## KARAKTERISASI POLIMER KONDUKTIF POLIPIROL BERPENGISI SERBUK BAN UNTUK MENDETEKSI KONDUKTIVITAS MINYAK
Satriaji Sudigdo, Rizky Dharmawan, Hamidah Harahap Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email: aji.digdo@gmail.com

## Abstrak
Sensor  polimer  konduktif  dengan  campuran  polipirol,  serbuk  ban,  dan  1,4-metil-pirolidinone  telah  dibuat  dengan menggunakan proses polimerisasi. Proses polimerisasi dilakukan pada temperatur 100°C pada penangas air selama 30 menit.  Analisa  yang  dilakukan  pada  sensor  polimer  konduktif  tersebut  antara  lain  Scanning  Electron  Microscopy (SEM),  Fourier  Transform  Infrared  (FTIR),  dan  X-Ray  Diffraction  (XRD).  Analisa  konduktivitas  yang  dilakukan menggunakan  beberapa  jenis  minyak  (minyak  sawit,  minyak  jagung,  solar,  dan  oli).  Hasil  analisa  konduktivitas menunjukkan  bahwa  sensor  ke-4  (mengandung  20  phr  serbuk  ban)  dengan  temperatur  proses  80°C  dengan  waktu proses  30  menit  memiliki  nilai  konduktivitas  yang  paling  tinggi.  Dari  hasil  analisa  Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  menunjukkan  bahwa  permukaan  sensor  memiliki  struktur  yang  kasar  dan  memiliki  penyebaran  serbuk  ban yang merata. Hasil dari analisa X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan bahwa sensor memiliki struktur kristal Face Centered  Cubic  (FCC).  Hasil  tes  konduktivitas  terhadap  minyak  menunjukkan  bahwa  minyak  jagung  lebih  reaktif dibandingkan yang lain.
Kata kunci : polipirol, serbuk ban, konduktivitas, polimer konduktif

## Abstract
Conductive polymer  sensor  based polypyrrole  (ppy) and tire  dust  and  1,4-methyl-pyrrolidinone  was  made by using polymerization  process.  The  polymerization  process  was  prepared  at  temperature  100°C  in  boiling  water  for  30 minutes. Conductive polymer sensor is undergone several type of analysis including electrical conductivity, Scanning Electron  Microscopy  (SEM),  Fourier  Transform  Infrared  (FTIR),and  X-Ray  Diffraction  (XRD).  The  test  used  some kind of oil (palm oil,corn oil, diesel, and engine oil). The conductivity test result shows that sensor-4 (contain 20 phr of  tire  dust)  in  80°C  at  30  minutes  had  the  highest  conductivity.  Scanning  Electron  Microscopy  result  shows  the rough  surface  and  well  dispersed  of  tire  dust  in  polypyrrole/tire  dust  blends.  The  XRD  analysis  shows  the  Face Centered  Cubic  (FCC)  crystallographic  structure  of the  sensor. The  oil  conductivity  test  shows  that  the  corn oil  is more reactive than others.
Key words : polypyrrole, tire dust, conductivity, conductive polymer
Pendahuluan
Polimer konduktif pertama kali diidentifikasi  pada  tahun  1980  dan  termasuk dalam kelas bahan organik yang dapat disintesis elektrokimia  dari  monomer  yang  sesuai  dan heterosiklik  aromatik  [2].  Polimer  konduktif banyak  menarik  perhatian  para  peneliti  dari berbagai  cabang  ilmu  dan  teknologi  sebagai bahan baku elektroda untuk penyimpanan energi (baterai  elektrokimia  dan  juga  kapasitor), sebagai  katalis  elektrik, biosensor ,  membran pemisahan  gas,  pelindung  anti  korosif,  dan  lain –  lain  [1].  Sensor  yang  banyak  dijumpai biasanya  terbuat  dari  bahan-bahan  anorganik (bahan  kimia  padat)  yang  mempunyai  ikatan logam  yang  kuat  sehingga  tidak  dapat  terurai oleh lingkungan. Selain itu, sensor yang berasal dari  bahan  anorganik  akan  lebih  merugikan karena  setelah  menyerap  zat  yang  akan  di
analisa,  sensor  tersebut  harus  menggunakan bahan  kimia  atau  suhu  yang  tinggi  untuk mengeluarkan  zat  tersebut  dari  sensor.  Untuk menyiasati masalah diatas,  digunakanlah sensor yang berbahan dasar organik (polimer konduktif) yang dapat teruraikan oleh lingkungan.  Salah  satu  bahan  dasar  yang  dapat digunakan  untuk  pembuatan  sensor  ini  adalah polipirol.

## Teori
P olipirol  (PPy)  adalah  salah  satu  bahan yang  menjanjikan  dalam  penggunaan  produk komersil dikarenakan sifat stabilitas lingkungannya  yang  baik,  sintesis  yang  mudah, dan  memiliki  konduktivitas  yang  lebih  tinggi dibanding polimer konduktif yang lain. Selain itu terdapat  fakta  bahwa  monomer  pirol  mudah dioksidasi dan mudah larut dalam air [5].
0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0 5 10 15 20 25 30 K o n dukt iv it as (M Oh m -1 cm -1 )
Komposisi Serbuk Ban  (phr)
Polpirol  merupakan  senyawa  heterosiklik yang dapat disintesis secara elektrokimia dengan penambahan  pengotor  yang  dapat  meningkatkan konduktivitas  listriknya.  Polipirol  merupakan senyawa  dengan  tekstur  seperti  bunga  karang, terdekomposisi  pada  suhu  180  –  237°C  dan memiliki  temperatur  kaca  160  –  170°C,  serta memiliki  nilai  konduktivitas  dibawah  3  S  cm -1 . Polipirol  biasanya  sering  digunakan  sebagai biosensor,  sensor  gas,  kabel,  pelapis  bahan  anti listrik,  kapasitor,  baterai  polimer,  perlengkapan elektronik,  membran  fungsional,  dan  lain  –  lain [7].

## Bahan dan Metodologi Bahan
Bahan  yang  digunakan  berupa  polipirol, serbuk  ban  dengan  ukuran  80  mesh,  1,4-metil pirolidinone,  epoksi,  bahan  pengeras  ( hardener ) yang diperoleh dari Sigma Aldrich Pulau Penang, Malaysia.  PCB  dan  kabel  diperoleh  dari Laboratorium Sensor Universitas Malaysia Perlis.

## Metodologi Pembuatan Sensor
0,2  gram polipirol dicampur  dengan  5  phr ( per hundred resin ) serbuk ban pada beaker glass . Ditambahkan  10  ml  1,4-Metilpyrroledinone. Campuran diaduk selama 25 menit diatas penangas  air. Campuran  ditambahkan  dengan epoxy-hardener sebanyak 3 ml dan diaduk hingga homogen.  Campuran yang  homogen  kemudian diletakkan  sebanyak  1  ml  pada  PCB. Campuran yang  telah  melekat  pada  PCB dipanaskan  dalam oven   pada  70,  80,  90°C  selama  20,  30,  dan 40 menit. Setelah dikeluarkan
dari oven, dilakukan posting-curing pada  sampel  selama  24 jam. Formulasi dari pembuatan sensor ditunjukkan dalam Tabel 1.

## Tabel 1. Formulasi Pembuatan Sensor
Jenis Sensor Polipirol (gr) Serbuk Ban (phr) Epoxy- hardener (ml) Sensor-0 0,2 - 3 Sensor-1 0,2 5 3 Sensor-2 0,2 10 3 Sensor-3 0,2 15 3 Sensor-4 0,2 20 3 Sensor-5 0,2 25 3

## Analisa Konduktivitas Sensor
Dimasukkan  Minyak  goreng  kualitas bagus  sebanyak  50  ml  kedalam  Erlenmeyer. Kemudian  sensor  yang  telah  dihubungkan  ke multimeter  di  masukkan  ke  dalam  Erlenmeyer yang  berisi  minyak  sampai  membasahi  seluruh
permukaan  sensor.  Tutup  Erlenmeyer,  lalu  di ukur nilai resistansi pada alat multimeter. Dicatat hasil yang diperoleh. Dihitung dengan rumus :
……..…………………..(1)
Dimana: σ = Nilai konduktifitas sensor T = Ketebalan dari PVC sensor R = Nilai resistansi sensor A = Luas permukaan sensor

## Analisa Gugus Fungsi (FTIR)
Sensor dimasukkan ke dalam alat FT-IR. Dihitung panjang gelombang dengan
menggunakan  alat  FT-IR  tersebut.  Resolusi spektrum yang dipilih dan jangkauan pemindaian adalah 4 cm -1 dan 600 - 4000 cm -1

## Analisa Morfologi Permukaan (SEM)
Morfologi  permukaan  polipirol/  serbuk ban  diteliti  dengan  menggunakan  mikroskop elektron scanning Model  Joel  JSM  6460LA-. Sampel  yang  diuji  merupakan  sampel  yang diproses pada temperatur 70, 80, dan 90°C untuk melihat  struktur  permukaan  sensor.  Sebelum pemeriksaan  SEM,  sensor  di coating dengan lapisan Paladium tipis 20 nm.
Analisa X-Ray Diffraction
Pengujian  XRD  pada  sensor  konduktif polimer  dilakukan  menggunakan  XRD  6000 Shimadzu pada  voltase  35  kV,  25  mA,  dan radiasi  Cu.  Pancaran  dijalankan  dalam  rentang 10–80  (2θ).  Analisa  ini  dilakukan  pada  suhu kamar  mengunakan  kecepatan  sinar  pada 5 o C/menit.

## Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan hasil pengukuran nilai konduktivitas  dimana  diperoleh  kondisi  proses terbaik  pembuatan  sensor  polimer  konduktif, nilai  konduktivitas  tertinggi  diperoleh  pada temperatur  80 o C  dengan  waktu  30  menit. Pengaruh  kandungan  serbuk  ban  pada  sensor terhadap nilai konduktivitasnya pada Gambar 1.
Gambar 1. Pengaruh Kandungan Serbuk Ban Terhadap Konduktivitas Sensor
4000 650 3500 3000 2500 2000 1500 1000 98 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 cm-1 %T 826.61cm-1 1245.90cm-1 1023.55cm-1 1181.05cm-1 1508.14cm-1 1108.76cm-1 1442.88cm-1 3307.1 2929.5 2874 1654.7 1606.2 Sensor-4
Dari  hasil  yang  diperoleh,  terlihat  bahwa sensor  yang  tidak  berpengisi  serbuk  ban  ( tire dust )  memiliki  konduktivitas  yang  lebih  rendah dibandingkan  dengan  sensor  yang  berpengisi serbuk ban ( tire dust ). Kemudian dari Gambar 1 terlihat bahwa nilai konduktivitas sensor meningkat seiring dengan penambahan kosentrasi  serbuk  ban  sebesar  5,  10,  15,  dan  20 phr  sebelum  akhirnya  mengalami  penurunan nilai konduktivitas pada saat penambahan serbuk ban sebesar 25 phr. Peningkatan nilai konduktivitas  disebabkan  karena  kandungan karbon  hitam  ( carbon  black )  yang  ada  pada serbuk ban menyebabkan elektron yang ada pada polipirol lebih mudah untuk melakukan lompatan elektron disepanjang rantai polimer tersebut [6].
Gambar  2  menunjukkan  hasil  analisa gugus  fungsi  dari  sensor  dilakukan  dengan menggunakan teknik ATR-FTIR untuk mengidentifikasi  gugus  fungsi  dari  senyawa polipirol  murni  dan  juga  untuk  mengidentifikasi gugus fungsi pada sensor.
Gambar 2. Hasil Spektrum Sensor
Panjang gelombang 3307,1 cm -1 menunjukkan  gugus  O-H  (hidroksil)  yang berasal  dari  senyawa  aditif  dalam  serbuk  ban. Penyerapan  pada  panjang  gelombang  2929,5, 2874  cm -1 adalah  C-H,  CH 3 ,  dan  CH 2 .  Panjang gelombang  pada  1654,7;  1606,2;  1508,14  cm -1 merupakan  ikatan  dari  C=C  yang  berasal  dari struktur benzena didalam polipirol [4]. Penyerapan  dengan  panjang  gelombang  1442,88 cm -1 menunjukkan  keberadaan  dari  senyawa metal  oksida  [3]  yang  dapat  berasal  dari  zink oksida  yang  terkandung  pada  serbuk  ban. Penyerapan  pada  panjang  gelombang  1245,90 cm -1 adalah  amina  primer  (N-H).  Panjang gelombang  826,61  cm -1 merupakan  ikatan  C-H diluar dari struktur ( out of plane ) [4].
Gambar 3 merupakan hasil dari morfologi permukaan  sensor  polipirol  berpengisi  serbuk ban  yang  telah  dianalisa  dengan  menggunakan
Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  dengan menggunakan perbesaran 200x.

## Gambar 3. Hasil SEM dengan perbesaran 200x
Berdasarkan  hasil  analisa  morfologi permukaan dari sensor dengan kandungan serbuk ban sebesar 20 phr dengan temperatur pemrosesan  80°C  selama  30  menit,  terlihat bahwa  distribusi  partikel  terlihat  merata,  hal  ini ditunjukkan dengan terbentuknya agregat (kumpulan) yang menandakan bahwa serbuk ban telah  terserap  ke  dalam  polipirol,  dengan tersebarnya partikel di dalam  polimer  konduktif, akan  menjadikan  lompatan  –  lompatan  elektron pada  sensor  lebih  baik.  Dengan  lompatan elektron yang lebih baik, maka nilai konduktivitas  dari  sensor  akan  meningkat. Gambar  4  menunjukkan  karakteristik  struktur dari  sensor  dengan  kandungan  serbuk  ban sebesar  20  phr  yang  diproses  pada  temperatur 80°C  selama  30  menit  yang  telah  dianalisa dengan X-Ray Diffraction .
Gambar 4. Hasil Difraktogram Analisa X-Ray Diffraction
Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh  dari Gambar  4,  struktur  kristal  dari  sensor  dapat diketahui  dengan  mengkalkulasikan  sumbu  – sumbu koordinat dari struktur kristalnya.
Dari  Gambar  4  diketahui  bahwa  struktur kristal berdasarkan pola sistem kubik menunjukkan pola struktur Face Centered Cubic (FCC). Gambar
5
menunjukkan nilai konduktivitas  pada  minyak  yang  dilakukan dengan  menggunakan  beberapa  jenis  minyak,
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 minyak sawit minyak jagung diesel oli Ko n d u k tivi tas (M Oh m -1 Cm -1 ) Jenis Minyak sebelum dicelupkan
setelah dicelupkan
seperti  minyak  goreng  kelapa  sawit  dengan merek  dagang  Neptune,  minyak  jagung  dengan merek  dagang  VeCorn,  minyak  solar,  dan  juga oli.  Analisa  ini  dilakukan  dengan  menggunakan temperatur kamar (30 ° C).
Gambar  5.  Hasil  Analisa  Konduktivitas  Pada Minyak
Dari  Gambar  5  terlihat  bahwa  minyak dapat terdeteksi dengan menggunakan sensor ini. Hal ini disebabkan karena sensor yang dihasilkan merupakan  pencampuran  dari  senyawa  polipirol yang bersifat hidrofilik dan juga serbuk ban yang bersifat  hidrofobik,  sehingga  sensor  ini  masih dapat  mendeteksi  senyawa  minyak  yang  bersifat hidrofobik. Sensor  yang  dibuat  pada  penelitian ini  memiliki  kereaktifan  yang  lebih  baik  untuk digunakan pada minyak jagung dan juga minyak sawit.  Hal  ini  dipengaruhi  oleh  ikatan  rantai karbon  yang  terdapat  pada  masing  –  masing minyak.  Minyak  goreng  sawit  dan  jagung memiliki ikatan rantai karbon yang lebih pendek dibandingkan  minyak  diesel  dan  juga  oli. Komposit  yang  dihasilkan  akan  bereaksi  dengan ikatan  senyawa  karbon  untuk  membentuk senyawa radikal yang akhirnya akan memungkinkan  terjadinya  lompatan  elektron pada  ikatan  rantai  karbon  di  dalam  minyak tersebut.  Sensor  yang  berasal  dari  polpirol berpengisi  serbuk  ban  lebih  reaktif  terhadap minyak  jagung  dengan  nilai  konduktivitas sebesar  0,1605  M    ohm -1 cm -1 Oleh  karena  itu, sensor ini lebih sesuai untuk mendeteksi minyak jagung.
Kesimpulan Sensor yang menghasilkan nilai konduktivitas  terbaik  adalah  sensor  dengan kandungan  serbuk  ban  sebesar  20  phr  dengan suhu proses 80°C selama 30 menit. Dengan nilai konduktivitasnya  sebesar  0,272  M  ohm -1 cm -1 . Dari  hasil  analisa  FTIR  terlihat  bahwa  ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya berupa interaksi yang memberikan nilai konduktivitas pada sensor. Berdasarkan uji XRD sensor konduktif polipirol berpengisi serbuk ban yang  dihasilkan  memiliki  struktur  kristal  FCC
( Face Centered Cubic ). Sensor yang dibuat lebih menunjukkan kereaktifan terhadap minyak jagung dengan nilai konduktivitas sebesar 0,1605 M ohm -1 cm -1 .

## Daftar Pustaka
[1] Efimov  O  N,  Vernitskaya  T  V.  1997.
Polypyrrole:  a  conducting  polymer;  its synthesis,  properties  and  applications .
Russian  Academy  of  Sciences  and
Turpion Ltd.
[2] Julian W.G., Philip N.B. 1995. Application of Conducting Polymer Technology  in  Microsystem .  Sensors  and Actuators A, 51, halaman 57 – 66.
[3] Murugendrappa M V, Syed Khasim, M V
N  Ambika  Prasad.  2005. Synthesis,
Characterization and Conductivity Studies of Polypyrrole-Fly Ash
Composites .  Bull.  Mater.  Sci,.  Vol.28, No.6,  October  2005,  pp.  565-569.  Indian Academy of Science.
[4] Pavia  Donald  L,  Gary  M.  Lampman, George  S.  Kriz.  2001. Introduction  to Spectroscopy .  Third  Edition.  Thomson
Learning, Inc. United State of America. [5] Qomariyah, Susi Nur. 2011. Pengembangan  Sensor  Alkohol  dari Bahan Polipirol Konduktif dengan Variasi  Konsentrasi  Dopan  Flouroborat . Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan  Alam. Universitas Jember.
[6] Supri  Abdul  Ghani,  Heah  Cheng  Yong. 2010. Development  Of  Carbon  white- Carbon  Black-Polyaniline  Composites  As A  Conductive  Polymer. Journal  of Physical Science.
[7] Wang,  Lin-Xia.,  Xin-Gui  Li,  Yu-Liang Yang.  2001. Preparation,  properties  and applications of polypyrroles .