Modifikasi Karakteristik, Mekanik, Permeabilitas dan Termal Film Poli Vinil Pirolidon Melalui Pembentukan Komposit Dengan Karbon Dot.

Abstract

Material komposit banyak digunakan diberbagai bidang : kedokteran, teknik, oleh raga otomotif, penerbangan dan lain-lain. Hal ini menimbulkan dorongan kuat pada pengembangan karakteristik dan tampilan material komposit. Kombinasi matrik dan pengisi (filler) juga semakin luas dikaji agar diperoleh sifat material yang unggul.Komposit antara polimer dengan nano partikel memperbaiki sifat intrinsik yang dimiliki polimer. Teknologi nano partikel memberikan informasi baru perihal sifat bahan yang bergantung pada ukuran dan kisaran ukuran yang termasuk dalam katagori partikel nano adalah 1- 100 nm. Karbon sebagai unsur alotropik juga memiliki berbagai bentuk nanoalotropik, antara lain fullerene, dot, nano intan, tabung nano, serat nano, grafen, pita nano, dan grafen berlapis. Untuk menghasilkan karbon nano bisa dipilih antara teknik top-down atau bottom-up dan setiap teknik memiliki keunggulan dan kelemahan yang terkait dengan keseragaman ukuran partikel, quantum yield, dan kondisi proses. Reduksi ukuran karbon pada teknik top-down dilakukan dengan arc discharge, ablasi laser, dan plasma, sedangkan proses bottom-up membangun partikel nano dimulai dari ukuran atomik atau molekuler dengan metoda elektrokimia, pembakaran, hidrothermal dan gelombang mikro. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh karbon dot dan karakteristiknya dengan teknik sistesis bottom-up menggunakan prekursor asam sitrat dan urea. Serta nanokomposit PVP dan karbon dot dengan karakteristik mekanik, permeabilitas dan termal yang lebih dibanding PVP tunggal. Komposit antara karbon dot dan polimer memberikan nanomaterial fungsional yang lebih baik dan film transparan dibuat dengan metode pengecetakan. Karbon nanodot disintesa dari asam sitrat dan urea dengan gelombang mikro untuk membuat film nanokomposit dengan PVP dengan sifat mekanik yang lebih baik dan permeabilitas. Film komposit yang dengan karakteristik yang baik akan dianlisa selanjutnya melalui spektroskopi, stabilitas termal dan permukaan. Penelitian ini akan memberikan keterbaruan karakteristik film nanokomposit antara karbon dot dan PVP yang belum pernah dilaporkan sebelum ini. Film nanokomposit transparan dengan karbon dot ini dapat dimanfaatkan luas sebagai film sensor (sensor patch) ), katalisis dan optronic. Sintesis karbon dot yang mampu berfuoresensi berhasil diperoleh dari reaksi satu tahap antara asam sitrat dan urea menggunakan gelombang mikro dengan daya 300 W. Karakteristik spektrum absorpsi UV-Vis karbon dot sebagai partikel nano terdapat pada 340 nm, sedangkan spektrum emisi yang memperlihatkan kemampuan fluoresensi terdapat pada 535 nm dengan warna hijau. Diameter ratarata karbon dot hasil pengukuran hamburan cahaya laser sebesar 96,01 nm yang memenuhi katagori sebagai partikel nano dan memiliki indek polidistersitas 0,396. Material komposit yang dihasilkan dalam bentuk film dengan variasi kandungan karbon dot 0,1% - 1% yang dapat berpendar dibawah cahaya ultraviolet. Sifat mekanik dari film PVP-karbon dot meningkat signifikan dengan penambahan karbon dot 0,1% - 0,7% dibanding dengan kontrol (PVP). Pada kadar karbon dot 0,7% diperoleh kenaikan kuat tarik sebesar 60% , modulus Young 47% dan elongasi 8,6%. Laju transmisi uap air menunjukan kombinasi afinitas PVP terhadap air dan sifat higroskopis karbon dot mempercepat transport uap air. Sementara itu, permeabilitas uap air mengalami perlambatan pada konsentrasi karbon dot yang tinggi. Termogram film PVP dan komposit PVP-karbon dot 0,7% memberikan satu puncak endotermik akibat pelepasan air yang terikat dan ini membuktikan bahwa campuran pada film adalah bersifat homogen. Tidak ditemukan perubahan karater termal yang signifikan antara PVP dan komposit PVP-karbon dot. Seperti ditunjukkan oleh nilai Tg dari kedua bahan tersebut. Morfologi permukaan menggunakan SEM dengan perbesaran 500 x dan 2000 x pada film PVP dan film nanokomposit PVP-karbon dot 0,7% memperlihatkan permukaan yang seragam tanpa ada noda atau pola ini menandakan bahwa karbon dot terdispersi dengan homogen. Spektrum vibrasi film menampilkan beberapa puncak utama yaitu - CH2, -C = O, -CN dan -OH yang sesuai dengan monomer vinil pirolidon.