## KRISTALINITAS MEMBRAN HIBRID POLISULFON-LEMPUNG PADA MEDIA KOAGULASI AIR DAN CAMPURAN AIR-2PROPANOL

## Zaiyar
Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru Jalan: Dirgantara No. 4 Arengka Pekanbaru-Riau 28294

## ABSTRAK
Kristalinitas membran hibrid polisulfon-lempung dalam larutan casting yang dikoagulasikan dalam media koagulasi air  dan  campuran  air-2  propanol  menunjukkan  hasil  yang  berbeda.  Pengukluran  dilakukan  menggunakan menggunakan  difraktometer  sinar-X  Schimizu  Maxima  7000  pada  sudut  hamburan  (2θ)  5 o -35 o ,  dengan  ukuran sampling puncak 0.02 o dan kecepatan pengamatan ( scan ) 2 o /menit. Derajat kristalinitas  membran  A (koagulan air) adalah  sebesar  63,1185,  sedangkan  membran  B  (media  koagulasi  campuran  air-2propanol  adalah  31,7691. Perbedaan  derajat  kristalinitas  ini  disebabkan  pengaruh  halangan  sterik  dari  media  koagulasi  dan  kecepatan  difusi pertukaran antara pelarut dan non pelarut pada proses koagulasi pembentukan membran.
Kata Kunci : Kristalinitas, casting , media koagulasi, derajat kristalinitas

## 1. PENDAHULUAN
Pembentukan membran dalam bak koagulasi non  pelarut  disebabkan  ketidaklarutan  polimer pada non pelarut. Pembentukan membran terjadi dalam 2 tahap, yaitu: Tahap 1 adalah difusi non pelarut  dan  difusi  pelarut  keluar  lapisan  film membran polimer sehingga terbentuk cikal bakal membran  berupa  lapisan  berpori  di  bawah lapisan  tipis.  Tahap  2  adalah  penghilangan  non pelarut dan terbentuknya membran.
Proses  inversi  fase  pembentukan  membran sangat dipengaruhi oleh parameter kinetik yaitu, pertukaran pelarut dan non pelarut selama proses koagulasi.  Jika  difusi  non  pelarut  ke  dalam larutan  tuang lebih  cepat  dibandingkan  difusi pelarut ke luar, maka menghasilkan lapisan yang berpori. Sebaliknya, jika difusi non pelarut lebih lambat  dibandingkan  difusi  pelarut  keluar  maka terbentuk  membran  dengan  lapisan  yang  rapat (Young  &  Leo,  1996),  yang  secara  tidak langsung  akan  mempengaruhi  kristalinitas  dari membran yang dihasilkan.
Kristalinitas merupakan salah satu sifat fisik material  yang  penting,  karena  mempengaruhi sifat  lainnya  seperti  ketahanan  termal  dan mekanik (Kohan, 1973). Kristalinitas menunjukkan ikatan antara rantai-rantai molekul dalam  material.  Material  yang  mempunyai kristalinitas  tinggi  akan  mempunyai  susunan molekul  yang  teratur,  sebaliknya  molekul  yang tidak teratur mempunyai kristalinitas rendah.
Kristalinitas  membran  dinyatakan  dengan derajat kristalinitas. Penentuan derajat kristalinitas  berdasarkan  perbandingan  antara daerah  kristalin  dan  daerah  kristalin  +  daerah
amorf.  Daerah  kristalin    menghasilkan  puncak difraksi tajam dan daerah amorf akan memberikan  puncak  yang  lebar  pada  pola difraksi  sinar-X  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1 . Derajat Kristalinitas Membran dengan XRD (Sumber: Rabek 1980)
Derajat kristalinitas membran hibrid dihitung menggunakan persamaan 1
% 100 x Ic Ia Ic Xc   …………     (1)
Dalam hal ini, X c adalah derajat kristalinitas (%),  I c adalah  luas  area  kristalin  dan  I a adalah luas area amorf.
Metode  difraksi  sinar-X  merupakan  metode yang  digunakan  untuk  menentukan  derajat kristalinitas.  Metode  ini  didasarkan  pada interaksi  antara  materi  dengan  radiasi  sinar elektromagnetik  sinar-X  (Dann,  2000),  yang
digunakan  untuk  mempelajari  struktur  kristal hingga tingkat atomik. Hal ini disebabkan setiap kristal  memiliki  jarak  antar  atom  atau  jarak bidang  kristal  yang  berukuran  hampir  sama dengan panjang gelombang (λ) sinar X.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN Pembuatan  membran  hibrid  polisulfon- lempung
Membran  hibrid  polisulfon-lempung  yang dibuat  hanya  1  (satu)  jenis  tetapi  media koagulasi yang digunakan air dan. campuran non pelarut 2-propanol-air  perbandingan  (1:1). Membran  dibuat  dengan  cara:  melarutkan  18% polisulfon  dalam  64%  dimetil  formamida (DMAc),  zat  aditif  9%  lempung,  dan  9% polietilen glikol.(PEG). Proses pelarutan dilakukan pada temperatur kamar selama 15 jam menggunakan pengaduk magnetik 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  ini,  ada yang  direndam  dalam  bak  koagulasi  yang  telah berisi air dan ada yang direndam campuran non pelarut 2-propanol-air  perbandingan  (1:1).
Masing-masing  proses  koagulasi  dilakukan selama 5 menit sehingga membran terkoagulasi. Membran hibrid polisulfon-lempung yang terkoagulasi dalam air diberi simbol PEL A dan PEL B
Karakterisasi
Kristalinitas Membran

## Hibrid Polisulfon-Lempung
Karakterisasi  kristalinitas  membran  hibrid polisulfon-lempung  PEL  A  dan  PEL  B dilakukan menggunakan difraksi sinar-X (XRD) yang  bertujuan  untuk  mengidentifikasi  lempung dan karakterisasi kristalinitas. Analisis dilakukan menggunakan  difraktometer  sinar-X  Schimizu Maxima 7000 pada sudut hamburan (2θ) 5 o -35 o , dengan  ukuran  sampling  puncak  0.02 o dan
kecepatan  pengamatan (scan) 2 o /menit.  Area kristalin dalam difraktogram XRD menghasilkan puncak tajam, sedangkan area amorf menghasilkan puncak lebar.  Derajat kristalinitas dihitung menggunakan persamaan (1). Pengukuran  kristalinitas  membran  dilakukan  di Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  karakterisasi  kristalinitas  membran hibrid  polisulfon-lempung  (PEL  A  dan  PEL  B) menggunakan XRD. ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2. Derajat kristalinitasnya dicantumkan pada Tabel 1
Tabel 1. Derajat Kristalinitas Membran (Radiasi Cu Kα, v scan = 2°/menit,  2θ = 5-35°,
V = 40 kV, I = 30 mA)
Membran     I a I c X c ,% PEL A 0, 7744   1,3253 63,1185 PEL B 0, 9267   0,4315 31,7691
Berdasarkan Difraktogram membran PEL A dan  PEL  B  (Gambar  2  dan  3),  diketahui  bahwa kedua  jenis  membran  hibrid  mempunyai komposisi  lempung  sama  yang  terdiri  dari: kaolin, muskovit dan kuarsa. Meskipun intensitas puncaknya Intensitas puncak difraktogram  membran  PEL  A  lebih  rendah dibandingkan  membran  PEL  B,  tetapi  luasan daerah  amorf  membran  B  lebih  banyak dibandingkan  membran  PEL  A.  Akibatnya kedua  membran  mempunyai  derajat  kristaliniats yang berbeda.
Gambar 2. Difraktogram Membran PEL A K = Kaolin M = Muskovit.Q = Kuarsa
Gambar 3. Difraktogram Membran PEL B K = Kaolin, M = Muskovit. Q = Kuarsa
Derajat  kristalinitas  membran  PEL  A (63,1185%)  yang  menunjukkan  angka  yang lebih  tinggi  dibandingkan  membran  PEL  B (31,7691%). Hal ini disebabkan kedua membran di  koagulasi  dalam  media  koagulasi  yang berbeda. Meda koagulasi 2-propanol-air menyebabkan terjadinya penataan ulang struktur polimer  ke  arah  tidak  teratur  (daerah  amorf), akibatnya derajat kristalinitasnya.
Dalam pembentukan membran, karakteristik dari  fase  yang  bertukar  yaitu  pelarut  dan  non pelarut selama proses koagulasi akan menentukan kecepatan difusi antara keduanya di dalam larutan polimer. Jika difusi non pelarut ke dalam  larutan  tuang lebih  cepat  dibandingkan difusi  pelarut  ke  luar,  maka  menghasilkan lapisan yang berpori. Sebaliknya, jika difusi non pelarut lebih lambat dibandingkan difusi pelarut keluar maka terbentuk membran dengan lapisan yang rapat (Young et al ., 1996).
Koefisien  difusi  non  pelarut  juga  akan mempengaruhi kecepatan pertukaran pelarut dan non  pelarut.  Koefisien  difusi  non  pelarut  air lebih  tinggi  dibandingkan  koefisien  difusi  non pelarut  campuran  2-propanol-air.  pada  proses koagulasi.Oleh  karena  kecepatan  pertukaran pelarut  dan  non  pelarut  pada  penggunaan  non pelarut air lebih cepat dibandingkan penggunaan non pelarut campuran 2-propanol-air.
Kekuatan ikatan  dan faktor  sterik juga  akan mempengaruhi  kecepatan  pertukaran  antara pelarut  dan  non  pelarut.  Berdasarkan  struktur
molekulnya, polisulfon mengandung gugus polar (gugus sulfon dan alkoksi).
Menurut  Cifriadi et  al.,  ( 2005),  akan  terjadi interaksi antara molekul non pelarut 2-propanol- air  dengan  polisulfon  melalui  interaksi  dipol- dipol  dan  ikatan  hidrogen,  seperti  ditunjukkan pada Gambar  4 .  Namun  kekuatan  ikatan hidrogen  antara  molekul  2-propanol-air  pada gugus sulfon dan alkoksi lebih lemah dibandingkan  ikatan  hidrogen  dengan  non pelarut.  2-propanol-air.  Hal  ini  disebabkan pengaruh  dari  2  atom  oksigen  yang  berdekatan sehingga  ikatan  ini  tidak  mempunyai  perbedaan momen  dipol  yang  menunjukkan  lemahnya ikatan  hidrogen  yang  terjadi.  Kondisi  ini menyebabkan  derajat  kristalinitas  membran hibrid  polisulfon-lempung  PEL  B  lebih  rendah dibandingkan membran PEL A yang menggunakan air sebagai non pelarut.
Gambar 4. Ikatan Hidrogen antara Polisulfon dan 2-Propanol-Air
Karakteristik  dari  pelarut  dan  non  pelarut yang  bertukar  menentukan  kecepatan  difusi antara  keduanya  di  dalam  larutan casting. Hal ini  akan  mempengaruhi  keteraturan  ikatan  yang dihasilkan. Karakteristik ini bisa juga dilihat dari faktor  sterik  maupun  sifat  pelarut  dan  non pelarutnya (Young et al , 1996).
Faktor sterik dilihat berdasarkan ukuran dan bentuk molekul. Berdasarkan strukturnya, polisulfon,  memiliki  ukuran  yang  paling  besar diikuti oleh DMAc dan air sehingga mekanisme difusi yang terjadi dapat dijelaskan pada Gambar 5.  Difusi  non  pelarut  (air)  ke  dalam  larutan casting lebih  cepat  dibandingkan  difusi  pelarut (DMAc) keluar (Gambar 5.b) maka menghasilkan  struktur  yang  lebih  teratur  karena jarak  antara  molekul  polisulfon  meningkat.
Sebaliknya,  difusi  non  pelarut  2-propanol-air lebih  lambat  dibandingkan  difusi  pelarut  keluar (Gambar  5c) maka  terbentuk  membran  dengan struktur  yang  rapat  ( dense )  karena  jarak antaramolekul polisulfon menurun.
Gambar 5. Difusi Mekanisme difusi antara air dan DMAc pada membran polisulfon-lempung

## 4. KESIMPULAN
1. Media  koagulasi  yang  digunakan  dalam pembentukan  membran  hibrid  polisulfon- lempung (PEL A dan PEL B)
mempengaruhi  derajat  kristalinitas  dari membran yang dihasilkan.
2. Membran  PEL  A  yang  menggunakan koagulan air mempunyai derajat
kristalinitas  63,1185%  dan  membran  B yang  menggunakan  koagulan  campuran  2- propanol-air mempunyai
derajat kristalinitas 31,7691%.
3. Koefisien  difusi  non  pelarut  air  yang  lebih tinggi  dibandingkan  non  pelarut  campuran 2-propanol-air  menyebabkan  pertukaran antara pelarut (DMAC) dan non pelarut air lebih  cepat  dibandingkan  non  pelarut campuran 2-propanol-air yang menghasilkan  struktur  kristal  yang  lebih teratu.
4. Kekuatan  ikatan  hidrogen  antara  molekul
2-propanol-air  pada  gugus  sulfon  dan alkoksi  lebih  lemah  dibandingkan  ikatan hidrogen dengan non pelarut. air menyebabkan derajat kristalinitas membran hibrid  polisulfon-lempung    PEL  B  lebih rendah  dibandingkan  membran  PEL  A yang menggunakan air sebagai non pelarut

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Cifriadi,  A.  Holil,  B  &  Riyadi,  M.A.,  2005,
Karakteristik  Film  Polisulfon  Sebagai Bahan Dielektrik Sensor Kelembaban Jenis Kapasitif ,  Jurnal  Sains  Materi  Indonesia 6 (3):61 – 65.
Dann S.E., 2000 , Reaction and Characterization of Solid,  UK:  The  Royal  Society  of Chemistry.
Kohan, M. 1973. Nylon Plastics . John Wiley and Sons, New York.
Rabek,  FJ.,  1980 ,  Experimental  Methode  in Polymer Chemistry , John Willey and Sons, New York.
Tweddle,  T.A.  Striez  C.N  &  Kutowy  O.,1994,
Laboratory Workshop, Membrane
Fabrication  and  Membrane  Testing ,  CIDA Course, Canada
Young, T. H & Leo, W.C.,1996, Pore Formation Mechanism  of  Membranes  from  Phase Inversion  Process, Desalination 103:  233- 247.
Young,  T.H.  Chih,  C.H.  Li,  Y.C  &  Yen,  S.H., 1999,  The  Formation  Mechanism  of Membranes  Prepared  from  The  Crystalline EVAL Polymer–Water-(Nonsolvent)-2- Propanol  (Nonsolvent)  System. Journal  of Membrane Science . 159: 21 – 22. .