Anjar Taufik Hidayat 13/356613/PPA/04453 Pengaruh Polimerisasi Polyaniline, Konsentrasi PVA dan Proses Pemanasan Terhadap Morfologi Nanofiber Hasil Eelectrospinning Anjar Taufik Hidayat 13/356613/PPA/04453 Jurusan S2 Ilmu Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada 2015 Memimpin peradaban bangsa

Dasar Teori Pendahuluan Hasil dan Pembahasan Tinjauan Pustaka Metode Penelitian Kesimpulan

pengganti Polymer alternatif Aplikasi teknologi

Univ. of Tsukuba Univ. of Pensylvania Alan G. MacDiarmid Alan J. Heeger Hideki Shirakawa Discover in 1977 Win a noble prize in 2000 Kekuranganya: - sensitif di udara bebas - mahal 103 S/cm 1.7 x 10-9 S/cm

Keunggulan: 𝜎 ≥ 1 S/cm Ketahanan termal Konduktif Monomer yg murah Mudah disintesis 𝜎 ≥ 1 S/cm 𝜎 < 1 x 10-10 S/cm

Kekurangan Solusi Material Nanofiber PANI-HCl PANI-ES PANI-HCl PANI-EB Unggul secara mekanik Skala nanometer Fiber dengan morfologi permukaan yang baik Fiber yang kontinyu Rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi Porositas tinggi Konduktif Electrospinning Polyaniline PVA Kekurangan Redoping Kompleks PANI-HCl PANI-ES Solusi PANI-HCl Langsung dielectrospinning dedoping doping PANI-EB

Rumusan Masalah Bagaimanakah morfologi serbuk PANI hasil metode polimerisasi konvensional dan rapid mixing? Bagaimanakan gugus fungsi serbuk PANI hasil polimerisasi metode konvensional dan rapid mixing? Bagaimanakah pengaruh metode polimerisasi PANI, konsentrasi PVA dan proses pemanasan terhadap morfologi nanofiber? Bagaimanakan gugus fungsi nanofiber PANI sebelum dan sesudah proses pemanasan?

Tujuan Menentukan morfologi serbuk PANI hasil polimerisasi metode konvensional dan rapid mixing. Menentukan gugus fungsi serbuk PANI hasil polimerisasi metode konvensional dan rapid mixing. Menentukan pengaruh metode polimerisasi PANI, konsentrasi PVA dan proses pemanasan terhadap morfologi nanofiber. Menentukan gugus fungsi nanofiber PANI sebelum dan sesudah proses pemanasan.

Ian D Norris (2000) PANI-HCSA + PEO 950 nm- 2,1 µm N.J. Pinto (2003) PANI-HCSA + PEO 300 dan 120 nm Diaz-de Leon (2001) PANI-HCSA/PEO: 500 nm – 3 µm PANI-HCSA/PS: > 50 nm PANI-AMPSA: 10 µm Mengyan Li (2006) PANI-CPSA + gelatin 61 – 803 nm P. Frontera (2012) PANI-DBSA + PEO 230 nm M. Shahi (2011) PANI EB + PVA 100 nm - 2 µm Jagadeesh Babu Veluru (2007) PANI-HCSA + PMMA 500-5 µm H.M. Huang (2007) PANI-HCSA + PVA 530 nm dan 920 nm Bishop-Haynes (2007) PANI-LEB + PVP 10-40 µm

Bipolaron Form Polaron Form PANI EB 𝜎≤1× 10 −10 𝑆/𝑐𝑚 PANI ES 𝜎≥1 𝑆/𝑐𝑚 Leucoemeraldine x = 1, y = 0 White, clear or colorless (C6H4NH)n x merupakan unit terreduksi y merupakan unit teroksidasi x + y = 1 Emeraldine x = 0.5, y = 0.5 Blue for emeraldine base Green for emeraldine salt ([C6H4NH]2[C6H4N]2)n Pernigraniline x = 0, y = 1 Blue/violet (C6H4N)n PANI EB 𝜎≤1× 10 −10 𝑆/𝑐𝑚 Bipolaron Form PANI ES 𝜎≥1 𝑆/𝑐𝑚 Polaron Form

Electrospinning Komponen: Pengisian muatan pada larutan 1. Power supply 2. Syringe 3. Sebuah kolektor Pengisian muatan pada larutan Pancaran Larutan dari Ujung Kerucut Taylor Pembentukan Kerucut Taylor Penipisan pancaran Nanofiber

FTIR SEM SEM berfungsi untuk melihat morfologi permukaan material. FTIR berfungsi untuk mempelajari struktur molekul, identifikasi, dan analisis kuantitatif suatu material.

Waktu dan Tempat Penelitian Alat Penelitian Januari - November 2015. Laboratorium nanomaterial Lembaga Penelitian dan Pengujian Terpada (LPPT) unit II Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Digital stirrer hot plate Magnetic stirrer Labu erlenmeyer Gelas beker Pipet volumetrik Thermometer alkohol Timbangan digital Vial Ultrasonic cleaner Furnace Seperangkat mesin electrospinning Bahan Penelitian Anliline ( C 6 H 7 N) Asam Klorida (HCl) Akuades ( H 2 O) Ammonium Peroxodisulfate ( H 8 N 2 O 8 S 2 ). Acetone ( C 3 H 6 O) Poly(vinyl alcohol) Gohsenol. N-Methyl-2-pyrrolidone ( C 5 H 9 NO)

Diagram Alir Penelitian

Sintesis Serbuk PANI-HCl Rapid Mixing Polymerization Polimerisasi Konvensional 3,05 gr APS dalam 15 ml HCl 1 M 3,05 gr APS dalam 15 ml HCl 1 M 0,3 ml Aniline dalam 10 ml HCl 1 M 1 ml Aniline dalam 15 ml HCl 1 M 0,5 - 4 oC 350 rpm 24 jam PANI B PANI A 50 ml HCl 0,2 M + aceton 0,5 - 4 oC 2 jam 50 ml HCl 0,2 M + aceton

Spektrum FTIR SERBUK PANI Vibrasi Ikatan Data Penelitian (cm-1) Data Literatur (cm-1) PANI A PANI B NH2 asymmetric str. 3426 3460 NH2 symmetric str., NH str. 3410   3380 H-bonded NH str. 3210 3310 =NH str. 3132 3170 str. N=Q=N 1558 1566 1587 str. of N-B-N 1474 1481 1510 C-N str. In QBtQ 1404 1380 C-N str. In QBcQ, QBB, BBQ 1296 1304 1315 C-N str. In BBB 1241 1242 1240 a mode of Q=N+H-B or B-N+H-B 1103 1142 1140 C-H in-plane bending of 1,4-ring 872 880 1120 C-H in-plane bending of 1,2,4-ring 795 810 1115 C-H out-of-plane bending of 1,2,4-ring 671 702 910 C-H out-of-plane bending of 1,4-ring 656 830 C-H out-of-plane bending of 1,2-ring 617 594 740 aromatic ring deformation 502 509 645

Spektrum FTIR SERBUK PANI Vibrasi Ikatan Data Penelitian (cm-1) Data Literatur (cm-1) PANI A PANI B NH2 asymmetric str. 3426 3460 NH2 symmetric str., NH str. 3410   3380 H-bonded NH str. 3210 3310 =NH str. 3132 3170 str. N=Q=N 1558 1566 1587 str. of N-B-N 1474 1481 1510 3100 - 3500 cm-1 1450 –1600 cm-1 PANI hasil sintesis merupakan PANI Emeraldine

Spektrum FTIR SERBUK PANI Vibrasi Ikatan Data Penelitian (cm-1) Data Literatur (cm-1) PANI A PANI B C-N str. In QBtQ   1404 1380 C-N str. In QBcQ, QBB, BBQ 1296 1304 1315 C-N str. In BBB 1241 1242 1240 a mode of Q=N+H-B or B-N+H-B 1103 1142 1140 C-H in-plane bending of 1,4-ring 872 880 1120 C-H in-plane bending of 1,2,4-ring 795 810 1115 C-H out-of-plane bending of 1,2,4-ring 671 702 910 C-H out-of-plane bending of 1,4-ring 656 830 C-H out-of-plane bending of 1,2-ring 617 594 740 aromatic ring deformation 502 509 645 PANI yang disintesis bersifat konduktif. PANI ES terdoping HCl PANI B lebih konduktif dari PANI A 1200 - 1450 cm-1 500 - 1200 cm-1

Citra SEM SERBUK PANI Serbuk Dispersi dalam NMP Konvensional Granular Merata Granular Menggumpal Menyerupai bunga kol Serbuk Dispersi dalam NMP Konvensional Rapid Mixing ~0.5-2 µm ~< 1 μm

Spektrum FTIR NANOFIBER PANI

Spektrum FTIR NANOFIBER PANI 2800 - 3100 cm-1 3100 - 3500 cm-1 PANI A PANI B PANI A PANI B asymmetric stretching NH2 pada PANI, symmetric stretching NH2 dan stretching NH dalam B-NH-B pada PANI Dapat berupa pengotor, overtunes atau kombinasi dari beberapa mode vibrasi cincin benzenoid atau quinoid pada PANI dan vibrasi stretching CH2 dalam gugus alkyl pada PVA.

Spektrum FTIR NANOFIBER PANI A bending CH2 dan bending (CH+OH) pada PVA stretching CN dalam QBcQ, QBB dan BBQ pada PANI stretching CN dalam QBcQ, QBB dan BBQ pada PANI stretching N-B-N Stretching -C=C- pada cincin aromatik stretching N-B-N bending CH2 dan bending (CH+OH) pada PVA Mode vibrasi N=Q=N pada PANI stretching N=Q=N pada PANI Stretching (C=O) dan (C-O) dalam grup asetat pada PVA stretching N=Q=N pada PANI Stretching (C=O) dan (C-O) dalam grup asetat pada PVA Mode vibrasi Q=N+H-B atau B-N+H-B pada PANI stretching CN dalam QBtQ pada PANI Mode vibrasi Q=N+H-B atau B-N+H-B pada PANI stretching CN dalam QBtQ pada PANI Stretching C-C pada cincin aromatik Stretching C-C pada cincin aromatik

Spektrum FTIR NANOFIBER PANI B stretching CN dalam QBcQ, QBB, BBQ dan BBB pada PANI stretching CN dalam QBcQ, QBB dan BBQ pada PANI bending CH2 dan bending (CH+OH) pada PVA Stretching -C=C- pada cincin aromatik stretching N-B-N stretching N-B-N bending CH2 dan bending (CH+OH) pada PVA Mode vibrasi N=Q=N pada PANI Stretching (C=O) dan (C-O) dalam grup asetat pada PVA stretching N=Q=N pada PANI Stretching (C=O) dan (C-O) dalam grup asetat pada PVA Mode vibrasi Q=N+H-B atau B-N+H-B pada PANI stretching CN dalam QBtQ pada PANI stretching N=Q=N pada PANI stretching CN dalam QBtQ pada PANI Mode vibrasi Q=N+H-B atau B-N+H-B pada PANI Stretchig C-C pada cincin aromatik

Melalui spectrum FTIR dapat diketahui bahwa: Nanofiber yang dihasilkan melalui metode electrospinning terbentuk dari PANI dan PVA Doping HCl hilang setelah nanofiber dipanaskan, sehingga menjadi tidak konduktif Setelah dipanaskan, intensitas serapan vibrasi cinci quinoid bertambah karena hilangnya doping HCl. Setelah nanofiber PANI A dan B dipanaskan, intensitas vibrasi cincin quinoid lebih tinggi daripada intensitas vibrasi cincin benzenoid. Hal ini menunjukkan struktur PANI berubah dari emeraline menjadi pernigraniline. Untuk mengetahui penyebabnya perlu dilakukan penelitian lebih lanjut. Intensitas vibrasi Q=N+H-B atau B-N+H-B pada PANI B lebih tinggi dari PANI A, hal ini menujukkan PANI B lebih konduktif.

Citra SEM NANOFIBER PANI sebelum proses pemanasan PANI A PANI B

Citra SEM NANOFIBER PANI setelah proses pemanasan PANI A PANI B

Kesimpulan PANI hasil polimerisasi konvensional (PANI A) menghasilkan struktur bulk dengan bentuk granular dan menyerupai bunga kol dengan dimensi ~0.5-2 µm, sementara PANI hasil polimerisasi rapid mixing (PANI B) menghasilkan struktur permukaan yang kasar dan memiliki struktur yang menyerupai PANI hasil polimerisasi konvensional dengan dimensi ~< 1 μm. Spektrum FTIR serbuk PANI A maupun PANI B memperlihatkan: vibrasi stretching cincin N=Q=N pada bilangan gelombang 1558 dan 1566 cm-1, dan vibrasi stretching cincin N-B-N pada bilangan gelombang 1474 dan 1481 cm-1. Vibrasi stretching cincin N=Q=N dan N-B-N merupakan vibrasi utama pada PANI. Kedua spektrum juga menunjukkan vibrasi mode Q=N+H-B atau B-N+H-B pada bilangan gelombang 1103 dan 1142 cm-1 yang menunjukkan karakter konduktif PANI. Fiber berbahan PANI B cenderung memiliki diameter rata-rata yang lebih kecil dibandingkan fiber berbahan PANI A ( 𝐷 𝐵11 < 𝐷 𝐴11 , 𝐷 𝐵12 < 𝐷 𝐴12 , dan 𝐷 𝐵13 < 𝐷 𝐴13 ). Diameter fiber cenderung bertambah seiring dengan bertambahnya konsentrasi PVA ( 𝐷 𝐴11 < 𝐷 𝐴12 < 𝐷 𝐴13 dan 𝐷 𝐵11 < 𝐷 𝐵12 < 𝐷 𝐵13 ). Diameter fiber senderung berkurang setelah mengalami proses pemanasan ( 𝐷 𝐴11′ < 𝐷 𝐴11 , 𝐷 𝐴12′ < 𝐷 𝐴12 , dan 𝐷 𝐴13′ < 𝐷 𝐴13 ). Spektrum FTIR fiber sebelum dan setelah proses pemanasan memperlihatkan perbedaan pada beberapa posisi bilangan gelombang. Intensitas serapan pada bilangan gelombang 1103-1119 cm-1 yang menunjukkn vibrasi mode Q=N+H-B atau B-N+H-B menurun karena lepasnya doping HCl pada fiber karena pemanasan, hal ini menyebabkan naiknya intensitas serapan pada bilangan gelombang 1566-1628 cm-1 yang menunjukkan vibrasi cincin aromatik quinoid PANI (N=Q=N)

Saran Electrospinning perlu dilengkapi dengan blower dan termometer sehingga parameter lingkungan dapat dipantau dengan baik. Pelarut NMP dapat diganti dengan pelarut lain yang memiliki titik didih lebih rendah untuk mengoptimalkan proses penguapan pelarut pada saat pembentukan fiber.

terimakasih