Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7
Penentuan Konstanta a Dan K Dalam Persamaan Mark-HouwinkSakurada (MHS) Untuk Menentukan Massa Molekul Poli (Asam Laktat) Diol Saefuddin1) *, Alfian Noor2), Tjodi Harlim2), Paulina Taba2), Ahmad Zaini3), Zarlina3) 1) Program Studi Pendidikan Kimia, FKIP, Unhalu, Kendari, 93232, Indonesia 2) Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Hasanuddin, Makassar, 90111, Indonesia 3) Sentra Teknologi Polimer, Tangerang-Banten,15314, Indonesia Abstract Poly (lactic acid) diol (PLA-OH) was synthesized by polymerization of condensation reaction between lactic acid and 1,4-butane diol. The average molecular weights (Mn, Mw, dan Mz) of PLA-OH were determined by means of Gel Permeation Chromatography (GPC) method. The intrinsic viscosity was measured at the concentration 0.2 g/dL dan temperature 298 K using chloroform solvent. The value of a and K were successfully determined by numerical method in the Mark-Houwink-Sakurada for PLA-OH i.e [η] = 3,532 x 10-4Mv0,628 = 3,532 x 10-4qMHS0,628 = 3,415 x 10-4Mw0,628 Keywords: Poly (lactic acid) diol, intrinsic viscosity, Mark-Houwink-Sakurada equation Received: 18 April 2011 Accepted: 28 June 2011 Abstrak Poli(asam laktat) diol (PLA-OH) telah disintesis melalui reaksi polimerisasi kondensasi asam laktat dan 1,4-butanadiol. Berat molekul rata-rata (Mn, Mw, dan Mz) PLA-OH ditentukan dengan analisis menggunakan Gel Permeation Chromatography (GPC). Viskositas intrinsiknya diukur pada konsentrasi 0,2 g/dL dan temperatur 298 K menggunakan pelarut kloroform. Melalui metode numerik berhasil ditentukan nilai a dan K dalam persamaan MarkHouwink-Sakurada untuk PLA-OH, yaitu [η] = 3,532 x 10-4Mv0,628 = 3,532 x 10-4qMHS0,628 = 3,415 x 10-4Mw0,628 Kata Kunci: Poli(asam laktat) diol, viskositas intrinsik, persamaan Mark-Houwink-Sakurada Diterima: 18 April 2011 Disetujui untuk dipublikasikan: 28 Juni 2011
*Penulis Korespondensi/corresponding author: Telp.+62 81341505545 E-mail:
[email protected]
1
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7
dimana [η] adalah viskositas intrinsik, Mv
1. Pendahuluan Banyak sifat polimer yang dipengaruhi
adalah berat molekul rata-rata viskositas, K
oleh berat molekulnya, misalnya kelarutan,
dan a adalah tetapan yang nilainya berbeda
ketercetakan,
bergantung pada temperatur dan sistem
kekentalan,
larutan,
dan
lelehan; dengan mengetahui berat molekul
polimer-pelarut yang diukur.
dan konformasinya maka sifat-sifat polimer dapat
diprediksi.
aplikasi
untuk ditentukan, namun dapat diperoleh
polimer sangat ditentukan oleh berat
melalui metode statistik dan numerik
molekul tersebut [1,2]. Poli (asam laktat)
dengan mensubstitusi nilai Mv tersebut
diol
polimer
dengan berat molekul rata-rata yang lain
yang penggunaannya terutama
(Mn, Mw, dan Mz) dan faktor koreksi
dalam bidang biomedis karena sifatnya
polidispersi (qMHS) [8]. Untuk itu perlu
yang biodegradabel [3].
diketahui nilai konstanta a dan K dalam
(PLA-OH)
alifatik
Karenanya
Secara eksperimen nilai Mv agak sulit
adalah
jenis
Beberapa cara penentuan berat molekul
persamaan MHS tersebut.
rata-rata (Mn, Mv, Mw, dan Mz) PLA-OH,
Dalam penelitian ini telah disintesis
seperti laser light scattering, analisis gugus
PLA-OH,
ujung, analisis sedimentasi, size exclusion
molekul rata-ratanya menggunakan GPC,
chromatography (SEC), gel permeation
dan diukur viskositasi intrinsiknya. Tujuan
chromatography (GPC), atau membrane
penelitian ini adalah menentukan nilai
osmometry [2], seringkali tidak ekonomis
konstanta a dan K dalam persamaan MHS
sebab membutuhkan biaya yang mahal dan
untuk Polimer PLA-OH.
kemudian
ditentukan
berat
waktu yang lama [4,5]. Penentuan berat molekul suatu polimer dengan metode
2. Bahan dan Metode
yang lebih sederhana dan cepat dilakukan adalah
melalui
pengukuran
2.1. Bahan dan Alat yang Digunakan
viskositas
Bahan-bahan yang digunakan adalah
intrinsik (viscometry) [6]. Data viskositas
asam laktat, 1,4-butanadiol, dihidrat timah
intrinsik yang diperoleh dimasukkan ke
(II)
dalam persamaan Mark-Houwink-Sakurada
klorida
(SnCl2.2H2O),
kloroform,
metanol, nitrogen cair, gas nitrogen, dan
(MHS) [2,7]:
silicone oil. Alat-alat yang digunakan adalah pompa vakum, oven vakum, pengaduk mekanis, 2
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7
hot plate, evaporator, viscometer, electric shaker, dan peralatan gelas yang umum
OH
dipakai di laboratorium kimia.
HO
COOH
+
HO 1,4-butanadiol
asam laktat
2.2. Sintesis PLA-OH PLA-OH
SnCl2.2H2O
disintesis
melalui
reaksi
polimerisasi kondensasi asam laktat dan 1,4-butanadiol
dengan
O
menggunakan
O
O
O
HO
SnCl2.2H2O sebagai katalis di dalam
OH
O
O m
m O
reaktor gelas yang dibenamkan dalam
O Poli(asam laktat) diol
minyak silikon yang dipanaskan [9,10], sesuai
dengan
skema
rekasi
2.3.1. Viskositas Intrinsik
yang
Viskositas intrinsik PLA-OH tersebut
diperlihatkan dalam Gambar 1.
diukur
Setelah dua belas jam reaksi maka diperoleh
produk
yang
menggunakan
Ubbelohde
viscometer dengan kapiler berdiameter 0,5
selanjutnya
mm
dimurnikan dengan melarutkannya dalam
dalam
pelarut
kloroform
pada
konsentrasi 0,2 g/dL dan temperatur 298 K.
kloroform dan diendapkan dalam metanol
Pengukuran tersebut dilakukan di Lab.
berlebih. Sisa kloroform dan metanol
Sentra Teknologi Polimer (STP) Serpong-
dihilangkan dengan evaporasi. Endapan
Banten.
putih yang diperoleh kemudian dikeringkan dalam oven vakum pada hingga berbentuk
2.3.2. Perhitungan
serbuk.
Persamaan (1) dapat ditulis dalam bentuk [8]:
2.3. Karakterisasi Berat molekul rata-rata (Mn, Mw, dan Mz)
PLA-OH
karakterisasi
dengan
chromatography tersebut
ditentukan gel
(GPC).
dilakukan
di
melalui permeation
Karakterisasi Lab.
dimana (Mv/Mw)a atau qMHS adalah faktor
Kimia
koreksi polidispersi yang nilainya berbeda
Newcastle University, New South Wales-
tiap sampel dan merupakan fungsi dari a,
Australia.
3
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7
Mn, Mw, dan Mz. Nilainya dapat dihitung
k1, k2, dan k3 adalah konstanta yang
dengan menggunakan persamaan:
nilainya bergantung pada a, sesuai dengan persamaan:
Konstanta b bergantung pada nilai a dan (Mz/Mw), sementara konstanta c hanya bergantung pada nilai a.
3. Hasil dan Pembahasan Berat molekul rata-rata (Mn, Mw, Mz), indeks polidispersi (Mw/Mn dan Mz/Mw), dan viskositas intrinsik ([η]) PLA-OH diperlihatkan dalam Tabel 1. Tabel 1. Massa molekul rata-rata, indeks polidispersi, dan viskositas intrinsik PLA-OH
Mn
Mw
Mz
(g/mol)
(g/mol)
(g/mol)
PLA-OH(1)
3537
4267
5133
1,206
1,203
0,0676
PLA-OH(2)
4737
6598
9531
1,394
1,445
0,0757
PLA-OH(3)
5362
7524
10245
1,353
1,412
0,0896
PLA-OH(4)
7061
7457
7884
1,056
1,057
0,1045
Sampel
Mw/Mn
Mz/Mw
[η] (dL/g)
4
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7
Gambar 2. Hubungan antara log Mn dan log [η] PLA-OH Gambar 2 memperlihatkan kurva log
menggunakan persamaan (3) sampai (8)
[η] yang di-plot terhadap log Mn PLA-OH.
dan asumsi nilai a yang sama untuk semua
Dari
sampel [11].
garis
linier
hubungan
tersebut
Selanjutnya plot antara (log [η] – log
diperoleh nilai a (0,652) dari slope dan K (3,218 x 10-4) dari intersep-nya.
qMHS) terhadap log Mw dalam suatu kurva
Substitusi kedua nilai tetapan ini ke
memberikan nilai a dan K yang baru, yaitu 0,628 (a) dan 3,532 x 10-4 (K) (Gambar 3).
pers. (1) menghasilkan:
Nilai a dan K ini bersama dengan nilai rata-rata qMHS (0,967) disubstitusi ke pers. (2) sehingga diperoleh persamaan MarkHouwink-Sakurada untuk PLA-OH:
Nilai awal faktor koreksi polidispersi (qMHS)
(Tabel
2)
dihitung
dengan
5
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7 Tabel 2. Nilai faktor koreksi polidispersi (qMHS) PLA-OH Sampel
qMHS
PLA-OH(1)
0,974
PLA-OH(2)
0,949
PLA-OH(3)
0,952
PLA-OH(4)
0,992
Rata-rata
0,967
Gambar 3. Hubungan antara (log [η] – log qMHS) dan log Mw PLA-OH
persamaan Mark-Houwink-Sakurada untuk
4. Kesimpulan
PLA-OH tersebut (nilai faktor koreksi
Telah berhasil disintesis poli (asam
polidispersi, qMHS = 0,967):
laktat) diol (PLA-OH) dari asam laktat dan 1,4-butanadiol. Mn, Mw, dan Mz. PLA-OH tersebut
ditentukan
dengan
menggunakan
Gel
Chromatography
(GPC).
analisis
Permeation
5. Pustaka
Viskositas
intrinsiknya diukur pada konsentrasi 0,2
1. Cowd, M.A. 1991. Kimia Polimer.
g/dL dan temperatur 298 K menggunakan
Bandung: Penerbit ITB.
pelarut kloroform. Dari nilai viskositas intrinsik
tersebut
berhasil
2. Sun, S.F. 2004. Physical Chemistry of
ditentukan
Macromolecules. New 6
York: John
Saefuddin et al./J. Prog. Kim. Si. 2011, 1 (1): 1-7 Wiley & Sons, Inc.
weight relationship for chitosan. J.
3. Garlotta, D. 2001. A literature review
Polym. Sci. B: Polym. Phys., 38, 2591-
of poly (lactic acid). Journal of
2598.
Polymers and the Environment, 9, 63-
9. Li,
84.
Y.J.,
&
Shimizu,
H.
2009.
Improvement in toughness of poly (L-
4. Kasaai, M.R. 2006. Intrinsic viscosity– molecular
weight
relationship
lactide)
(PLLA)
through
reactive
and
blending with acrylonitrile-butadiene-
hydrodynamic volume for pullulan. J.
styrene copolymer (ABS): Morphology
Appl. Polym. Sci., 100, 4325-4332.
and properties. European Polymer
5. Yin, N., Zeng, Z.-X., & Xue, W.-L. 2010.
Intrinsic
Journal, 45, 738-746.
viscosity–number
10. Zeng, J.-B., Li, Y.-D., Li, W.D., Yang,
average molecular weight relationship
K.-K., Wang, X.-L., & Wang, Y.-Z.
for poly (1,4-butylene adipate) diol. J.
2009. Synthesis and properties of poly
Appl. Polym. Sci., 117, 1883-1887.
(ester urethane)s consisting of poly (L-
6. Li, K., Song, X., & Zhang, D. 2008. Molecular
weight
depolymerized
evaluation
lactic
of
Succinate)
poly(ethylene
Poly(Ethylene
segments.
Industrial
&
1706-1711.
J. Appl. Polym. Sci., 109, 1294-1297.
11. Kasaai, M. R. 2002. Comparison of
7. Davis, F.J. 2004. Polymer Chemistry.
various solvents for determination of
New York: Oxford University Press.
intrinsic
8. Kasaai, M.R., Arul, J., & Charlet, G. Intrinsic
and
Engineering Chemistry Research, 48,
terephthalate) using intrinsic viscosity.
2000.
acid)
viscosity
and
viscometric
constants for cellulose. J. Appl. Polym.
viscosity–molecular
Sci.,86,2189-219
7
