Pemplastikan ester dari asid dikarboksilik linear dan pencirian filem

Abstract

Asid dicarboxylic linear mendapat perhatian saintis dalam bidang kimia dan bidangbidang lain disebabkan oleh ciri-ciri kestabilan serta sifat fizikal yang berpotensi untuk menggantikan pemplastik komersial sedia ada di pasaran. Pendekatan penghasilan pemplastik ini banyak diketengahkan dan menjadi strategi untuk menghasilkan pengganti pemplastik komersial dioktil ftalat (DOP) bagi poli (vinil klorida) (PVC). Sintesis bahan pemplastik dilakukan melalui tindak balas pengesteran terhadap 11 sebatian asid dikarboksilik linear dengan peningkatan bilangan karbon, yang mana terdiri daripada asid malonik, asid suksinik, asid glutarik, asid adipik, asid palmitik, asid suberik, asid azelaik, asid sebasik, asid dodekanoik, asid brasilik dan asid tapsik. Tindak balas dilakukan mendapati parameter optimum bagi pemplastik ester ini adalah 2% H2SO4 (w/w) sebagai mangkin asid digunakan pada suhu 120°C selama 4 jam dengan nisbah asid:alkohol, 1:2.5. Peratusan hasil ester dikarboksilat yang disintesis adalah dalam julat 84% hingga 91% dimana nilai tertinggi didapati dari ester D2EHM. Pengesahan struktur kimia dijalankan menggunakan spektroskopi FTIR dan NMR (1H dan 13C). Spektrum FTIR bagi produk ester dikarboksilat jelas menunjukkan puncakpuncak bagi C=O dan C−O bagi kumpulan ester, iaitu masing-masing pada 1735–1736 cm−1 dan pada 1029–1252 cm−1. Puncak atom rantai karbon alifatik (CH3) dikesan pada 2850–2958 cm−1. Analisis NMR 1H mengesahkan anjakan kimia proton bagi kumpulan ester pada 3.73–4.06 ppm, karbon tertier (–CH, 3°) pada 0.61–0.90 ppm, dan karbon proton alifatik (CH2) pada 1.01–1.39 ppm. Analisis NMR 13C mengesahkan anjakan kimia karbon bagi isyarat ester pada 166.67–177.24 ppm dan karbon tertier (−C−, 3°) pada 38.51–41.69 ppm dengan keamatan berbeza. Analisis unsur mendapati kandungan C, H dan O ini berada dalam julat perbezaan ± 0.40% untuk pengesahsahihan data berdasarkan formula teori sebatian ester dikarboksilat. Potensi sebatian ester dikarboksilat sebagai pemplastik polimer untuk PVC telah dikaji. Pemplastikan PVC telah dijalankan melalui teknik acuan pelarut menggunakan tetrahidrofuran (THF) sebagai pelarut. Ciri-ciri pemplastik ester dikarboksilat telah dikenalpasti mempunyai keserasian yang sangat baik dengan PVC disebabkan oleh parameter keterlarutannya, telah dibuktikan dan dinilai melalui ujian mekanikal, terma dan morfologi dan dibandingkan dengan pemplastik komersial DOP. Nilai kekuatan tegangan, tensil modulus, dan panjang terikan pada takat putus yang lebih baik diperhatikan dengan jumlah optimum resin pemplastik dalam adunan pemplastikan PVC, mungkin disebabkan oleh bahagian polar, rantaian ester dikarboksilat yang berinteraksi dengan kumpulan polar molekul PVC. Filem PVC-D2EHDo menunjukkan nilai tertinggi bagi kekuatan tegangan, tensil modulus, dan panjang terikan pada takat putus sebanyak 13.22 MPa, 315.80 MPa dan 186% manakala filem PVC-DOP pula 8.59 MPa, 97.70 MPa dan 122%, masing-masing. Kestabilan terma telah disiasat melalui analisis termogravimetrik (TGA) dan kalorimetri pengimbasan pembezaan (DSC). Analisis TGA menunjukkan bahawa pemplastik berasaskan ester dikarboksilat ini dapat meningkatkan kestabilan terma adunan PVC apabila menggantikan DOP sepenuhnya. Suhu degradasi maximum pertama dalam filem PVC, PVC-DOP dan PVC-D2EHDo direkodkan pada 192.3 oC, 222.7 oC dan 310.9 oC. Tg PVC menurun selepas diplastikkan dengan ester dikarboksilat dari 72.56 °C kepada 67.90 °C. Tm pula meningkat selepas diplastikkan dari 104.85°C kepada julat suhu 108.04 °C hingga 121.46 °C. Kestabilan migrasi dianalisis dengan pengiraan kehilangan jisim filem melalui kaedah pengekstrakan pelarut kimia dan ujian eksudasi yang mana menunjukkan hasil yang lebih baik apabila pemplastik ditambah. Keputusan morfologi menunjukkan penggabungan yang baik bagi pemplastik ester dikarboksilat dengan PVC. Keserasian yang baik antara pemplastik tersintesis dan molekul PVC menunjukkan pemplastik berpotensi tinggi dan sesuai menggantikan DOP malah digunakan sebagai pemplastik primer atau sekunder dalam aplikasi pembungkusan makanan, peralatan perubatan dan perkakas rumah dalam sektor industri polimer.