambar 2 dibawah ini.
Sedangkan  hasil  aplikasi  nanosilika yang  dihasilkan  tersebut  pada  kain  kapas, poliamida  dan  sutera  dapat  dilihat  pada Gambar 3 berikut ini.
Dari  pengujian  MC/MR  diperoleh  data  yang tercantum pada Tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Data hasil pengujian MC/MR
Bahan MC/M R % MC %
MR % penurun- an MC % penurunan MR Kapas Blanko 4.92 4.69 - - pH 2 3.18 3.18 33.13 32.19 pH 9 4.35 4.35 7.52 7.25 Poli- amida Blanko 2.79 2.71 - - pH 2 1.73 1.70 37.99 37.22 pH 9 2.51 2.45 10.03 9.59 Sutera Blanko 3.31 3.21 - - pH 2 3.29 3.19 0.60 0.62 pH 9 6.31 5.93 7.80 7.55
Berdasarkan  hasil  pengujian  MC/MR dapat  terlihat  bahwa  penurunan  %  MC/MR yang  paling  besar  pada  kapas  terjadi  pada kondisi  pH  asam  (pH  2).  Ini  berarti  bahwa aplikasi nano silika terbaik pada kapas terjadi pada pH asam jika dibandingkan dengan pH asam.  Hal  ini  terjadi  karena  pada  saat
Gambar  3.    Proses  pengaplikasian  nano silika  partikel  pada  kain  Kapas,
Poliamida dan Sutera
% MR = (berat awal – berat akhir) * 100 %
berat awal % MC = (berat awal – berat akhir) * 100 %
berat akhir
aplikasi  nano  silika  pH  asam  pada  kain kapas,  pH  akan  mengakibatkan  putusnya polimer  sehingga  nano  material  akan  lebih mudah  masuk  ke  dalam  serat.  Dengan semakin  mudahnya  nano  silika  masuk  ke dalam  serat,  maka  akan  semakin  banyak nano  silika  yang  masuk  ke  dalam  serat sehingga sifat hidrofobik serat akan semakin besar  yang  ditandai  dengan  menurunnya kemampuan serat untuk menahan kelembapan bahannya.
Hal  yang  sama  juga  berlaku  untuk Poliamida,  dengan  kondisi  pH  asam  maka serat serat Poliamida lebih terbuka sehingga lebih  banyak  lagi  nano  silika  yang  dapat mengisi  ke  dalam  serat.  Hal  yang  berbeda terjadi  pada  sutera,  dengan  penurunan  % MC/MR  yang  lebih  besar  pada  kondisi  pH basa karena pada pH basa, ikatan sekunder antar polipeptida putus sehingga nano silika dapat mengisi ruang kosong.
Hasil
pengujian kekuatan tarik
tercantum pada Tabel 2 berikut ini.
Tabel 2. Data hasil pengujian Kekuatan Tarik Jenis Kain pH/Katalis Penurunan Kekuatan Tarik (%) Kapas pH 2 Katalis Asam 88,57 pH 9 Katalis Basa 3,39 Poliamida pH 2 Katalis Asam 14,01 pH 9 Katalis Basa 4,01 Sutera pH 2 Katalis Asam 1,98 pH 9 Katalis Basa 2,41
Berdasarkan hasil pengujian kekuatan tarik  di  atas,penurunan  kekuatan  tarik terbesar terjadi pada kain kapas mengguna-
kan katalis asam. Hal ini disebabkan karena sifat  dari  kain  kapas  yang  tidak  tahan terhadap  asam.  Fenomena  yang  sama  pun terjadi  pada  Poliamida  yang  mengalami penurunan  kekuatan  tarik  terbesar  pada kondisi  asam.  Pada  kain  sutera  akan mengalami penurunan kekuatan tarik terbesar    pada  penggunaan  katalis  jenis basa,  namun  tidak  berbeda  jauh  dengan penggunaan katalis asam.Hal ini disebabkan karena sifat dari serat sutera itu sendiri yang cenderung  tahan  terhadap  asam  dan  alkali, yang  hanya  akan  mengalami  kerusakan terbesar oleh perlakuan oksidator.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  yang  didapatkan diperoleh kesimpulan bahwa material hidrofobik dapat diperoleh dengan
pembentukan  nano  silika  dari  dalam  kain yang  akan  memodifikasi  permukaan  kain. Pembentukan  nano  silica  dari  precursor TEOS  dapat  menggunakan  metoda  sol  gel. Dimana  dalam  tahapan  prosesnya  perlu dilakukan  penambahan  katalis.  Katalis  ynag digunakan bisa berupa katalis asam ataupun basa.  Penggunaan  katalis  ini  selaian  akan berpengaruh  terhadap  hasil  proses  sintesis, juga akan mempengaruhi terhadap sifat fisika atau kimia kain.
Proses  sol  gel  dengan  menggunakan katalis  ber  pH  asam  menghasilkan    kain Kapas dan Poliamida dengan sifat hidrofobik lebih  tinggi dari pada kain Sutera. Proses sol gel  dengan katalis ber pH basa menghasil- kan kain Sutera dengan sifat hidrofobik yang lebih  tinggi  dari  pada  kain  Kapas  dan Poliamida.
Sifat  hidrofobik  ini  akan  bertolak belakang  dengan  nilai  kekuatan  tariknya dimana pada perlakuan asam kekuatan serat kapas  dan  poliamida  akan  mengalami penurunan,sedangkan  sutera  cenderung tidak  memberikan  nilai  kerusakan  yang signifikan.  Diperlukan  suatu  penelitian  lebih lanjut  dimana  akan  dihasilkan  material dengan  sifat  hidrofobik  dengan  kekuatan yang memadai

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih yang  sebesar-besarnya  kepada  unit  UP2M Politeknik  STTT  Bandung  atas  dukungan finansial pada penelitian ini.

## DAFTAR RUJUKAN
[1]  Fardad. M.A., “Catalyst and Structure of SiO 2 Sol-Gel Film ”, Journal of Material
Science, pp.1835 -184, 2000.
[2]  Pakdel  et  al., “Self-Cleaning  and
Superhydrophilic  wool  by  TiO 2 /SiO 2 ” Nanocomposite. Elsevier, 2012.
[3]  Beganskiene, A. et al., “FT-IR, TEM and
NMR  Investigations  of  Ströber  Silica Nanoparticles ”, ISSN 1392-1320
Material  Science  (Medzia-gotyra),  vol. 10, no. 4, pp.287-290, 2004.
[4]  Xu. B.  et al., “Self Cleaning Fabrics via Combination of Photocatalytic TiO 2 and Superhydrophobic  SiO 2 ”,  Surface  and Coatings Technology, 2014.
[5]  Natakusumah, M., “Pengembangan Kain Swabersih dan  Swasteril Berbasis Fotokatalisis  Menggunakan  Film  Ag- TiO 2 -Aerosil ”, Skripsi Universitas
Indonesia, 2012.
[6]  Mahltig, “Smart  Hydrophobic  and  Soil Repellent Protective Composite Coatings for Textile and Leathers ”.  Smart Composite  Coatings  and  Membranes, Elsevier, 2016.