Studi Pengaruh Porositas Silika terhadap Hidrofobisitas dari Komposit Silika-High Density Polyethylene.

Abstract

Superhidrofobik merupakan salah satu sifat permukaan yang memiliki sudut kontak di atas 150 derajat. Beberapa aplikasi dari superhidrofobik adalah self-cleaning, antikorosi, antipembekuan, self-healing, dan lain-lain. Permukaan superhidrofobik dapat dicapai dengan cara meningkatkan kekasaran dan menurunkan energi permukaannya. Kekasaran permukaan dapat ditinjau dari banyaknya ruang udara pada permukaan material. Oleh karena itu, pembentukan pori di dalam permukaan merupakan suatu hal yang perlu diperhatikan dalam memfabrikasi komposit yang bersifat hidrofobik atau superhidrofobik. Berbagai macam metode telah banyak dilakukan untuk memodifikasi tekstur permukaan komposit menjadi berpori, antara lain chemical etching, nonsolvent-induced phase separation (NIPS), perlakuan plasma, dan litografi UV. Akan tetapi, metode-metode tersebut memiliki beberapa kelemahan, antara lain memerlukan substrat tertentu, kurang praktis, dan kurang transparan. Berdasarkan penjelasan di atas, penelitian ini ingin mengembangkan suatu metode untuk mengatasi kelemahan tersebut, yaitu memodifikasi material pengisi pada komposit menjadi berpori. Material pengisi yang digunakan pada penelitian ini adalah silika. Material ini paling sering digunakan pada berbagai macam aplikasi karena tingkat transparansinya yang tinggi dan kekasaran permukaannya cukup tinggi. Selain itu, penelitian ini merupakan wujud implementasi dari persamaan Cassie-Baxter yang menyatakan bahwa jumlah fraksi udara yang semakin banyak menyebabkan nilai sudut kontaknya meningkat. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan mengkaji pengaruh porositas dari material pengisi, yaitu silika terhadap perilaku hidrofobisitas dan tekstur permukaan komposit yang dihasilkan. Pembentukan pori pada silika dilakukan menggunakan metode cetakan. Cetakan yang digunakan pada penelitian ini adalah surfaktan Tween-80. Penambahan surfaktan ke dalam larutan natrium silikat divariasikan sebesar 0, 28,78; dan 57,58% mol Tween-80 terhadap natrium silikat (selanjutnya masing- masing disebut PS 0, PS 5, dan PS 10) untuk mengetahui pengaruh pembentukan pori silika terhadap hidrofobisitasnya. Karakteristik dari partikel silika yang telah disintesis kemudian dianalisis menggunakan sejumlah instrumen, yaitu scanning electron microscope (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET), X-ray diffraction (XRD), dan fourier transform infrared (FTIR). Partikel tersebut kemudian didispersikan ke dalam larutan high density polyethylene (HDPE) dengan konsentrasi sebesar 5, 10, 15, dan 20% (b/b) dan dilapiskan pada permukaan substrat kaca menggunakan metode solution casting. Komposit yang telah difabrikasi kemudian diberi label porous silica-HDPE (PS-H). Pelabelan tersebut dinamakan sesuai dengan jenis partikel silika yang digunakan. Jika partikel silika yang digunakan untuk memfabrikasi komposit adalah PS 10, kompositnya dinamakan PS-H 10 dan seterusnya. Analisis hidrofobisitas komposit silika-HDPE dilakukan dengan cara meneteskan air ke dalam permukaan komposit, tetesannya difoto dengan kamera telepon seluler, dan nilai sudut kontaknya diukur menggunakan perangkat lunak ImageJ yang telah terpasang plugin “Contact Angle”. Selain itu, kekasaran permukaan komposit juga ditentukan menggunakan instrumen atomic force microscopy (AFM). Karakteristik lainnya dari permukaan komposit ini juga dianalisis menggunakan SEM dan FTIR. Berdasarkan hasil analisis dari permukaan partikel silika yang telah disintesis, seluruh partikel terlihat berpori dengan total volumenya yang mengalami peningkatan seiring meningkatnya jumlah surfaktan yang ditambahkan. Pada partikel PS 10, bentuk kurva isoterm adsorpsi-desorpsinya berbeda dengan PS 0 dan PS 5 karena terdapat rongga di dalam permukaannya. Di samping itu, peningkatan jumlah surfaktan yang ditambahkan menyebabkan peningkatan kristalinitas dari partikel silika. Hal ini dapat terlihat dari bentuk spektrum XRD yang semakin menyempit dari PS 0 ke PS 10. Selain itu, keseluruhan partikel silika bersifat hidrofilik yang dibuktikan dari spektrum FTIR-nya. Pencampuran partikel silika dengan berbagai tingkatan porositasnya ke dalam matriks HDPE secara langsung menyebabkan pembentukan interaksi fisik antara kedua material tersebut. Pencampuran tersebut juga menghasilkan dua lapisan (tergambarkan oleh SEM). Lapisan HDPE yang terletak di atas permukaan melapisi partikel silika sehingga gugus hidroksil tertutup oleh alkil pada matriks tersebut. Dengan demikian, energi permukaannya menjadi rendah. Komposit silika-HDPE yang difabrikasi menggunakan material pengisi dengan porositas berbeda menyebabkan perbedaan nilai sudut kontak pada masing- masing konsentrasi. Nilai sudut kontak komposit tersebut semakin meningkat seiring penambahan porositas dari partikel silika. Hasil ini juga didukung dari topografi permukaan yang memperlihatkan kenaikan kekasarannya. Sudut kontak tertinggi dicapai oleh komposit PS-H 10 pada konsentrasi 20% (b/b), yaitu 143,9 derajat. Nilai ini belum mencapai keadaan superhidrofobik akibat keberadaan gugus -OH di dalam partikel silika. Akan tetapi, hasil penelitian ini memberikan gambaran bahwa hidrofobisitas dari suatu komposit dapat diakselerasi menggunakan material pengisi berpori. Modifikasi permukaan lainnya dapat dilakukan untuk meningkatkan hidrofobisitas komposit ini, yaitu penggunaan material silika berpori berskala nanometer.