Aplikasi /sotop don Radiasi, /996
ANALISIS RESmU MONOMER DALAM KOPOLIMER KA-St DANKAMMA DENGAN KROMA TOGRAFI GAS Herwinarni., Marga Utama., Made Sumarti., daD Riswiyanto"'. . Pusat Aplikasi lsotop dan Radiasi, BATAN .. FMIPA VI
ABSTRAK ANALISIS RESIDU MONOMER DALAM KOPOLIMER KA-St DAN KA-MMA DENGAN KROMA TOGRAFI GAS. Telah dilakukan analisis residu monomer stiren dan metilmetakrilat (MMA) dari kopolimer tempel karet alam stiren (KA-St) daD kopolimer tempel karet alam MMA (KA-MMA). Konsentrasi monomer stiren atau MMA yang dipelajari adalah 50, 75, dan 100 psk (perseratus karet). Dosis iradiasi 10 kGy untuk kopolimerisasi'tempel KA-St dan 5 kGy untuk kopolimerisasi tempel KA-MMA dengan laju dosis I kay/jam. Analisis residu stiren dan MMA dilakukan dengan alat kromatografi gas Shimadzu 14-A menggunakan kolom kapiler CBPIO-S50-o.50, detektor FID (Flame Ionization Detector). Hasilnya menunjukkan bahwa kadar monomer stiren yang tidak terpolimerisasi naik dari 69,7 ppm menjadi 193,6 ppm pada penambahan monomer stiren dari 50 psk menjadi 100 psk untuk kopolimer tempel KA-St yang berasal dari lateks kebun, _sedangkan kadar monomer yang tersisa untuk kopolimer tempel KA-St yang berasal dari lateks iradiasi naik dari 42,3 ppm menjadi 127,9 ppm. Selain itu, untuk penambahan monomer MMA sebanyak 50 psk tidak terdeteksi adanya. monomer MMA y!'"g tersisa, bahkan penambahan monomer MMA'dari 75 psk menjadi 100 psk. sisa monomer yang tidal( mengalami pembentukan polimerisasi, menunjukkan sedikit kenaikan dari 27 ppm menjadi 30 ppm untuk kopolimer: tempel KA-MMA yang berasaI dari laooks kebun. Vntuk kopolimer tempel KA-MMA yang berasal dari lateks iradiasi pada penambahan monomer MMA dari 50 psk sampai 100 psk. kadar monomer yang tersisa naik dari 13 ppm menjadi 147 ppm.
ABSTRACT ANALYSIS OF MONOMER RESIDUE IN NR-St AND NR-MMA COPOLYMERS BY USING GAS CHROMA TOGRAPHY. The analysis of styrene and MMA residue in NR-St and NR-MMA copolymers bas been carried out. The concentration of styrene or MMA was 50, 75, and 100 phr (perhundred rubber). The irradiation doses of graft,.copolymerization NR-St and NR-MMA were 10 kGyand 5 kGy, respectively with dose rate of I kGy/h. Determination of styrene and MMA residue was done by using GC Shimadzu 14-A with capillary column cap 10-S50-o,50 andd~ctor FID. The result shows that with increasing of styrene concentration for natural latex from 50 phr to '100 phr, the amount of residue were increasing from 69.7 ppm to 193.6 ppm, and the amount of residue for irradiated latex were increasing trom 42.3 ppm to 127.9 ppm. On the otherhand, by adding MMA 50 phr, no residue was detected, but by the addition of MMA into natural latex from 75 phr to 100 phr, the residue of monomer were increasing from 27 ppm to 30 ppm. For NR-MMA copolymers from irradiated latex, by adding MMA 50 phr to 100 phr the residue of MMA monomers were increasing trom 13 ppm to 147 ppm.
PENDAHULUAN Produk karet yang dapat didaur ulang dibuat dari karet alam yang dikopolimerisasi radiasi dengan monomer stiren atau MMA dan bersifat elastomer termoplastik, dan merupakan suatu produk karet altematif yang berwawasan lingkungan karena tidak toksid terhadap mahluk bidup (I, 2,3). Menurut CHYAGRIT (4), kemungkinan dengan ditambahkan monomer MMA atau stiren pada kopolimerisasi radiasi lateks karet alam akan terjadi reaksi ikatan silang melalui 2I'3ftine:pada ikatan rangkap poliisopren dengan monomer atau polimer sebagai jembatannya, sebingga dapat menaikkan sifat fisik dan mekanik. Dalam peoelitiao tahuo ~ang lalu dicoba penentuan kadar stiren daD MMA dengan kromatografi gas,
dengan menggunakan kolom SE-30, hasilnya menunjukkan bahwa tidak terdeteksi' adanya residu stiren, karena kepekaan alat di atas 150 ppm, sedang residu MMAjuga tidak terdeteksi karena kepekaan alat di atas 200 ppm (5). Menurut GLORIA dkk. (6); residu stiren maupun MMA yang tertinggal dapat menyebabkan gangguan kesehatan, karena stiren dapat menyebabkan iritasi pada beberapa organ tubuh seperti kulit, mata, daD menekan su8Onan sistem saraf pada konsentrasi 375 ppm. MMA juga dapat menyebabkan iritasi mata, Wdung, kulit, dan selaput lendir pada konsentrasi 200-250 'ppm. Diharapkan, bahwa lateks karet alam yang divulkanisasi dengan MMA atau stiren, tidak atau sedikit mengandung residu yang beracun. Pada penelitian ini akan ditentukankadar monomeryang tidakterpolimerisasipada lateks karet alam iradiasi.
Aplika:ri
[:ratap don Radia:ri,
1996
BAHAN DAN METODE
BASIL DAN PEMBABASAN
Bahan. Kopolimer lateks karet alam stiren dan MMA, dibuat dengan teknik kopolimerisasi radiasi pada dosis 10 kGy untuk kopolimer KA-St, dan 5 kGy untuk kopolimer KA-MMA dengan kadar monomer masingmasing 50, 75, .daD100 psk. Pelarut metanol, n-propanol, tolueD, daD aseton adalah proanalisis, digunakan untuk menentukan sisa stiren dan MMA.
Analisis Residu Stiren pada Kopolimer Tempel KA-St. Dengan mengetahui waktu retensi spektrum GC untuk metanol, toluen, daD stiren, yaitu 3,2; 3,9; dan 4,8 maka diperoleh kurva kalibrasi standar stiren seperti pada Gambar 1. Gambar tersebut adalah kurva kalibrasi standar stiren dalam pelarut metanol dengan larutan toluen sebagai standar dalam. Terlihat pula bahwa perbandingan antara area stirenlarea toluen terhadap masing-masing konsentrasi sliceD 10, 16, 25, 50, 100, 150, dan 200 ppm
Alat. Iradiator lateks milik PAIR, BATAN daD laju dosis yang digunakan dalam penelitian ini adalah 5 kGy/jam. Peralatan gelas yaitu tabu ukur, beker glass, pipet, dan botol vial untuk memisahkan sisa stiren dan MMA pada kopolimer karet alam elastomer termoplastik. Kromatografi gas Shimadzu model 14-A, kolom yang digunakam bentuk kapiler cap 10-S50-O.50,dengan gas pengemban hidrogen ("2)' detektor Flame Ionization Detector (FID). Kondisi alat tersebut seperti pada Tabel 1. Metode. Dua betas contoh kopolimer karet alam stiren daD.MMA masing-masing sebanyak 5 gram, diekstIaksi dengan aseton selama 24 jam. Filtratnya dipisahkan untuk ditentukan residu stiren daD MMA, dengan standar dalam untuk stiren adalah toluen dan untuk MMA adalah n-propanol. Kurva Regresi Larutan Standar Stiren atau MMA. Dibuat tarutao standar stiren dan MMA dalam pelarut metanol dalam berbagai konsentrasi untuk stiren, yaitu 10, 25, 50, 100, 150, dan 200 ppm serta konsentrasi MMA, yaitu 25, 50, 100, daD 150 ppm. Kemudian, ke dalam masing-masing tabu ukur 10 ml tarutao standar stiren dipipet sebanyak 9,9 mI lalu ditambahkan 0,1 mI larutan toluen sebagai standar dalam, sedanglarutan standar MMA sebanyak 9,8 ml dan ditambahkan 0,2 ml larutao n-propanol sebagai standar dalam. Masing-masing larutan standar disuntikkan ke dalam alat kromatografi gas dengan kondisi masing-masing larutan standar stiren atau MMA seperti pada Tabel 1. Kemudian, dibuat kurva kalibrasi perbandingan area stirenlarea toluen terhadap konsentrasi stiren daD untuk area MMNarea n-propanol terhadap konsentrasi MMA. Identifikasi Residu Stiren atau MMA. HasH ekstraksi stiren atau MMA dengan aseton dipisahkan dari filtratnya. Endapan tersebut berupa karet yang mengalami 2I3ftin2 daD crosslinkin2. Filtratnya merupakan larutan metanal bersama monomer stiren atau MMA yang berlebih, yaitu tidak mengalami polimerisasi, yang akan ditentukan sisa kadar monomemya. Filtrat metanol-stiren dipipet 9,9 mI ke dalam tabu ukur 10 mI, kemudian ditambahkan 0,1 mllarutan toluen sebagai standar dalam, dan 9,8 mI filtrat metanol-MMA ditambahkan 0,2 mllarutan n-propanol sebagai standar dalam. Selanjutkan, disuntikkan masingmasing filtrat sebanyak 0, I pi untuk filtrat metanol-stiren, sedang 0,5 pi untuk filtrat metanol-MMA ke dalam alat kromatografi gas. Kemudian, ditentukan perbandingan area stirenlarea toluen, dan area MMNarea n-propanol, lalu diekstrapolasi harga tersebut pada masing-masing kurva regresi, maka didapat konsentrasi sticen atau MMA dalam kopolimer tempel KA-St dan KA-MMA.
merupakan garis torus dengan persamaan garis: y
=
0,00081 + 0,000049 x dengan koefisien regresi r = 0,99. Gambar 2 adalah basil spektrum GC sisa monomer stiren. Gambar tersebut dapat digunakan untuk mengetahui area stirenlarea toluen dalam kopolimer KA-St dengan berbagai konsentrasi stiren. Tabel 2 adalah basil perhitungan ekstrapolasi area stirenlarea toluen dari sampel kopolimer tempel KA-St terhadap kurva regresi garis lorus dan akan diperoleh konsentrasi monomer stiren. HasH analisis menunjukkan bahwa dengan naiknya kadar monomer stiren dari 50 psk menjadi 100 psk, sisa monomer stiren yang tidak terpolimerisasi makin bertambah dari 69,7 ppm menjadi 193,6 ppm, yang berasal dari lateks keboB, sedang yang berasal dari lateks iradiasi residu stiren juga bertambah dengan naiknya kadar monomer stiren dati 42,3 ppm menjadi 127,9 ppm. Terbukti pula bahwa sisa kadar monomer stiren dari lateks iradiasi lebih rendah hila dibandingkan dengan sisa kadar monomer stiren dari lateks kebun. Analisis Residu MMA pada Kopolimer Tempel KA-MMA. Dengan mengetahui waktu retensi masingmasing untuk metanol, n-propanol dan MMA, yaitu 3,12; 3,9; daD 5,15 maka diperoleh kurva kalibrasi standar MMA, seperti terlihat pada Gambar 3. Pada gambar terlihat bahwa perbandingan area MMNarea n-propanol terhadap konsentrasi MMA, yaitu 10, 25, 50, 100, dan 150 ppm, diperoleh kurva garis lorus dengan persamaan garis: y = 0,15098 + 0,00306 x, dan koefisien regresi r = 0,98. Untuk menghitungjumlah sisa monomer MMA yang tidak terpolimerisasi pada kopolimerisasi tempel KA-MMA dapat dilihat pada Gambar 4. Pada gambar terlihat bahwa basil spektrum GC, sisa monomer MMA akan menghasilkan perbandingan area MMNarea n-propanol kemudian basil tersebut diekstrapolasi pada kurva regresi y = 0,15098 + 0,00306 x, hasilnya seperti tertern pada Tabel 3. Hasil analisis pada Tabel 3 menunjukkan bahwa dengan naiknya kadar monomer MMA dari 75 psk menjadi 100 psk, sisa monomer MMA yang tidak terpolimerisasi sekitar 27 ppm sampai 30 ppm, sedang untuk kadar monomer 50 psk yang ditambahkan pada kopolimerisasi lateks kebun tidak terdeteksi adanya sisa MMA. Sisa monomer MMA yang berasal dari kopolimer tempel KA-MMA dari lateks iradiasi naik secara tajam dari 13 ppm menjadi 147 ppm untuk penambahan monomer MMA dari 50 psk sampai 100 psk. Pada percobaan terlihat bahwa kadar monomer yang tersisa pada kopolimer tempel KA-St lebih banyak dibandingkan dengan kadar monomer yang tersisa pada kopoJimer tempeJ KA-MMA. Hal ini disebabkan karena monpmer MMA lebih mudah bereaksi dengan partikel
Aplikasi Isotop don Radiasi, /996
karet di mana nilai-G MMA lebih tinggi bila dibandingkan dengan nilai-G monomer stiren.
2. BUIKEMA. AL.. dkk., Biological monitoring, toxicity testing, water, Water Res. 16 (1982) 239.
KESIMPULAN
3. NENY, S., NURMAWATI, UTAMA, M., dan HARTOYO, Penggunaan toksisitas beberapa jenis termoplastik elastomer karet alam, Laporan Teknik RUT 13, 1994 (belum dipublikasi).
Karet kopolimerisasi radiasi monomer stiren yang berasal dari lateks kebun, pada dosis iradiasi 10 kGy, laju dosis 5 kGy/jam, mengandung residu stiren antara 69,7 ppm sampai dengan 193,6 ppm, sedang yang berasal dari lateks iradiasi sekitar 42,3 ppm sampai dengan 127,9 ppm untuk penambahan monomer stiren dari 50 psk menjadi 100 psk. Kopolimerisasi radiasi monomer MMA yang berasal dari lateks kebun, pada dosis iradiasi 5 kGy laju dosis 5kGy/jam mengandung residu MMA sekitar 30 ppm, namun yang berasal dari lateks iradiasi naik dari 13 ppm menjadi 147 ppm untuk penambahan monomer MMA daTi 50 psk sampai 100 psk. DAFTAR PUSTAKA 1. GELLING, "Thermoplastic natural rubber performance and application", PrOtoInternational Rubber Technology Conference, Kualalumpur (1988) 212.
4. HERWINARNI, S., RlSWIYANTO, MARSONGKO, daDUTAMA, M., "Penentuan kadar MMA, stiren dan n-BA dalam karet alam iradiasi", Pecan Sains Dasar daD Teknologi Nuklir dalam Pengembangan Energi Baru (pert. daD Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan daD Teknologi Nuklir), PPNYBATAN, Yogyakarta (1994). 5. GLORIA, J., HATHWAY. NICK, H., PROCTOR., JAMES, P. HUGES,. MICHEL F., and FISCHMAN., Chemical hazards of the work place, Van Nostrand, New York (1991). 6. CHYAGRlT, S.U., MAKUUCHI, K., and ISHIGAKI, I,Radiation vulcanization mechanism of liquid isoprene with 2-ethylhexylacrylate, JAERl-M, 100-228 (1990).
Tabel 1. Kondisi kromatografi gas Kondisi Suhu kolom (DC) Program kolom eC/men) Suhu injektor (DC) Suhu detektor (DC) Kecepatan gas H2 (kglcm2) Volume injektor (fll) Limit deteksi (ppm)
SlifeR
MMA
140-160 2 160 175 1,0 0,1
70-120 5 140 150 1,5 0.5 25
to
Aplikasi Isotop dan Radiasi. 1996
Tabel 2. Kadar monomer stiren dalam kopolimer tempel KA-St Kode
Monomer St (psk)
Kadar St (ppm)
Keterangan
Transmisi (min) Metanol: 3,2 Aseton: 3,5 Toluen: 4,0 Stiren :4,8 Standar stiren 1000 ppm
Lateks kebun
50 75 100
69,7 120,6 193,6
Ltks radiasi
50 75 100
42,3 81,2 127,9
Tabel 3. Kadar monomer MMA dalam kopolimer tempel KA-MMA Monomer MMA (psk)
Kadar MMA (ppm)
Keteranga
Lateks kebun
50 75 100
0 27 30
Transmisi (miD) Metanol: 3,145 Aseton: 3,5
Lateks iradiasi
50 75 100
13 40 147
MMA: 5.15 Standar MMA: 1000 ppm
Kode
9
9 8
-
.-t
[8
7 .-t
13
6
r
a.
= 0,99
a.-I
fij
><
!II
ru..-l I a ..-I
5
r = 0,98
.........
~
/
1t
100
150
0
x
4 ru
3
2
~
-y 1
1 10 30
so
konsentrasi
ISO
100 stiren
Gambar 1. Kurva kalibrasi standar stiren
76
Y = 0,lS098+ 0,00306 X
ru
M I .........
7
(pptl)
10 30
SO
konsentrasi
r-t-1A
Gambar 3. Kurva kalibrasi standar MMA
(pptl)
Aplikasi Isalop don Radiasi, J 996
N
10 1'"1 1'"10) '0 <'10
..n <'1 <'1
<'1 UI ..., ""r-N 0
0) ...... 0
.
"
....
"
M
ro r-,
<'1 Ie ro ..so
. -.r 0) Ltl 0)
.
"
N 10 M
0)
N <'1
.
M , M 10 <'1 ......
.
M
<'1
M, 0 . "
M 0 0
.
SSD-lK
S43-lK
S33-lK
I/) N 0
o.
"
ro
0) Ltl 0)
0)
. "
~
S43-li
S33-Li
Gambar 2. Spektrum kadar monomer stiren S33-LK = 69,7 ppm
S43-LK = 120,6 ppm SSO-Li = 193,6 ppm
Sn-Li= 42,3 ppm S43-L81,2ppm SSO-Li = 127,9 ppm
. SSO-li
Aplilai:1i Isotop
don Radiasi.
1996
.!"I c;:::) ..... . t"'-
~
1"1
.
r-\0 ~
1"1 ..n
N
.
co 0 on
1"1
J~ 1"1
. 1"1
;() .
~ G-
M
Ln Ln (J\;() '0 1"1<'1
'co M~ . VI
"'=' (J\ .
M
1"1 VI ~
\0 ~
.
. 1"1 1"1 (J\ ~
on CO ~. . M CO N VI . M .f
1"1 ;() 1"1
.
. 1"1
1"1 1"1 (J\
co <'I (J\ . 1"1
M
\0 (J\
.
1"1 .n f"'-
. t"1
~
.
1"1 CO ~
Ln
co 0 <'I .
VI
M43-Li
t33- Li
Gambar 4. Spektrum kadar monomer MMA S33-LK = 0 ppm
S33-U= 13 ppm
= 27 SSo-LK= 30
S43-U= 40 ppm S.50.u= 217 ppm
SO;LK
78
.n MsO-lK
M43-lK
13~lK
ppm ppm
~
!ofSOLi
Aplikasi Isotop don Radiasi. /996
DISKUSI
RAHAYU CHOSDU
HERWINARNI
1. Prinsip penentuan dengan GLC untuk senyawa BM rendah daD hams stabil dalam bentuk gas. Apakah Sticen stabil dalam bentuk gas, karena kalau tidak stabil dikawatirkan hilang sebelum sampai ke detektor? 2. Berapa recovery metode penentuan stiren dengan GLC apabila digunakan stiren mumi?
Untuk kurva kalibrasi MMA tidak melalui titik 0, karena konsentrasi MMA sebagai absis dimulai pada 10 ppm. Kurva kalibrasi area MMAlarea IT-propanolterhadap konsentrasi MMA, mendekati garis lurus dengan persamaan garis: Y = 0,151 + 0,003x, harga regresi = 0,98 MER! SUHARTINI
HER WIN ARNI
1. Stiren stabil dalam bentuk gas tidak mudah menguap, karena titik didihnya relatif tinggi. 2. Membtiat kalibrasi stiren murni pada beberapa konsentrasi, yaitu 10, 15, 25, 50, 100, dan 150 ppm. Diinjeksikan pada GC, diperoleh waktu retensi 4,8 meRit, kemudian diinjeksikan campuran stiren murni dengan metanol terjadi pergeseran fergesen waktu retensi 4,86 memt, sehingga toleransi recovery sekitar 99,8%. YANTI SABARINAH Mengapa kurva kalibrasi MMA tidak melalui titik (0,0), karena pada saat konsentrasi MMA adalah 0 seharusnya tidak ada respons?
Mengapa digunakan atau dipilih ekstraksi dingin untuk mendapatkan homopolimer? HER WIN ARNI
Homopolimer baik stiren maupun MMA lamt pada aseton tanpa pemanasan, sehingga cukup dengan ekstrak dingin selama 14 hari.
