TUGAS TEKNOLOGI MIKRO & NANO

APLIKASI NANOTEKNOLOGI

PADA PEMBUATAN MANUFAKTUR TEKSTIL DENGAN

METODE ELEKTROSPINNING

Oleh :

Givonda Ferigonisa

BP : 1010912067

Dosen: Prof. Dr. Eng Gunawarman

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG, 2013

BAB I

PENDAHULUAN

Material nano berstruktur satu, dua atau tiga dimensi (1D, 2D dan 3D) telah menjadi tema

penelitian dan perhatian dari para ilmuwan dan pelaku industri selama dekade terakhir.

Bahan-bahan material tersebut menjanjikan untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.

Struktur nano satu dimensi (1D) seperti serat (nanofiber), kabel (nanowire), batang

(nanorod), dan tabung (nanotube) juga menjadi fokus penelitian yang intensif karena potensi

aplikasinya yang unik dalam fabrikasi peralatan berbasis material nano.

Elektrospinning adalah salah satu metode untuk mensintesis bahan berstruktur nano 1D

yang merupakan teknik yang sederhana dan serbaguna untuk fabrikasi nanofibers. Tidak

seperti metode lain yang menghasilkan bentuk struktur 1D yang relatif pendek dan terbatas

seperti nanorods, nanowire atau nanotube, elektrospinning dapat menghasilkan nanofibers

yang kontinyu. Kontinuitas ini menawarkan potensi untuk penyelarasan, penulisan langsung

dan pelilitan. Baru-baru ini, nanofiber hasil elektrospinning telah menarik perhatian besar

karena berpotensi diaplikasikan dalam berbagai bidang: kedokteran, obat-obatan, makanan,

kosmetik, filter, katalis, sensor, sel surya dan lain-lain.

Teknik elektrospining menawarkan kemampuan yang unik dalam menghasilkan nanofiber

dengan diameter yang sangat kecil dan penampilan mekanik yang menarik serta struktur pori

dan permukaan yang dapat dikontrol untuk beragam bahan material termasuk polimer,

komposit dan keramik. Nanofiber yang dihasilkan memiliki perbandingan luas permukaan

dengan volume atau massa yang tinggi. Morfologi nanofiber yang dihasilkan oleh

elektrospinning tergantung pada berbagai faktor termasuk viskositas, konduktivitas, tegangan

permukaan, laju alir larutan, dan laju penguapan pelarut, serta tegangan dan arus listrik yang

digunakan.

Dalam makalah ini akan dijelaskan sistem elektrospinning arus-tetap yang dapat

memproduksi nanofiber yang seragam dan berkualitas tinggi. Bagaimana cara mengontrol

morfologi dan ukuran hasil elektrospinnig dari nanofiber.

BAB II

DESKRIPSI

A. Nanoteknologi

Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau alat pada ukuran

sangat kecil. Materi atau alat ini berukuran antara (1 – 100) nanometer. Satu nm sama

dengan satu-per-milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari

ukuran rambut manusia. Ukuran (1 – 100) nm ini disebut juga dengan skala nano

(nanoscale).

Dengan nanoteknologi, material dapat didesain dan disusun dalam orde atom-per-

atom atau molekul per-molekul sedemikian rupa. Dengan menyusun ulang atau

merekayasa struktur material di level nanometer, maka akan diperoleh suatu bahan yang

memiliki sifat istimewa jauh mengungguli material yang lain

Salah satu aplikasi nanoteknologi yang sedang berkembang adalah penggunaan

nanofiber di berbagai bidang seperti dalam proses filtrasi, pembuatan nanoserat pada

tekstil, bidang kedokteran, pembuatan komponen dari nanofiber, dan masih banyak lagi.

B. Nanofiber

Secara umum, nanofiber didefinisikan sebagai sesuatu mempunyai diameter kurang

dari 1 mikron. Karakteristik (sifat-sifat) nanofiber yang sangat istimewa sangat cocok

untuk digunakan dalam berbagai rentang aplikasi yang sangat luas mulai dari bidang

kesehatan sampai produk-produk konsumen dan industri-industri berteknologi tinggi

seperti aerospace, kapasitor, transistor, sistem ‘drug delivery’, fuel cells, dan teknologi

informasi.

Gambar 2.1 Scanning electron microscope picture of electrospun polycaprolactone fibers

C. Pembuatan nanofiber dengan menggunakan Metode Electrospinning

Electrospinning menggunakan sumber elektrik untuk membentuk suatu garis-

garis halus (fiber) dalam ukuran nano atau mikro dari suatu cairan. Proses ini sangat

menarik untuk membuat biomaterial polimer menjadi nanofiber. Teknik ini juga

digunakan untuk mengontol tingkat ketebalan dan komposisi nanofiber serta

porositasnya dengan suatu cara yang relatif sederhana. Dalam proses

elektrospinning, rentang ukuan fiber ini berkisar antara 50 nm-1000 nm, sedangkan

untuk ukuran yang lebih besar dapat diperoleh dengan cara menghubungkan suatu

tegangan dengan larutan polimer.

Gambar 2.2 Skema Pembuatan Nanofiber dengan Electrospinning

Polimer-solvent yang biasa digunakan dalam elektrospinning

Pembuatan Nanofiber dapat diperoleh dengan memilih sistem polimer-solvent

yang sesuai.

Tabel 2.1 Beberapa Sistem Polimer-Solvent yang Biasa Digunakan dalam Electrospinning

POLYMER SOLVENTS

Nylon 6 and nylon 66 Formic Acid

Polyacrylonitrile Dimethyl formaldehyde

PET Trifluoroaceticacid/Dimethyl chloride

PVA Water

Polystyrene DMF/Toluene

Nylon-6-co-polyamide Formic acid

Polybenzimidazole Dimethyl acetamide

Polyramide Sulfuric acid

Polyimides Phenol

SISTEM ELEKTROSPINNING ARUS TETAP

Untuk menghasilkan nanofiber yang seragam dengan reproduktifitas tinggi, maka stabilitas

cone jet yang berhubungan dengan stabilitas arus tetap dalam proses elektrospinning perlu

dijaga. Beberapa makalah telah melaporkan bahwa besar dan kestabilan arus listrik

mempengaruhi morfologi nanofiber yang dihasilkan selama proses elektrospinning.Bentuk jet

dan morfologi nanofiber yang dihasilkan berhubungan dengan stabilitas arus. Oleh karena itu

diperlukan sistem yang dapat mengontrol besar dan kestabilan arus tetap selama proses

elektrospinning. Kami telah mengembangkan sistem elektrospinning arus tetap untuk

menghasilkan nanofiber berkualitas tinggi (Gambar 1). Dalam rangka menjaga kestabilan

arus listrik pada nilai tertentu, sistem kontrol proporsional-integralderivatif (PID) digunakan

dengan parameter PID diberikan secara manual. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa nilai

arus listrik yang diinginkan dapat dicapai dalam waktu yang singkat. Pemulihan arus listrik

karena adanya gangguan selama proses elektrospinning dapat dicapai dengan cepat (Gambar

2). Sistem electrospinning arus tetap ini telah digunakan untuk menghasilkan nanofiber

poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) dan nanofiber polyvinyl acetate (PVAc). Selama proses

electrospinning arus tetap, bentuk cone jet menjadi lebih pendek dengan meningkatnya arus

listrik. Diameter nanofibers yang dihasilkan sangat seragam dan berkurang dengan

meningkatnya arus listrik. Ditemukan bahwa panjang cone jet dan diameter rata-rata

nanofiber berkurang seiring dengan berkurangnya nilai Q/I, dimana Q adalah laju aliran

larutan dan I arus yang mengalir melalui sistem elektrospinning.

FORMASI PARTIKEL-

FIBER DALAM

PROSES

EKTROSPINNING

Kelompok kami telah mempelajari produksi nanofiber menggunakan elektrospinning.

Kami menemukan bahwa bermacam morfologi berstruktur nano dari berbagai bahan material

memungkinkan dibuat dengan teknik ini, termasuk diantaranya bentuk partikel, campuran

partikel-fiber (beaded fiber), donat, cawan dan fiber murni (Gambar 3), yang bentuk dan

ukurannya bergantung pada sifat larutan dan variabel proses yang digunakan selama proses

elektrospinning.

Metoda scalling(scalling law) yang berkaitan dengan sifat larutan dan variabel proses

(tegangan, arus dan laju aliran larutan), dan pengaruhnya terhadap diameter partikel/fiber

digunakan dalam penelitian tersebut. Dalam pembutan nanofiber ini bahwa viskositas, laju

aliran dan arus memainkan peranan penting dalam menentukan morfologi hasil

elektrospinning. Gambar 4 memperlihatkan hubungan diameter rata-rata partikel dan fiber

sebagai fungsi viskositas dan Q/I.

Garis terang menandakan transisi dalam pembentukan fiber, sedangkan garis putus-putus

menunjukkan batas antara partikel dan partikel-fiber. Dari data ini terlihat bahwa proses

pembentukan partikel, partikel-fiber dan fiber murni terutama dikendalikan oleh viskositas

dan variabel proses (laju aliran larutan dan arus listrik).

BAB IV

PENUTUP

A. Kesimpulan

Teknologi nanopartikel adalah teknologi pembuatan dan penggunaan materi atau

alat pada ukuran sangat kecil. Materi atau alat ini berukuran antara (1 – 100) nanometer.

Dengan menyusun ulang atau merekayasa struktur material di level nanometer, maka

akan diperoleh suatu bahan yang memiliki sifat istimewa jauh mengungguli material yang

lain. Salah satu aplikasi nanoteknologi yang sedang berkembang adalah nanofiber, yaitu

sesuatu material yang berbentuk seperti benang atau serat yang mempunyai diameter

kurang dari 1 mikron. Aplikasi nanofiber antara lain digunakan sebagai media

nanofiltrasi, bahan pembuatan pakaian nonwoven pada industri tekstil, sebagai drug

delivery pada bidang kedokteran dan sebagainya.

B. Saran

Nanoteknologi sebagai suatu bidang ilmu pengetahuan yang sedang hangat

dibicarakan akhir-akhir ini, sebaiknya perlu dikembangkan lagi supaya dapat

menciptakan penemuan-penemuan baru yang lebih inovatif dan dapat mempermudah

masyarakat dalam penggunaannya serta berwawasan lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

M.M. Munir, A.B. Suryamas, F. Iskandar, and K. Okuyama, Polymer, 50, 4935-4943, (2009).

M.M. Munir, F. Iskandar, M. Djamal, and K.Okuyama. Morphology controlled electrospun nanofibers for humidity sensor application. In AIP Conf. Proc. 2011. Bali.

M.M. Munir, H. Widiyandari, F. Iskandar, and K. Okuyama, Nanotechnology, 19, 375601,(2008).