ANALISA TERMAL DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS UAS KARAKTERISASI MATERIAL Sigma Rizky (0806315982) Rudiyansyah (0806331973) Vicky Indrafusa (0806455906) Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia I.Latar Belakang Analisa Termal Analisistermalmerupakankelompokteknikkarakterisasimaterialberdasarkan perubahansifatfisikataukimiamaterialakibatperubahantemperaturdenganvariabel waktu.Analisistermaldigunakanuntukmendapatkansifattermodinamismaterial sehinggadapatdiketahuisifatmaterialdibawahpengaruhpemanasanataupendinginan, dibawah atmosfer reduksi atau oksidasi dan dibawah tekanan gas[2].Analisis termal untuk karakterisasi solid diilustrasikan pada Gambar 1. Gambar 1. Ilustrasi Analisis Termal pada Solid[1] Terdapat banyak fasa perubahan yang dapat terjadi ketika suatu solid dipanaskan. Setiap fasatersebutmemberikanresponberbedaketikadilakukanpemanasan.Ketika dipanaskanfasakristalinmengalamiperubahanfasakemudianterdekomposisi. Sementarafasaamorfusmengalamiperubahanmenjadifasaglasssebelum terdekomposisi.Responinimerupakanpengaruhdaripelepasanataupenyerapanenergi panas (entalpi). II.Prinsip Pengujian Differential Thermal Analysis (DTA) DifferentialThermalAnalysis(DTA)merupakananalisistermalyangmengukur perbedaantemperaturantarasampelyangakandiukurdanmaterialinertsebagai referensi.Sampeldanmaterialreferensidipanaskandalamsatudapuryangberisi lingkungangasyangtelahdistandarisasi.Perbedaantemperaturyangterjadidirekam selamaprosespemanasandanpendinginan.Laluditampilkandalambentukkurva entalpi.KurvaDTAdapatmenangkaptransformasisaatpenyerapanataupunpelepasan panas.DTAmembantumemahamihasilXRD,analisiskimiadanmikroskopis.Kurva DTAmerupakankurvaperbedaantemperaturantarasampeldenganreferensiterhadap waktu[2]. Gambar 2. Skematis gambar komponen DTA DTAmengukurperbedaantemperaturantarasampeldanmaterialreferensi,yang kemudiandikonversimenjadiperubahanentalpi.PerhitunganentalpiDTAdilakukan menggunakanmetodeperubahanmassa.Materialreferensimerupakanmaterialatau substanceyangsecaratermalinertdantidakmengalamiperubahanfasapadarentang temperaturtertentu.Materialreferensi,misalnyasafirataualumina,digunakanuntuk mengestimasi faktor konversi. Material inert yang digunakan tidak mengalami perubahan strukturdenganperubahanpanasselainpanaslaten[3].PerhitunganentalpiDTA ditentukan dengan rumus berikut : dHdt = K1K2(1A1-1A2)(ms,1-ms,2).......................................(1) Dimana: K1:ditentukandaritransferpanasantarafurnacekesampel (tergantungkoefisientransferpanas,tidaktergantung temperatur) K2:parameter berkenaan dengan alat (tergantung temperatur) DTA1-DTA2 :area antara dua kurva DTA ms,1-ms,2 :massa dari sampel dan material inert dH/dt:specific heat capacity sampel Jikaterdeteksibahwatidakterdapatperbedaantemperaturantarasampeldanmaterial referensi berarti sampel tidak mengalami perubahan kimiawi ataupun fisik. Jika terdapat perubahantemperatur,makasampeldapatteridentifikasidikarenakankurvaDTA berfungsi selayaknya finger print bagi material. Gambar 3. Kurva DTA Kurvaendotermikbiasanyamenandakanadanyaperubahanfisik.Sementarakurva eksotermik menandakan adanya perubahan (reaksi) kimia. Kurva endotermik yang tajam menandakanadanyaperubahankristalinitas.Kurvaendotermikyanglebarmenandakan adanya reaksi dehidrasi.Berikut langkah kerja DTA : Sampeldanmaterialreferensidiletakkanpadafurnace.Furnacedipanaskandengan kecepatan pemanasan konstan,tercatat temperaturawal,temperaturakhirdan kecepatan pemanasan. Data yang didapat berupa temperatur sampel dan material referensi terhadap waktu.Laludilakukanpengukuransifattermalnya,sepertipengukuranPanas Kristalisasi dan Temperatur Transisi Glass. Perangkat DTA yang digunakan terdiri dari : Thermocouple,berdasarkanmaterial penyusunnya thermocouple dibagimenjadibase metaldanraremetalthermocouple.Basemetalthermocoupledigunakanpada temperatursekitar1000oC,sedangkanraremetalthermocoupledigunakanpada temperatur sekitar 1600oC ke atas. Pemegangsampelyangterintegrasidengantermokopel.Umumnyaterbuatdari keramik seperti Al2O3 atau blok logam, agar lebih tahan dari kontaminasi. Dapurpemanasyangmemilikijangkauanluashingga2273Kdengankecepatan pemanasankuranglebih50K/menit.Crucibledaridapurterbuatdarimaterialinert sepertiAl2O3,tungsten,platinumataugrafituntukmengurangikemungkinan terdegradasi. Pengatur temperatur Alat rekam Faktor yang dapat mempengaruhi pengoperasian DTA adalah : Laju pemanasan Lajupemanasanyangumumdigunakan220oC/min.Lajupemanasanyangterlalu cepatakanmengurangiresolusitetapimeningkatkanluaspeak,sedangkanlaju pemanasan lambat akan menghasilkan peak dengan luas kecil. Ukuran dan berat sampel, umumnya berat sampel sekitar 1 100 mg Keseragaman ukuran partikel, pretreatment dan packing density Ketigavariabeldiatasakanmempengaruhipertukaranpanasantarasampeldan lingkungan sekitar. Kondisi atmosferik Peletakan termokopel III. Aplikasi DTA DTA digunakan untuk menentukan sifat termal dari material yang akan diuji. DTA juga dapatdimodifikasidengankomponenlainuntukmendapatkansifattermaltertentu. Berikut merupakan beberapa contoh dari aplikasi penggunaan DTA. Mendeteksitemperaturkritisdaritermaltransisidansecarakualitatif mengkarakterisasitemperaturkritissebagaiendotermik(menyerappanas)atau eksotermik (menghasilkan panas) UmumnyadipasangkandenganTGA,untukpengukuransimultandaritransisifasa logam dan substansi anorganik, seperti keramik dan gelas pada temperatur ~ 1000oC Menghitung perubahan entalpi suatu material selama proses pemanasan Membandingkan kemurnian material Konstruksi dan evaluasi diagram fasaIdentifikasi materialIV.Rancangan Desain Penelitian[5] Tujuan Penelitian : Melakukan pengukuran entalphi selama proses pirolisis rubber (NR, SBR, BR) Alat dan Bahan Pengujian : a.Natural Rubber (NR) vulcanized rubber, Goodyear. b.Styrene-Butadiene rubber (SBR) vulcanized rubber,Goodyear. c.Butadiene Rubber (BR) vulcanized rubber,Goodyear. d.Seiko TG/DTA 220 Prosedur Pengujian : a.PemotonganbahanNR,SBR,BRmenjadibagiankecilsampeldandimasukkanke dalam disk berdiameter 4 mm dengan tinggi chamber disk 0.5 mm 3 mm. b.MenimbangberatsampelSBRyangdimasukkankedalamchamberuntukdiberi perlakuan pemanasan. c.PengaturanlajupemanasanTG/DTAdenganmensettinglajupemanasansebesar 10C/menit. d.MembersihkanchamberyangakandiisiolehsampeldengangasN2(kemurnian tinggi)denganlajupemberiangassebesar100ml/menitdibawahtekananatmosfer (tekanan normal). e.Catathasilpercobaandalamthermorecorded,berupakurvaDTAyangmendukung perhitungan perubahan entalpi rubber selama pirolisis. Landasan Teori DTA bisa digunakan untuk melakukan pengukuran perubahan entalpi selama proses pirolisisrubber(NR,SBR,BR).Teknikpengukuranyangdipakaidalampengukuran perubahanentalpiselamapirolisisrubberadalahdenganmenggunakanteknikbaseline determination. Teknik baseline determination mampu menentukan baseline pada rentang temperaturpengujianyangluas.BaselineditentukandenganmenggunakankurvaDTA yangdihasilkan.Teknikbaselinedeterminationmampumengukursecaraakurat keseluruhan perubahan entalpi selama proses pirolisis rubber berlangsung.Hasil dan Kesimpulan Hasildaribaselinedeterminationakandihasilkandatayangmencakupperubahan linierkapasitaspanas,puncakreaksieksotermikdanpuncakreaksiendotermik.Puncak reaksi eksotermik dihasilkan dari reaksi kimia dan puncak reaksi endotermik disebabkan oleh evaporasi dari produk pirolisis. Panas dari reaksi sebesar, -164, -560 dan -906 kJ/kg, untuk NR, SBR dan BR secara berurutan. Panas dari evaporasi bervariasi antara 170-200 kJ/kg. Daritemperatur30oCsampai280C,entalpiendotermikberubahsecaralinearkarena kenaikankapasitaspanas.Antara300oCsampai450oC,terjadireaksipirolisisrubber sehinggaperubahanentalpibersifateksotermik.Antara450oCdan510oC,perubahan entalpiendotermikkarenaterjadievaporasidaripirolisisproduk.Secarakeseluruhan selama proses pirolisis rubber (NR, SBR dan BR) pada rentang temperatur 30oC-510oC, perubahanentalpibersifatendotermikdengannilaisebesar870,550dan325kJ/kg untuk NR, SBR dan BR secara berurutan. Referensi [1] J. P. Davies. Principles of Thermal Analysis TG, DSC, STA. NETZSCH Instruments [2] Grega Klannik. Differential Thermal Analysis (DTA) and Differential Scanning Calorimetry(DSC)asaMethodofMaterialInvestigation.Materialsand Geoenvironment, Vol. 57, No. 1, pp. 127142, 2010 [3] ShaiseJacob.DifferentialThermalAnalysis(DTA).NirmalaCollegeofPharmacy, Kerala, India [4] JackCazes.2005.EwingsAnalyticalInstrumentationHandbook3rdEdition: Chapter 15. Newyork: Marcel Dekker. [5] J.Yang,C.Roy.AnewmethodforDTAmeasurementofenthalpychangeduring the pyrolysis of rubbers. Thermochimica Acta 288 (1996), page 155-168