SIFAT TERMAL POLIMER
Dr. Edi Pramono
29/04/2020 1
29/04/2020 2
TERMAL ANALYSIS
29/04/2020 3
29/04/2020 4
• Kurva TG dan DTG
29/04/2020 5
29/04/2020 6
DSC TG-DTA
Beberapa Hal yang perlu diperhatikan
• Jenis Alat – TG-DTA – DSC – STA (Simultan TG-DSC)
• Kemampuan alat (rentang suhu pengukuran) • Jenis sample • Parameter pemanasan
– Rentang suhu – Kecepatan pemanasan – atmosfer
Pengaruh kecepatan pemanasan
29/04/2020 8
29/04/2020 9
KURVA TGA
DTA dan DSC
29/04/2020 12
Digunakan dalam pembelajaran
Realita Data
29/04/2020 14
29/04/2020 15
Penyiapan sampel analisis termal
• Pastikan sampel “kering” • Teknik penyiapan
– Pastikan diketahui rentang suhu hingga titik degradasi – jika dalam preparasi melibatkan pelarut, usahakan
pengeringan dilakukan dengan maksimal – Pengeringan dapat dilakukan dengan penguapan pelarut
(dengan pemanasan/sedikit di atas suhu ruang) – Pemakaian oven dapat dilakukan (jika menggunakan
pelarut yng mudah menguap gunakan suhu ~40-60 oC; jika melibatkan air: air permukaan dapat dikurangi dengan pemanasan T 60 oC 24 jam/ 100 oC 1-2 jam)
– Pemakaian 100 oC tetap memperhatikan ketahanan termal sampel.
STA LINSEIS PT1600
• STA (simultan TG-DSC)
• PT1600 pada dasarnya furnace alat mampu sampai 1600 oC
• Termocouple
– TGA-DTA (RT-1600 oC) *sayangnya lagi rusak
– STA (TG-DSC) rentang DSC RT-550 oC; TG RT – 700 oC.
• Atmosfer : air (udara mix) & N2
STA LINSEIS PT1600
• Perhatikan kembali hal yang perlu diperhatikan pada analisis termal (slide sebelumnya)
• Jenis sample & rentang suhu pengujian menentukan jenis crucible
– Disediakan krus korondum/alumina/Al2O3 : tahan sampai 1300; namun tetap max pengujian di 550 oC DSC
Krus TGA Krus DSC
Tahapan Analisis
• Pembuatan zero line/ base line garis referensi (blanko) – Material referensi merupakan material dengan
ketahanan termal tinggi
– Pada alat kita digunakan Al2O3 yang juga krus (tempat sampel)
– Zero line dibuat melalui memanaskan alat dengan krus kosong pada termocouple
– Data yang diperoleh adalah data termal krus (Al2O3)
– Kecepatan pemanasan disamakan dengan kecepatan pemanasan sampel yang akan dibakar
• Untuk TGA zero line digunakan pula saat evaluasi/koreksi data pembakaran
• Pada DTA/DSC referen tidak mengalami fenomena termal saat pengujian
Contoh zero line hasil STA
Input Parameter Analisis
• Identitas sampel pastikan tidak ada yg terlewat
• Perhatikan maksimal perekaman data
• Penting untuk input data dengan detil; termasuk kode sample, atmosfer dan kecepatan
• Untuk mempermudah data bisa dilengkapi tanggal pegujian
Kecepatan pemanasan
Kecepatan pemanasan
• Secara umum semua alat termal sama • Page berupa beberapa kolom yang harus diisi • Untuk STA LINSEIS PT 1600
– Kolom 1: kecepatan pemanasan – Kolom 2: target suhu – Kolom 3 dst : pengaturan tambahan
• Pengisian baris pada kolom – Baris paling atas ke bawah merupakan urutan kontrol ke alat – Jika target suhu dari baris atas ke bawah makin kecil artinya proses
yang diminta adalah pendinginan (misal baris 1 T target 1000 oC, baris 2 T target 700; maka alat akan melakukan pemanasan dengan rate tertentu sampai 1000 oC dan dilanjutkan pendinginan menuju 700 oC)
– Jika baris atas lebih rendah; maka proses akan mengalami pemanasan dengan tahapan tersebut (sesuai kecepatan pemanasan yang diinginkan “kolom 1”)
Kecepatan pemanasan
• Kecepatan pemanasan tiap alat berbeda-beda
• Untuk STA linseis kecepatan pemanasan 1 deg/min – 50 deg/min
• Semakin rendah semakin detil fenomena termal semakin lama pengujian
• Umum digunakan: 10 & 20 deg/min
• Setelah pengisian kecepatan tahapan berikutnya menyesuaikan tipe alat
Running
• Jika semua parameter telah diinput dan semua tahapan dilalui alat siap running
• Untuk TGA basis pengukuran adalah timbangan; sensitif terhadap getaran.
• Untuk DSC jika data TGA tidak diperlukan; maka getaran tidak banyak berpengaruh; namun error karena arus listrik yang tidak stabil dapat mengganggu pengukuran
Pengolahan Data
• Output analisis termal biasanya berupa data dengan extensi ASCI atau txt
• Data bisa diolah di perangkat lunak excell atau Origin atau pengolah lainnya
• Model penampilan data bisa disesuaikan dengan kebutuhan analisis (penelitian)
SIFAT TERMAL POLIMER
Transisi Fasa pada Polimer
Kristalin Tg / glassy melting degradasi
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 33
Pengaruh Gugus Samping pada GT
• GT dipengaruhi oleh struktur dan polaritas polimer yang berdampak pada fleksibilitas dan energi interaksinya
• Polimer nonpolar
• Polimer polar
• Polimer dengan subtituen besar
• Bagaimana jika gabungannya???
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 34
• Poli akrilat (asam) dan metakrilat (ester) dalam strukturnya ada gugus karbonil
• Kepolaran dan besarnya gugus samping “R” berpengaruh pada nilai Tg 1. n-alkil akrilat
2. n-alkil metakrilat
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 35
Pengaruh massa pada Tg
• Massa molekul meningkat, Tg meningkat namun akhirnya konstan
• ?????????/
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 36
Metode termodinamika untuk analisa polimer
• Massa molekul rendah (glassi cair)
• Makromolekul (glssy high-elastic state viscofluid state)
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 37
Pengaruh Polidispersitas
• Polimer dengan massa berbeda mengalami perubahan pada temperatur yang berbeda pula
1. Kristalin iso-taktik
polistirena
2. Ataktik polistirena
3. Amorf Isotaktik
polistirena
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 38
Pengaruh ikatan silang
• 1 polimer biasa • 2 resin fenol-
formaldehida
Hasil
• TGA
DTG
DSC
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 42
Degradasi Na-KMK
Kec. 20 deg/min
KINETIKA DEGRADASI dan KRISTALISASI MATERIAL DENGAN ANALISIS TERMAL
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 43
PENDEKATAN TEORI
• Material dipanaskan/didinginkan akan mengalami perubahan (struktur-fasa-massa)
• Perubahan jumlah massa (fraksi massa; α) suatu spesi pada waktu (t) tertentu dapat dinyatakan sebagai
• Dalam proses degradasi, perubahan massa terhadap waktu dan suhu dapat dinyatakan secara umum sebagai
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 44
• Jika diketahui kecepatan pemanasan (β; deg/min)
• Flynn-Wall-Ozawa (FWO) Method
• Kissinger – Akahira – Sunose Method
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 45
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 46
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 47
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 48
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 49
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 50
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 51
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 52
KRISTALISASI
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 53
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 54
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 55
Mekanisme dan Kinetika Kristalisasi
• Kemudahan Pembentukan Kristal
• Kecepatan Kristalisasi, temperatur dan viskositas
• Transformasi Fasa – Penurunan Volume polimer (Kristaliasi)
– Temperatur pelelehan polimer
• Kondisi Temperatur Glassy – Perubahan volume bebas polimer
Vf = Vsp – V0
• Perubahan volume mempengaruhi perubahan densitas polimer
Crystallizability of Polymer
• Regularity of Polymer Chain – Crystal must have longe-range order
– The chain its self must be sufficiently regular structure
– Random copolymer and atactic polymers do not crytallize under any condition
• Flexibility of Polymer Chain – Thermal motion
– Heating - cooling
• Packing Molecules – Configuration and conformation of polymer
29/04/2020 Kimia Fisika Polimer 56
*) Jika Anda menginginkan pengujian termal secara customize (diatur sesuai kebutuhan, bisa menghubungi operator ( Mr. Rosid,S.Si ~ ocid atau ke pak Edi Pramono
TERIMA KASIH