Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Sintesis dan Karakterisasi Polianilin Dengan Variasi Doping Asam Kuat
Yoga Julian Prasutiyo
Departemen Fisika, Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia
Email : [email protected]
Abstrak
Polianilin (PANI) telah disintesis melalui metode polimerisasi oksidatif Anilin secara kimiawi dengan Ammonium Peroksidisulfat (APS) sebagai inisiator. Dilakukan dengan sistem penetesan, dijaga laju tetes dan diberi pengadukan stirer selama 8 jam pada suhu ruang (28ᴼC). Kemudian hasil polimerisasi berupa Polianilin garam emeraldin (PANI-ES) diberi perlakukan dedoping, sehingga menjadi Polianilin basa emeraldin (PANI-EB). Setelah itu, PANI-EB diberi perlakukan doping (protonasi) dengan asam protonik (CHOOH, HNO3 HCl, HClO4 ) dengan metode pengadukan selama 10 jam pada suhu ruang. Setiap protonasi menggunakan skala 1:10 untuk PANI-EB dan dopan asam protonic di dalam reaktor. Kemudian, sempurnanya proses polimerisasi ditandai dengan meningkatnya ukuran partikel hingga 54.716 µm pada menit ke-270, tercapainya viskositas hingga 1.87 mPa pada waktu yang sama dan perubahan suhu terjadi selama proses polimerisasi. Indicator tersebut untuk menunjukkan progress perpanjangan rantai molukel polimer. Kehadiran Polianilin dikonfirmasi dengan pengujian FTIR pada masing-masing spectrum, yaitu reaksi sempurna ketika ikatan rangkap pada spektrum 3442 cm-1 hilang dan muncul molekul baru benzenoid dan quinoid pada spectrum 1300-1600 cm-1 memastikan semua molekul anilin telah berubah menjadi PANI tanpa residu didalamnya. Hal tersebut mengkonfirmasi bahwa PANI telah sukses disintesis dengan proses polimerisasi oksidatif. Sementara itu, nilai konduktivitas PANI diberikan dari asam protonic. Nilai konduktivitas PANI meningkat dengan penambahan dopan asam protock, berupa asam kuat, seperti asam Formik (HCOOH), asam Nitrat (HNO3), asam Klorida (HCl) and asam Perklorat (HClO4), dimana nilai konduktivitas didapat berturut-turut 0.1023, 0.1220 , 291.7690 and 13496.5003 µS/cm dengan diukur menggunakan LCR Meter pada arur DC. Nilai tersebut meningkat dari sebelumnya, dimana tidak ada dopan yang digunakan, menghasilkan nilai konduktivitas 0.00099 µS/cm untuk PANI-EB and 4479.9371 µS/cm untuk PANI ES. Maka didapat PANI-HClO4 memiliki konduktivitas terbaik. Kemudian untuk
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
yang memiliki kemampuan serapan gelombang mikro terbaik adalah PANI-EB dengan -29.69 dB pada frekuensi 11.812 GHz, sedangkan HClO4 memiliki kemampuan serapan terburuk yaitu -2.74 dB pada frekuensi 12.400 GHz.
Synthesis And Characterization of Polyaniline By Variation of Strong Acid as Doping Agent
Abstract
Polyaniline (PANI) has been synthesized through chemical oxidative polymerization of aniline monomer with ammonium persulphate (APS) as an initiator. It is prepared by keeping flow rate and stirring during 8 hours at room temperature (28ᴼC). The first result will be obtained Polyaniline emeraldin salt (PANI-ES) then changing to form Polyanline emeraldin base (PANI-EB). The stable PANI-EB was doped by additional of protonic acid (CHOOH, HNO3 HCl, HClO4 ) respectively at room temperature then keep mixing for 10 hours. The ratio was used 1:10 for each additional of protonic acid. The maximum value was obtained from this reaction of polymerization process was indicated by increasing particle size up to 54.716 µm, Viscosity value reaching 1.87 mPa. s and the highest temperature was observed during the polymerization process was 33ᴼC at 270 minutes. All those indicators indicated that there is propagation process of polymer molecule chains. The present of molecule PANI was then confirmed by their respective FTIR spectrum, i.e. the complete reaction when the double bond at 3442 cm-1 was disappearing on the spectrum using FTIR Spectrophotometer, a new species of benzoic and quinoid molecule at 1300-1600 cm-1 to ensure that all aniline molecules had been converted to be PANI with no residual inside. It is concluded that PANI has successfully synthesized through the oxidative polymerization process. The electrical conductivity value of PANI is driven by protonic acids. The conductivity value increased with the addition of protonic acids as strong acid doping agent, i.e. Formic acid (HCOOH), Nitric acid (HNO3), Hydrochloric acid (HCl) and Perchloric acid (HClO4), whereby the conductivity level obtained were 0.1023, 0.1220 , 291.7690 and 13496.5003 µS/cm respectively was measured by LCR Meter at DC current. Those values are an increase from the previously obtained where no dopant was used resulting in conductivity levels of 0.00099 µS/cm for PANI-EB and 4479.9371 µS/cm for PANI ES. Thus, PANI- HClO4 is the best in term of the conductivity value. The best material candidate for microwave absorbing material is PANI-EB, which has the highest reflection loss value of -29.69 dB at a frequency of 11.812 GHz, whereas PANI- HClO4 only have -2.74 dB at a frequency of 12.400 GHz.
Keyword: Oxidative polymerization of Aniline, Polyaniline, doping, de-doping, protonic acid,
conductivity, reflection loss.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Pendahuluan
Ketertarikan terhadap penelitian polianilin (PANI) terus berkembang
hingga saat ini. Terbukti bahwa pada kurun waktu 1986-1989 telah terdapat 948
publikasi paper dan dipatenkan, kemudian dalam periode 3 tahun pada 1993-1995
mencapai 1143 untuk hanya paper. Ketertarikan ini disebabkan oleh keunikan
sifat PANI, mengingat potensi aplikasi dalam ruang lingkup yang luas, seperti
penyimpanan energi dan transformasisasi (alternative sumber energi,
penyimpanan informasi, non-linier optic, penyerap elektromagnetik interference ),
sebagaimana katalis, indikator, sensor dan lain-lain.( Gospodinova, N., L.
Terlemenzyan, 1998)
Mekanisme polimerisasi dan proses doping PANi serta sifat kimia-fisisnya
memperlihatkan variasi yang luas, tergantung pada jenis bahan pelarut dan
elektrolit, jenis proses serta parameter sintesis yang dipilih. Dengan demikian,
bahan ini memberi peluang luas bagi pengkajian ilmiah dan pengembangan
aplikasinya.( Safriani, L.,dkk. 2003). Santhala (2007) menegaskan bahwa sifat-
sifat yang dimiliki Polianilin diantaranya sifat kimia, listrik, dan optik,
menyebabkan Polianilin masuk ke dalam kelas baru yang unik.( Diantoro, 2010).
Polimer yang selama ini dikenal sebagai bahan isolator listrik sekarang
mempunyai sifat baru yang mampu menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik
terjadi karena ada elektron ikatan terdelokalisasi,yang mempunyai struktur pita
seperti silicon. Polimer konduktif kebanyakan semikonduktor,karena struktur pita
mirip silikon. Tapi ada beberapa polimer yang mempunyai gap pita kosong
sehingga bersifat seperti logam yang mempunyai konduktifitas.( Diantoro,2010)
Pengembangan aplikasi Polianilin lain adalah dalam hal menyelesasikan
masalah elektromagnetic interface (EMI). Mengingat banyak sekali kebutuhan
untuk bisa mengontrol masalah karenanya, hingga dibutuhkan di dunia militer.
Dalam rangka hal tersebut, dikembangkan teknologi peyerap gelombang
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
elektromagnetik, dan saat ini sudah ditemukan material berupa Radar Absorbing
Material (RAM). Material ini bersifat meredam pantulan atau menyerap
gelombang mikro, sehingga benda yang dilapisi dengan RAM tidak terdeteksi
oleh Radio Detection and Ranging (RADAR).
Tinjauan Pustaka
Polianilin adalah molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan
kimia kecil dan sederhana yang disebut monemer anilin yang berikatan kovalen.
Anilin adalah salah satu senyawa yang termasuk dalam kelompok amina. Rumus
molekul anilin adalah C6H5NH2, dan anilin merupakan senyawa turunan benzena,
yang salah satu atom H diganti dengan gugus –NH2 (Asri,2008). Penggabungan
monomer-monomer anilin akan membentuk cincin-cincin Benzenoid (B) dan
Quinoid (Q) yang dihubungkan satu dengan lainnya oleh atom Nitrogen (N)
melalui ikatan amin dan ikatam imin (Munasir, 2014; Kusumawati, 2008). Pada
tahun 1862 Letheby melakukan penelitian terhadap PANI dan menemukan bahwa
PANI terdiri dari keadaan campuran yaitu keadaan benzoid tereduksi dan keadaan
quinoid teroksidasi. Green dan Woodhead tahun 1912 menemukan bahwa PANi
dapat dibuat konduktor dan isolator dibawah kondisi percobaan tertentu (Molapo
et al, 2012).
Polianilin (PANI) merupakan polimer konduktif yang paling banyak
digunakan karena sifatya yang reversibel (dapat balik) melalui reaksi redoks
(reduksi- oksidasi) dan mudah disintesis. Serta merupakan polimer terkonjugasi
yang memiliki tingkat kestabilan yang tinggi dan bersifat reversible dalam proses
doping-dedoping.(Asri,2008). PANI ditemukan pada tahun 1834 oleh Runge dan
dikenal sebagai “anilin black” yang digunakan sebagai pewarna dalam industri
tekstil (Puteri et al., 2010; Molapo et al 2012
Pembentukan (sintesis) Polianilin pada penelitian ini melalui proses
polimerisasi oksidatif anilin. Pada proses polimerisasi ini terjadi reaksi berantai
dan hasil masing-masing reaksi bergantung pada reaksi sebelumnya dan tidak ada
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
pembebasan molekul. Pada reaksi ini yang bertindak sebagai inisiator dapat
berupa ion ( anion atau kation) atau radikal bebas (partikel reaktif yang memiliki
electron tidak berpasangan).
Berdasarkan derajat oksidasinya,Polianilin terbagi menjadi tiga keadaan,
yaitu Pernigraniline base (PB) yang bentuk teroksidasi penuh,Emeraldine base
(EB) yang bentuk teroksidasi setengah, Leukoemeraldine base (LB) yang bentuk
tereduksi penuh (Macdiarmid, 1993).
Dalam tiga keadaan oksidasi, hanya polimer dalam bentuk keadaan
oksidasi Emeraldin yang dapat dapat didoping menuju bentuk konduktif yang
lebih tinggi. Polianilin Emeraldin Base (PANI-EB) adalah bentuk contoh pertama
yang dapat didoping pada polimer organic menjadi material kondutif yang tinggi
hingga bisa setara dengan logam, dengan proses transfer muatan elektron (Yilmaz,
2007).
Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik yang berada
pada jangkauan 300 MHz – 300 GHz dengan panjang gelombang antara 1m –
1mm. Gelombang mikro yang merambat di udara kemudian memasuki medium
yang memiliki perbedaan impedansi dengan udara maka akan mengalami refleksi
sebagian dan absorbsi sebagian. Fenomena absorbsi sangat ditentukan oleh
mismatching impedance yang merupakan kombinasi dari parameter permeabilitas
dan permitivitas relatif pada material (Munaqi, 2014)
Untuk menghitung besarnya Reflektansi loss suatu bahan, menggunakan
rumus sebagai berikut.
𝑅! = 20𝑙𝑜𝑔 !!"!!!!!"!!!
(1)
dengan Zin adalah impedansi input ketika gelombang elektromagnetik yang datang
tegak lurus terhadap bahan (impedansi sampel), dan Z0 adalah impedansi udara
(free space) dengan nilai 376.73 Ω.
Metode Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah polimerisasi oksidatif
anilin secara kimiawi, di dalamnya terdapat proses dedoping (deprotonasi) dan
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
doping (protonasi). Dopan yang digunakan pada penelitian ini adalah asam kuat
HCl, HClO4, HNO3, CHOOH dengan tingkat kemurnian masing-masing sebesar
37%. Polianilin yang telah disintesis, menjadi Polianilin garam Emeraldin (PANI-
ES), kemudian diberikan proses dedoping sehingga menjadi basa emeraldin
(PANI-EB). PANI-EB kemudian diberikan doping dengan dopan asam protonik,
berupa asam kuat HCl, HClO4, HNO3, CHOOH dengan perbandingan 10:1.
Endapan dari Polianilin yang diperoleh pada setiap proses, kemudian dikeringkan
dengan vakum desikator selama 60 jam. Bubuk Polianilin yang diperoleh dari
hasil pengeringan, sebagian dibuat pellet dan didispersi menjadi cairan homogen,
untuk dikarakterisasi dalam pengujian FTIR, PSA, LCR Meter, SEM, dan VNA.
Hasil Dan Pembahasan
Sintesis Polianilin
Proses polimerisasi oksidatif Anilin ini terdiri dari 3 tahap proses utama,
yaitu tahap inisiasi, propagasi dan terminasi.Pada tahap yang pertama, yaitu
inisiasi, ditandai dengan terbentuknya radikal dari inisiator APS. Hal tersebut
terjadi saat awal proses polimerisasi, ikatan pada senyawa APS akan terpecah,
dan akan membentuk radikal bebas pada ion dan kationya,atau disebut juga
radikal inisiator
Tahap selanjutnya, proses propagasi yang merupakan tahap perpanjangan
rantai. Hal tersebut dapat dikonfirmasi dari pengambilan data selama eksperimen
berlangsung. Pada tahap tersebut, terjadi perubahan suhu yang signifikan pada
kondisi awal, seperti ditunjukkan pada Gambar 1. untuk awal polimerisisi pada
menit awal terjadi kenaikkan suhu pada menit ke-30, mencapai suhu 30ᴼC dan
kenaikan terjadi kembali pada menit ke-210 mencapai suhu 32ᴼC. Sesuai dengan
penelitian sebelumnya bahwa pada saat proses propagasi terjadi proses
eksotermis, atau terjadi kenaikan suhu pada sistem (Stejskal & Gilbert, 2002).
Pada percobaan kedua dengan menggunakan metode sintesis yang sama,
menfokuskan untuk mengambil data perubahan suhu pada saat polimerisasi, hal
tersebut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.b.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Berdasarkan Gambar 1.b bahwa dari waktu mulai polimerisasi hingga
menit ke-22 diperoleh suhu yang semakin meningkat. Maka hal tersebut kembali
mengkonfirmasi bahwa pada saat polimerisasi terjadi reaksi eksotermis(Hafizah,
Bimantoro, & Manaf, 2016). Pada waktu 30 menit pertama polimerisasi, adalah
waktu kritikal karena terdapat proses inisiasi dan propagasi di dalamnya. Pada
tahap propagasi terjadi peningkatan suhu dikarenakan saat proses pembentukan
produk polimer, yaitu penggabungan antara monomer anilin radikal dengan
monomer anilin murni, terdapat perbedaan energi entalpi, antara energi pemutusan
ikatan dan energi pembentukan ikatan, atau entalpi pereaksi dengan entalpi
produk. Dengan perbedaan energi entalpi, ∆H= Hproduk – Hpereaksi, lebih besar
entalpi produk, karena system membebaskan energi, artinya terjadi proses reaksi
eksoterm sehingga terjadi kenaikkan suhu.
(a) (b)
Gambar 1 Perubahan suhu pada saat polimerisasi oksidatif anilin, (a) selama berlangsungnya polimerisasi 8 jam, (b) 30 menit pertama dari polimerisasi selama 8 jam.
Berlanjut ke indakator penting lainnya, terjadi perubahan ukuran partikel
pada sistem yang menunjukkan terjadinya proses propagasi. Hal tersebut sesuai
yang ditunjukkan pada Gambar 2 hasil pengukuran sampel polimerisasi dengan
Particle Size Analyzer (PSA) menunjukan terjadi kenaikkan nilai diameter partikel
selama proses polimerisasi, pada menit ke-30 sudah mencapai ukuran partikel
sebesar 34.563 µm. Bertambahnya ukuran partikel terus terjadi hingga menit ke-
270 mencapai ukuran 54.716 µm dan pada menit akhir polimerisasi distribusi
ukuran partikel sistem menjadi 55.890 µm.
28
29
30
31
32
33
0 100 200 300 400 500
Suhu
(ᴼC)
Waktu(menit)
28
30
32
34
36
38
0 10 20 30
Suhu
(ᴼC)
Waktu(Menit)
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Kemudian selain hal diatas, indikator penting lain yang menunjukkan
berhasilnya proses polimerisasi anilin adalah terdapatnya peningkatan nilai
viskositas selama proses berlangsung. Bertambahnya nilai viskositas
menunjukkan semakin besarnya massa Polianilin pada system, yang disebabkan
karena periode propagasi untuk memperpanjang rantai Polianilin sedang terjadi.
Hal tesebut terbukti dengan diperolehnya nilai viskositas tertinggi sebesar 1.87
mPa.s pada saat menit ke-270 yang ditunjukkan pada Gambar 4.3., dengan terjadi
kecendrungan kenaikkan nilai viskositas pada proses polimerisasi dari menit ke-
30 menuju menit ke-270. Hal tersebut menujukkan bahwa proses perpanjangan
rantai atau proses propagasi terjadi pada tahap tersebut.
Gambar 2. Perubakan ukuran partikel saat polimerisasi
. Kemudian tahap terminasi adalah tahap akhir dari proses polimerisasi,
yaitu radikal monomer anilin maupun pada radikal ujung rantai polimer akan
mengalami terminasi kombinasi (coupling) dan disproporsionasi . pada proses
terminasi coupling, terjadi bergabungnya dua radikal secara ikatan kovalen,
sehingga akan menggabungkan antar radikal unjung rantai polimer Polianilin
pada sistem. Sedangkan pada kondisi lain, bisa juga antara radikal dengan radikal
lain akan bergabung membentuk dua molekul baru, atau yang disebut terminasi
disproporsionasi. Maka dari itu pada tahap terminasi seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2 terjadi kecenderungan ukuran partikel yang stabil. Proses
terminasi ini akan berhenti apabila radikal-radikal telah membentuk ikatan
semua, sehingga tidak ada lagi radikal yang akan memicu berjalannya
polimerisasi.
0
10
20
30
40
50
60
0 100 200 300 400 500
Ukuran(µm)
Waktu(menit)
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Karakterisasi FTIR
Pada Gambar 3. merupakan karakteristik pita-pita absorpsi gugus fungsi
monomer Anilin (C6H5NH2) yang ditunjukkan spektrum transmitans IR.
Kemudian pada bilangan gelombang 3426 cm-1 dan 3355 cm-1 menunjukkan
vibrasi stretching N-H dari amina primer . Pita-pita ini lebih lemah dan lebih
tajam dibandingkan vibrasi stretching O-H yang muncul di daerah bilangan
gelombang yang sama. Bilangan gelombang 3218 cm-1 merupakan shoulder band
yang selalu muncul (khusus pada Anilin) pada bilangan gelombang yang lebih
kecil disamping vibrasi stretching N-H dari amina primer monomer Anilin, pita
tersebut muncul dari kelebihan pita vibrasi bending N-H. Vibrasi bending N-H
dari amina primer muncul pada bilangan gelombang 1600 cm-1 dan pada bilangan
gelombang 1273 cm-1 ditandai sebagai vibrasi stretching C-N. Lalu pita-pita
absorpsi pada bilangan gelombang 882 cm-1 dan 747 cm-1 yang masing- masing
ditandai sebagai vibrasi bending C-H dan vibrasi wag N-H dari amina .
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100020
40
60
80
100
120
%Transm
itans
B ilanganG e lombang (1/cm)
Anilin
688747
8821137
1273
14961600
30333218
33553426
Gambar 3. Spektrum Transmitansi IR pada Anilin
Pada hasil spectrum transmitansi IR Polianilin Emeraldin Salt hasil
polimerisasi seperti yang ditunjukkan Gambar 4. untuk pada bilangan gelombang
603 dan 663 terdapat vibrasi stretching C-Cl . Kemudian pada bilangan
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
gelombang 1647 terdapat vibrasi bending N-H dari amina utama dan pada
bilangan gelombang
3248-3371 terdapat vibrasi stretching NH dari amina, yang menunjukkan
munculnya Polianilin.
Pada Gambar 5. menunjukkan spektrum transmitans IR Polianilin setelah
melalui proses deprotonasi (dedoping) dengan menggunakan reduktan (agen
pereduksi) yaitu Amonium Hidroksida (NH4OH) sehingga menghasilkan
Polianilin tanpa doping yaitu dalam bentuk basa Emeraldin atau Emeraldine Base
(EB). Pada bilangan gelombang 833 cm-1 menunjukkan vibrasi bending C-H dan
pita absorpsi pada bilangan gelombang 1169 cm-1 menunjukkan vibrasi stretching
C=N dari cincin Quinoid.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100040
50
60
70
80
90
100
110
%Trans
mita
ns
B ilanganG e lombang (1/cm)
P AN IE S
603
663
1647
3248-3371
Gambar 4. Spektrum Transmitansi IR PANI-ES (Hasil Polimerisasi)
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100040
50
60
70
80
90
100
%Transm
itans
B ilanganG e lombang (1/cm)
P AN IE B
6938331169
1289
1491
1569
3229
1315
1236
1442
Gambar 5. Spektrum Transmitansi IR PANI EB
Kemudian pada bilangan gelombang 1289 cm-1 dan 1319 cm-1
menunjukkan vibrasi stretching C-N. Pita-pita absorpsi karakteristik Polianilin
lainnya pada bilangan gelombang 1491 cm-1 dan 1569 cm-1 masing- masing
ditandai sebagai vibrasi stretching C=C dari cincin Benzenoid dan vibrasi
stretching C=C dari cincin Quinoid. Pita-pita absorpsi karakteristik Polianilin
yang khas pada bentuk basa Emeraldin (EB) yaitu pada bilangan gelombang
3229 cm-1 yang menunjukkan vibrasi stretching N-H, membuktikan bahwa
Polianilin dalam bentuk ini sudah tidak lagi terdoping oleh asam protonik (HCl).
Kemudian untuk bentuk spectrum Transmitansi IR PANI-HCOOH, PANI-
HNO3, PANI-HCl, PANI-HClO4 ditunjukkan pada Gambar 6 dan Gambar 7. Dari
keempat Polianilin tersebut tidak terdapat perbedaan yang signifikan pada puncak
pita-pita absorpsinya, dan memiliki kemiripan dengan Polianilin Emeraldine Base
atau Base Emeraldin (EB).
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
4000 3500 3000 2500 2000 1500 10000
20
40
60
80
100
P AN I-H C l
P AN I-H C O O H
%Tra
nsm
itan
s
B ilang anG elombang (1/cm)
P AN IH C lP AN IH C OOHP AN IHNO 3P AN IH C lO 4
P AN I-HNO 3
P AN IH C lO 4
Gambar 6. Spektrum Transmitansi IR PANI dengan berbagai doping
Berdasarkan Spektrum transmitans IR dari semua Polianilin (PANI) hasil
doping pada Gambar 6. memiliki puncak pita-pita absorbsi karakteristik yang
sama. Spektrum IR Polianilin (PANi) yang didoping HCl memiliki puncak pita-
pita absorpsi karakteristik Polianilin dengan bilangan gelombang 1568 cm-1 dan
1491 cm-1 yang ditandai sebagai vibrasi stretching C=C dari cincin-cincin quinoid
dan cincin-cincin benzenoid sebagai backbone Polianilin. Begitu juga pada
puncak
pita-pita absorpsi karakteristik Polianilin yang didoping HNO3 pada bilangan
gelombang dan 1565 cm-1 dan 1490 cm-1, selanjutnya dengan yang didoping HCl
pada bilangan gelombang 1562 cm-1 dan 1485 cm-1 , serta untuk yang didoping
HClO4 pada bilangan gelombang 1559 cm-1 dan 1483 cm-1 menunjukkan vibrasi
yang sama dengan Polianilin dengan doping HCOOH.
Kemudian puncak absorpsi pada Polianilin yang didoping HCOOH, HNO3
HCl, dan HClO4 menunjukkan vibrasi stretching C=N dari cincin quinoid
terprotonasi yang membuat Polianilin menjadi polimer konduktif, , dengan
masing-masing bilangan gelombang 1145 cm-1, 1189 cm-1, 1108 cm-1 dan 1044
cm-1, dengan demikian menunjukkan Polianilin sudah terdoping oleh asam
protonik sebagai sumber proton (H+) atau strukturnya sudah berubah bentuk dari
Emeraldine Base (EB).
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Puncak-puncak absorpsi selanjutnya menunjukkan vibrasi stretching C-N
dari aromatik amina dan perpindahan 𝜋 elektron, untuk Polianlin dengan doping
HCOOH (PANI-HCOOH) pada bilangan gelombang 1288 cm-1, untuk Polianilin
doping HNO3 (PANI-HNO3) pada bilangan 1357 cm-1 dan 1288 cm-1, untuk
Polianilin dengan doping HCl (PANI-HCl) pada bilangan gelombang 1285 cm-1
dan 1241 cm-1,dan Polianilin dengan doping HClO4 (PANI-HClO4) dengan
bilangan gelombang 1286 cm-1 dan 1254 cm-1. Serta vibrasi stretching N-H
ditunjukkan pada semua doping, untuk PANI-HCOOH pada bilangan gelombang
3233 cm-1, PANI-HNO3 pada bilangan gelombang 3231 cm-1, PANI-HCl pada
bilangan gelombang 3222 cm-1 dan untuk PANI HCLO4 pada bilangan
gelombang 3226 cm-1.
Morfologi PANI
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Gambar 8. Gambar SEM dengan pembersaran 1000X . (a)PANI-ES (b)PANI-EB (c) PANI-HClO4 (d)PANI-HCl € PANI-HCOOH (f) PANI-HNO3.
Berdasarkan Gambar 8. menunjukkan morfologi Polianilin dalam kondisi
akhir dari masing-masing proses dengan pembesaran pengambilan gambar 1000
kali lipat. Dari gambar tersebut terlihat bahwa PANI-ES setelah polimerisasi dan
PANI-ES dari hasil doping memiliki bentuk yang lebih kecil jika dibandingkan
dengan PANI-EB hasil dedoping(deprotonasi). Kemudian untuk morfologi pada
keseluruhan hasil sintesis PANI, mulai dari polimerisasi kemudian deprotonasi
hingga protonasi , maka diperoleh bentuk Polimer Polianilin yang tidak beraturan,
dan tak berpola. Sehingga sangat jelas sintesis dengan proses polimerisai oksidatif
anilin dan dengan doping asam kuat menghasilkan Polianilin dalam bentuk amorf,
bukan kristalin.
Karakterisasi Ukuran Partikel
Berdasarkan Gambar 9. menunjukkan ukuran partikel pada hasil dari
sintesis Polianilin dengan menggunakan Particle Size Analyzer (PSA). Untuk
polimerisasi oksidatif anilin, diperoleh ukuran rata-rata partikel PANI-ES sebesar
1.514 µm dengan distribusi volume(%) terbesar pada ukuran partikel 2.011 µm
sebanyak 10.1 volume(%). Pada grafik PANI-ES terlihat puncak yang tajam,
sehingga dapat disimpulkan ukuran partikel pada cenderung identik.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
0 5 10 15 20 25 30 350
5
10
15
20
25
%V
olume
D iameter(um)
P AN IH C lP AN IH C OOHP AN IHNO 3P AN IH C lO 4P AN IE SP AN IE B
Gambar 9. Distribusi ukuran partikel PANI-ES hasil polimerisasi, PANI-EB hasil dedoping dan
PANI-ES hasil doping protonic acid.
Kemudian untuk hasil pengukuran PSA pada PANI-EB diperoleh ukuran
rata-rata partikel senilai 12.58 µm dengan distribusi nilai rentang ukuran yang
lebar, antara 1.832 µm hingga 33.01 µm. Sedangkan untuk nilai ukuran dengan
volume(%) terbesar pada ukuran partikel 22.73 µm dengan mencapai 6.19 %.
Sedangkan untuk hasil doping (protonasi) PANI-EB menjadi PANI-ES
berupa PANI-HCOOH, diperoleh ukuran rata-rata partikel yang tidak jauh
berbeda antara masing-masing hasil doping. Ukuran rata-rata partikel sebesar
3.743 µm didapati pada PANI-HCOOH dan mempunyai distribusi terbesar ukuran
partikel pada 3.205 µm dengan volume(%) tertinggi senilai 6.62 %. Kemudian
pada PANI-NHO3 diperoleh distribusi ukuran partikel sebesar 1.184 µm sebagai
nilai rata-ratanya. Untuk distribusi ukuran partikel pada PANI-NHO3 mempunyai
nilai ukuran diameter 0.721 µm yang mencapai volume(%) terbesar senilai 7.35
%. Sementara itu, ukuran rata-rata partikel pada PANI-HCl sebesar 3.34 µm dan
ukuran partikel sebesar 3.863 µm merupakan distribusi terbesar, dengan
volume(%) senilai 11.2%. Dan selanjutnya, untuk PANI-HClO4 mempunyai
ukuran rata-rata sebesar 3.772 µm dengan nilai distribusi terbesar pada ukuran
3.519 µm sebanyak 7.47 volume(%).
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Karakterisasi Konduktivitas
Berdasarkan pada hasil eksperimen yang terangkum pada Tabel 1.
diperoleh nilai konduktivitas pada hasil polimerisasi oksidatif anilin, yaitu pada
PANI-ES senilai 4479.9371 µS/cm atau dalam nilai 4,479 x10-3 S/cm. PANI-ES
hasil polimerisasi oksidatif anilin maka diperoleh Polianilin dalam range material
semikonduktor. Kemudian untuk hasil proses deprotonasi (dedopingyaitu
Polianilin Basa Emeraldin (PANI-EB) diperoleh nilai konduktivitas sebesar
0.00099 µS/cm atau senilai dengan 9.9 x 10-10 S/cm. Maka dari nilai tersebut,
PANI-EB termasuk jenis material isolator.
Untuk nilai konduktivitas pada hasil doping pada PANI-EB, yaitu PANI-
HCOOH, PANI-HNO3, PANI-HCl, PANI-HClO4 mempunyai nilai konduktivitas
yang lebih besar dari PANI-EB. Dengan nilai berturut-turut sebesar 0.1023 µS/cm
, 0.1220 µS/cm , 291.7690 µS/cm ,dan 13496.5003 µS/cm. jika dikonversi ke
S/cm maka nilai konduktivitas untuk PANI-HCOOH setara dengan 1.023 x 10-7
S/cm, PANI-HNO3 sebesar 1.220 x 10-7 S/cm, PANI-HCl senilai 2.918 x 10-4
S/cm dan untuk PANI-HClO4 mempunyai nilai konduktivitas 1.350 x 10-2 S/cm.
Dari data tersebut diperoleh bahwa PANI-EB yang didoping dengan HClO4
memperoleh nilai konduktivitas terbesar dan semua hasil doping merupakan
termasuk material semikonduktor.
Tabel 1. Nilai konduktivitas PANI pada Emeraldi Base dan Emeraldin Salt setelah
didoping
Nama Sampel Konduktivitas (µS/cm)
PANI-ES (Hasil polimerisasi) 4479.9371
PANI-EB (Hasil deprotonasi) 0.00099
PANI-HCOOH 0.1023
PANI-HNO3 0.1220
PANI-HCl 291.7690
PANI-HClO4 13496.5003
Karakterisasi Vector Network Analyzer (VNA)
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Berdasarkan Gambar 10. tersebut, diperoleh nilai serapan gelombang
mikro terbesar pada PANI-EB mencapai -29.69 dB pada frekuensi 11.812 GHz,
walaupun PANI-EB memiliki nilai konduktivitas terendah dibandingkan dengan
bentuk PANI yang lain. Sedangkan nilai serapan gelombang mikro terkecil
diperoleh pada PANI-HClO4 dengan nilai serapan gelombang mikro -2.74 dB
pada frekuensi 12.400 GHz, walaupun PANI-HClO4 memiliki konduktivitas
tertinggi.
8 9 10 11 12
-30
-20
-10
0
RL(dB)
F rekuens i(G H z )
P AN I-E SP AN I-E BP AN I-H C O O HP AN I-H NO 3P AN I-H C lP AN I-H C lO 4
Gambar 10. Karakteristik serapan gelombang mikro Polianilin Basa Emeraldin Base dan masing-
masing Garam Emeraldin terdoping.
Kemudian besarnya nilai serapan gelombang mikro lainnya disusul oleh
PANI-HNO3 dengan nilai serapan -14.20 dB pada frekuensi 12.4 GHz, PANI-
HCOOH diperoleh nilai serapan -7.97 dB pada frekuensi 12.316 GHz, PANI-
ES diperoleh nilai serapan gelombang mikro -3.13 dB untuk frekuensi 12.4 GHz
dan PANI HCl diperoleh nilai serapan -3.12 dB pada frekuensi 11.644 GHz .
Nilai negatif pada reflection loss menunjukkan adanya serapan. Pelebaran puncak
serapan gelombang mikro yang terjadi diakibatkan peran dielektrik, selain
berkontribusi dalam peningkatan jumlah serapan.
Kesimpulan
1. Berhasil mensintesis Polianilin dengan metode polimerisasi oksidatif anilin,
dikonfirmasi dengan munculnya gugus Quinoid dan Benzenoid saat
karakterisasi FTIR.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
2. Polianilin hasil polimerisasi, dedoping dan doping dengan protonic acid
memiliki morfologi yang mirip, tidak tersusun seperti kritalin atau amorf.
3. Diperoleh nilai konduktivitas terbesar pada PANI-HClO4 dengan nilai
13496.50 µS/cm, namun memiliki nilai Reflection Loss terburuk yaitu -2.74 dB
pada frekuensi 12.4 GHz
4. Diperoleh nilai Reflection Loss terbaik pada PANI-EB dengan nilai serapan
sebesar -29.69 dB pada frekuensi 11.812 GHz, namun memiliki nilai
konduktivitas terendah senilai 0.00099 µS/cm.
5. Semakin tinggi nilai konduktivitas maka semakin buruk nilai serapan
Reflection Loss, dan demikian pula sebaliknya.
Saran
1. Sebaiknya menggunakan system terisolasi tidak hanya tertutup, sehingga tidak
ada kebocoran panas dari sitem ke lingkungan.
2. Penulis menyarankan untuk melakukan sistem pengeringan endapan hasil setiap
sintesis dengan cara diberi perlakuan panas untuk menghasilkan Polianilin
yang lebih konduktiv.
3. Sebaiknya dilakukan penelitian lanjutan mengenai sintesis Polianilin PANI-
HClO4 dengan meneliti tingkat laju reaksi saat polimerisasi, dan memperluas
cangkupan karakterisasinya..
Daftar Referensi
Asiati. Pengaruh Konsentrasi Doping Asam Asetat Terhadap Sifat Dielekrik Polianilin. Skripsi.
2016. Depok: FMIPA UI.
Asri,Novena Damar. Sintesis Dan Karakterisasi Film Polianilin Menggunakan Dopan Asam Sitrat
Dan Asam Tartrat. Skripsi. 2008. Depok: FMIPA UI
Asrori, M. Z. Analisis Kestabilan Panas Polianilin dan Karakterisasinya sebagai Material
Polimer Konduktif. Tesis. 1997. Depok: FMIPA UI
Bilmeyer, Fred W.Jr. 1984. Textbook of Polymer Science. Edisi ke-3. USA: A Wiley Interscience
Publication.
Bimantoro, Ageng. Sintesis dan Karakterisasi Polimer Konduktif Polianilin sebagai Matriks
Material Komposit Penyerap Gelombang Mikro. Skripsi. 2014. Depok: FMIPA UI.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Diantoro, Markus. Doping Proton Cu2+ dan Fe3+ pada sintesis Room Temperature Interface
Polianilin dan Karakterisasi Dielektriknya. Prosiding Seminar Nasional Fisika
II.2010.ISBN: 978-979-17494-1-1.
Fatimah,Siti. Pengaruh Konsentrasi Asam Perklorat Terhadap Sifat Dielektrik Polianilin. Skripsi.
2016. Depok : FMIPA UI.
Geethalakshmi, D, N. Muthukumarasamy, R. Balasundaraprabhu. Effect of dopan concentration
on the properties of HCL-doped PANi thin film prepared at different temperature.
Science Direct Optik.2014. 125 1307-1310.
Ghani, Supri A and Heah Chong Young. Conductive polymer on Polyaniline- Eggshell Powder
(PANI-ESP) Composites. 2010. Journal of Physical Science. Vol 21(2), 81-97
Gomes, E. C., M. A. S. Oliveira. Chemical Polymerization of Aniline in Hydrochloric Acid (HCl)
and Formic Acid (HCOOH) Media. Differences Between the Two Synthesized
Polyanilines. American Journal of Polymer Science 2012, 2(2): 5-13.
Gospodinova, N., L. Terlemenzyan. Conducting Polymers Prepared By Oxidative Polymerization
: Polyaniline. Pergamon Prog. Polym. Sci. 1998. Vol 23, 1443-1484.
Hafizah, Mas Ayu Elita. Sintesis Material Penyerap Gelombang Mikro (La1-
xSrx)(Fe0,5Mn0,25Ti0,25)O3 Dalam Sistem Komposit Melalui Proses Pemaduan Mekanik dan
Sonikasi Daya Tinggi. Disertasi. 2013. Depok. FMIPA UI.
Isnaeniyah, Linda. Analisis Pengaruh Dopan Kalium Klorida Terhadap Karakteristik Dielektrik
Polianilin. Skripsi. 2016. Depok : FMIPA UI.
Jakubik, W. P., Urbancyzk, M., Maciak, E., Putselny, T., Stolarczyk, A. Polyaniline Thin Films as
A Toxic Gas Sensors in Saw System. Molecular and Quantum Acoustics. 2007. Vol. 28.
Kusumawati, Diah Hari, Woro Setyarsih, dam Nugrahany Primary Putri. Studi Pengaruh Arus
Polimerisasi terhadap Konduktivitas Listrik Polianilin yang Disintesis dengan Metode
Galvanostatik. 2008. Jurnal Fisika dan Aplikasinya Volume 4, Nomer 1
Macdiarmic, Alan G. The Polyanilines: A Novel Class Of Conducting Polymers. Conjugated
Polymers and Related Materials: The Interconnection of Chemical and Electronic
Structure, W.R. Salaneck and I. Lundstr~m, Eds., Oxford Scientific Press, UK, 1992.
Manawan, Maykel T. E. Peningkatan Sifat Magnetik dan Absorbsi Gelombang Mikro pada Sistem
Nanokomposit Berpenguat Hexaferit melalui Proses Mechanical Alloying dan Destruksi
Ultrasonik Daya Tinggi. Disertasi. 2014. Jakarta: FMIPA UI.
Measurement of Dielectric Material Properties. Application Note. 2006. ROHDE&SCHWARZ
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Molapo Keriileng M, Peter M. Ndangili, Rachel F. Ajayi, Gcineka Mbambisa, Stephen M. Mailu,
Njagi Njomo, Milua Masikini, Priscilla Baker and Emmanuel I. Iwuoha. Electronics of
Conjugated Polymers (I): Polyaniline. 2012. Internasional Journal Electrochemical.
Science.,vol 7, 11859 – 11875.
Munasir, A. Arifudin Zuhri, N. Primary Putri, Prim Setiyarso. Analisis Sifat Korosi Komposit
PANi-SiO2/Acrylic Paint pada Medium 2,5 % NaCl. 2014. Paper Vol 5, No.1, ISSN :
2087-0922.
Munaqi, Ardani Dahiyu. Sintesis Dan Karakterisasi Material Nanopartikel (Bao.6(Fe1.7 Mn0.15Ti
0.15O3)+BaTiO3)/Pani Sebagai Penyerap Gelombang Mikro. Skripsi. 2014. Depok :
FMIPA UI.
Pascawati, Rizkina. Pengukuran Langsung Pertumbuhan Polimerisasi Anilin Menggunakan
Metode Centrifugal Liquid Membrane (CLM). Skripsi. 2014. Depok: FMIPA UI.
Puteri, Zetryana. Pengaruh Kondisi Bulk Polymerization terhadap Ukuran Partikel Polianilin
(Emeraldin Terprotonasi) serta Aplikasi Bentuk Tersulfonasinya dalam mereduksi Cr(VI).
Skripsi. 2011. Depok: FMIPA UI.
“Re - discovering ” an old material , Polyaniline , for modern applications. Ermelinda
FALLETTA Matr. N˚ R09061. A.A. 2012-2013.
Safriani, L., Yayah Yuliah, Tuti Aryani. 2003. Pengaruh Doping Asam Protonik Terhadap
Konduktivitas dan Transparasi Polianilin. Laporan Penelitian,Lembaga Penelitian
Universita Padjadjaran, Bandung.
S. Bilal, S. Gul and A. Ali Shah. Calculation of Particle Size Distribution of Polyaniline Salts
Using Image J. Journal of Scientific and Innovative Research, Vol 4(I), pp. 17-21, 2015
Sharma, Himani. Conductying Polymers : Polianiline, its State of The Art and Applications. 2006.
Thesis. Thapar Institue of Engineering and Technology (Deemed University). Patiala
(Punjab)-147004
Steskal, J. Polyaniline. Preparation Of A Conducting Polymer (IUPAC Technical Report)
Prepared. Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 5, pp. 857–867, 2002.
Subiyanto, Iyan. Perhitungan Impedansi pada bahan La0.67Sr0.33Mn1-xTixO3 untuk Penyerap
Gelombang Elektromagnetik. Skripsi. 2011. Depok: FMIPA UI
Syamsir, Arasi., Astuti. Sintesis Nanokomposit PANi/TiO2 /Karbon sebagai Penyerap Gelombang
Mikro. Journal Fisika Unand Vol.1, No 1. Oktober. ISSN 2302-8491,2012.
Yilmaz, Faris. Polyaniline: Synthesis, Characterization, Solution Properties And
Compositespolyaniline: Synthesis, Characterization, Solution Properties And Composites.
Thesis. 2007. Middle East Technical University.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016
Zee, F., Judy, J. Mems. Chemical Gas Sensor Using A Polymer-Based Array. Published at
Transducers ’99-The 10th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators
on June 7-10. 1999. Japan: Sendai.
Sintesis dan ..., Yoga Julian Prasutiyo, FMIPA UI, 2016