TEKNOLOGI POLIMER

ELFI NUR ROHMAHUNTIRTA

FEBRUARY,2014

Bahasan

1. Pengantar

2. Pengertian Polimer

3. Sejarah Profesi

4. Klasifikasi Polimer

5. Manfaat dan Dampak

Polimer

1Pengantar

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Tujuan Instruksional Umum (TIU)

Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa mampu:

1) Mengenal dan menjelaskan berbagai jenis dan aplikasi umum dari material polimer

2) Menjelaskan teknik dan peralatan reaksi polimerisasi

3) Menjelaskan struktur dan sifat material polimer serta hubungan antara keduanya

4) Menjelaskan teknik modifikasi dan penguatan sifat material polimer

5) Menjelaskan unit-unit operasi untuk pemrosesan material polimer

2Pengertian Polimer

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Polimer adalah molekul besar yang tersusun secara berulang dari molekul molekul kecil yang saling berikatan

ILMU POLIMER

Istilah polimer berasal dari bahasa yunani, polys = banyak dan meros = bagian, yang berarti banyak bagian atau banyak monomer

Polimer lebih dikenal sebagai plastic dan bahan karet

merupakan senyawa kimia organik yang didasarkan pada karbon, hidrogen, dan elemen bukan logam (O, N, dan Si).

polietilena (PE), nilon, poli vinil klorida (PVC), polikarbonat (PC), polistirena (PS), dan karet silikon.

EXM:

WHY ARE THEY IMPORTANT

1. Mudah diolah untuk berbagai macam produk pada suhu rendah dengan biaya murah.

2. Ringan; maksudnya rasio bobot/volumnya kecil.

3. Tahan korosi dan kerusakan terhadap lingkungan yang agresif.

4. Bersifat isolator yang baik terhadap panas dan listrik.

5. Berguna untuk bahan komponen khusus karena sifatnya yang elastis dan plastis.

6. Berat molekulnya besar sehingga kestabilan dimensinya tinggi.

3Sejarah Polimer

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Sejarah Polimer

Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet

Istilah polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius (1833).

Berkembangnya industri polimer ini diawali ketika Charles Goodyear dari Amerika Serikat berhasil menemukan vulkanisasi pada tahun 1839

Setelah itu berbagai modifikasi polimer pun mulai berkembang seperti:1) Pada tahun 1870 Modifikasi selulosa

dengan asam nitrat2) Pada tahun 1907 Ditemukan damar

fenolik3) Pada tahun 1930 Ditemukan Poli fenol

etena atau Polistirena4) Pada tahun 1933 Ditemukan Polietena

atau Polietilena di laboratorium ICI di Winnington, Chesire

hipotesis makromolekul yang dikemukakan oleh Staudinger mendapat hadiah Nobel pada tahun 1955, teknologi polimer mulai berkembang pesat

monomer :vinil klorida, propena, tetra-fluoroetilena,

dan stirena

Monomer akrilonitril membentuk polimer poliakrilonitril (PAN), yang dikenall dengan nama orlon, dan digunakan sebagai karpet dan pakaian “rajutan

SIFAT POLIMER(MEKANIK DAN THERMAL)

Sifat Mekanik Polimer (Arifianto. 2008)1. Kekuatan2. Elongation3. Modulus4. Ketangguhan

1

Ada beberapa macam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu sebagai berikut:

a) Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik, contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik

1.1.Kekuatan (Strength) Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer.

b) Compressive strength Compressive strength adalah ketahanan terhadap tekanan. Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus. Segala sesuatu yang harus menahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus.

c) Flexural strength Flexural strength adalah ketahanan pada bending (flexing). Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan.

d) Impact strength Impact strength adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba. Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu.

1.2.Elongation Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material di beri gaya.% Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100

1.3. Modulus Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan modulus sama dengan satuan kekuatan (N/cm2).

1.4.Ketangguhan (Toughness) Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap olehsuatu material sebelum material tersebut patah

Sifat Thermal Polimer (Arifianto. 2008)1. Koeffisien Pemuaian Thermal2. Panas Jenis3. Koeffisien Hantaran Thermal4. Titik Tahan Panas

2

Temperatur berubah, pergerakan molekul karena temperature akan mengubah struktur (terutama struktur yang berdimensi besar).

Karena panas, oksigen, dan air bersama-sama memancing reaksi kimia pada molekul, terjadilah depolimerisasi, oksidasi, hidrolisa, dan seterusnya pada temperature tinggi

2.1.Koefisien pemuaian termal Koefisien pemuaian panjang pada film dan serat sering terjadi penyusutan karena panas, karena apabila temperature itu naik, cara pengumpulan molekul berubah oleh pergerakan termal dari molekul.

2.2.Panas jenis Panas jenis bahan polimer kira-kira 0,25-0,55 cal/g/oC yang lebih besar dibandingkan dengan bahan logam, juga lebih besar dibandingkan dengan keramik. Hal ini disebabkan karena panas jenis adalah panas yang digunakan untuk pergerakan termal dari molekul-molekul dalam struktur-strukturnya.

Sifat Mekanik dan Termal Polimer

4Klasifikasi Polimer

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

4.1 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Sumber)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

4.1.1.POLIMER ALAM

polimer yang terjadi secara alamisenyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme makhluk hidup

Example:karet alam, pati, selulosa dan protein

Sifat: Jumlahnya yang terbatas Sifat polimer alam yang kurang

stabil saat pemanasan mudah menyerap air sukar dibentuk

menyebabkan penggunaan polimer menjadi terbatas

No Polimer Monomer

Polimerisasi

Contoh

1 Pati Glukosa Kondesasi

Biji-bijian’Umbi Kayu

2 Selulosa GluosaKondesasi Sayur,ka

yu,kapas

3 ProteinAsam Amino

KondesasiSusu,daging,telor,wol,sutra

4Asam

NukleatNukleotid

aKondesasi

Molekul DNA dan RNA (sel)

5 Karet Alam Isoprena AdisiGetah Phn

Karet

Contoh Polimer Alam

4.1.2. POLIMER SEMI SINTETIS

polimer yang diperoleh dari hasil modifikasi polimer alam dan bahan kimia

Contoh: selulosa nitrat (yang lebih dikenal dengan misnomer nitroselulosa) yang dipasarkan di dengan nama “Celluloid” dan “guncotton”.

polimer yang dibuat melalui polimerisasi dari monomer - monomer polimer

4.1.3.POLIMER SINTETIS

Contoh

Homopolymer

Copolymer

Penggambaran molekul polimer

Beberapa polimer alam yang sudah lama dikenal: Kayu Karet alam Kapas Bulu domba (wool) Kulit Sutera Protein Enzim Pati Selulosa

Contoh Bahan Polimer

Polimer sintetik Plastik (PP, PE, PET, dll) Karet sintetik (EPDM, SBR,

CR, dll) Serat (fiber) sintetik (Nylon,

dll)

Sifat-sifat polimer sangat tergantung pada struktur polimernya

4.2 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Bentuk

Susunan rantai)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Struktur Molekul

4.2.1. POLIMER LINIER

polimer yang tersusun dengan unit ulang berikatan satu sama lainnya membentuk rantai polimer yang panjang

Sifat: Polimer ini biasanya dapat larut

dalam beberapa pelarut Dalam keadaan padat pada

temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai

elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).

Contoh:polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66

4.2.2. POLIMER BERCABANG

polimer yang terbentuk jika beberapa unit ulang membentuk cabang pada rantai utama

4.2.3. POLIMER BERIKATAN SILANG(CROSS-LINKING)

polimer yang terbentuk karena beberapa rantai polimer saling berikatan satu sama lain pada rantai utamanya

Adakalanya pembentukan sambungan silang dilakukan dengan sengaja melalui proses industri untuk mengubah sifat polimer

4.3 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Reaksi

Polimerisasi)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

4.3.1

Reaksi Polimerisasi Bertahap

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Dalam keadaan ini kereaktifanpolimer dapat dianggap sama dengan kereaktifan monomernya.

Setiap polimer yang terbentuk dapat bereaksi lebih lanjut dengan monomer atau polimer yang lain

Polimerisasi kondensasi merupakan polimerisasi yang bertahap

POLIMERISASI KONDENSASI

Polimerisasi kondensasi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang berbeda

berlangsung antara dua molekul polifungsional

molekul yang memiliki dua atau lebih gugus fungsional, yang reaktif dan menghasilkan satu molekul besar, dengan diikuti pelepasan molekul kecil seperti air, gas atau garam

POLIFUNGSIONAL:

Hasil reaksi kondensasi masih mengandung gugus fungsi komplementer, sehinggareaksi dapat berlanjut menghasilkan polimer sampai salah satu pereaksi habis

EXM: Pembuatan nilon

Kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu 1,6 diaminoheksana danasam adipat

Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon pada setiap unit monomer

ada enam atom karbon di setiap monomer, maka jenis nylon ini disebut nylon 66

Condensation Polymerization

4.3.2

Reaksi Polimerisasi Berantai

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Reaksi polimerisasi berantai (chain polymerization)Polimerisasi terbentuk dalam waktu yang relative singkat, kemudian “mati”.

kereaktifan polimer dapat dikatakan ini sama

dengan nol

Reaksi polimerisasi yang termasuk kelompok ini adalah polimerisasi adisi.

Polimerisasi adisi terdiri atas:a) Polimerisasi radikalb) Polimerisasi ionc) Polimerisasi, konformasi dan

konfigurasi oleh Zielgler-Natta

Reaksi ini disebut juga sebagai polimerisasi reaksi berantai, karena dalam prosesnya terjadi serangkaian reaksi berurutan yang terus berulang sampai salah satu atau kedua pereaksi habis dipakai

POLIMERISASIADISI ??

Reaksi ini berlangsung dengan penambahan monomer satu persatu.

Polimerisasi reaksi berantai ini, awalnya terjadi karena adanya suatu radikal yang ditambahkan dalam system.

Polimerisasi terjadi pada ujung reaktif dari suatu rantai tumbuh.

Tahapan:

MEKANISME REAKSIPOLIMERISASI ADISI

Pembentukan Polietena (sintesis) Polietena merupakan plastik yang dibuat secara sintesis dari monomer etena (C2H4)

CONTOH

Pembentukan Poli-isoprena (alami) Poli-isoprena merupakan karet alam dengan monomer 2-metil-1,3 butadiena. Reaksi yang terjadi dengan membuka salah satu ikatan rangkap dan ikatan rangkap yang lainnya berpindah

Addition PolymerizationInitiation:

Propagation:

Termination:

4.4 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Jenis

Monomer)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

4.4.1.HOMOPOLIMER

polimer yang terbentuk dari penggabungan monomer sejenis dengan unit berulang yang sama

4.4.2.COPOLYMER

Kopolimer acak. Dalam kopolimer acak, sejumlah kesatuan berulang yang berbeda tersusun secara acak dalam rantai polimer.

- A - B - B - A - B - A - A - A - B - A -

Kopolimer silang teraturDalam kopolimer silang teratur kesatuan berulang yang berbeda berselang - seling secara teratur dalam rantai polimer

- A - B - A - B - A - B - A - B - A – B – A -

Kopolimer blok. Dalam kopolimer blok kelompok suatu kesatuan berulang berselang - seling dengan kelompok kesatuan berulang lainnya dalam rantai polimer

- A - A - A - B - B - B - A - A - A – B –

Kopolimer cabang/Graft Copolimer. Yaitu kopolimer dengan rantai utama terdiri dari satuan berulang yang sejenis dan rantai cabang monomer yang sejenis

B B l l-A – A – A – A – A – A – A – A – A – A l

B lB

Cop

oly

mers

4.5 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Sifat

Thermal)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

4.5.1.THERMOPLASTIK

Termoplastik, Hal ini disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut.

Mikrostruktur polimer

Kristalinitas sangat mempengaruhi sifat-sifat polimer

4.5.2.THERMOSET

Termoset, yaitu polimer yang tidak mau mencair atau meleleh jika dipanaskan. Polimer - polimer termoset tidak bisa dibentuk dan tidak dapat larut karena pengikatan silang, menyebabkan kenaikan berat molekul yang besar

4.6 Klasifikasi Polimer(Berdasarkan Lingkungan Terjadinya Polimerisasi)

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

Dapat terjadi dengan salah satu dari 4 teknik berikut: Bulk polymerization Solution polymerization Suspension polymerization Emulsion polymerization

Reaksi Polimerisasi

Polimerisasi satu fasa yaitu proses polimerisasi yang sistemnya hanya terdiri dari monomer-monomer dan inisiatornya saja (polimerisasi homogen).

4.6.1. Polimerisasi satu fasa

4.6.1.a.Polimerisasi Bulk

Polimerisasi bulk, hanya terdiri dari monomer dan inisiator, sehingga akan dihasilkan viskositas yang tinggi dan reaksi yang eksotermis.

Sulitnya pengontrolan yang harus dilakukan, mengakibatkan polimerisasi bulk ini jarang dipakai dalam large-scale production.

Namun, pada teknik ini akan dihasilkan polimer dengan kemurnian yang tinggi

4.6.1.b.Polimerisasi larutan

Polimerisasi larutan terdiri dari monomer, inisiator dan pelarut.

Beberapa keuntungan teknik ini adalah dihasilkan polimer dengan viskositas rendah dan panas yang cepat terdispersi karna adanya pelarut.

Karena adanya problem dalam penghilangan pelarut yang terbentuk, teknik ini paling tepat untuk aplikasi- aplikasi dimana larutannya biasa digunakan langsung

4.6.2.Polimerisasi dua fasa

proses polimerisasi yang dilakukan dalam fasayang berbeda dengan monomernya (polimerisasi heterogen).

4.6.2.a.Polimerisasi suspensi

Polimerisasi suspensi terjadi dalam monomer droplet. Dalam polimerisasi suspensi ini digunakan inisiator, monomer dan polimer yang tidak larut dalampelarut

Jika proses ini dikontrol baik, maka akan diperoleh polimer dalam bentuk butiran.

Pemisahan polimer ini biasanya dengan filtrasi.

Kelebihan utamanya adalah transfer panasnya sangat efisien

monomer didespersikan dalam suatu fasa cairan inert (biasanya air) dengan menggunakan pengaduk mekanis.

Bahan pensuspensi ditambahkan kedalam fasa air.

Bahan pensuspensi yang larut didalam air dimasukkan untuk menaikkan viskositas masa reaksi, sehingga pergerakan ‘droplet’ diperendah dan ‘coalescence’ dapat ditiadakan

4.6.2.b. Polimerisasi emulsi

Polimerisasi emulsi adalah padatan dengan berat molekul tinggi, yang terdispersi dalam media cair yang bukan pelarut (umumnya air).

Dalam polimerisasi emulsi, digunakan air yang bersifat polar dan monomer yang bersifat nonpolar, sehingga dibutuhkan surfaktan yang berperan sebagai penstabil

5 Manfaat dan Dampak Polimer

Buku Ajar:Robert O. Ebewele, (2000), “Polymer Scince and Technology”, CRC Press, New York

MANFAAT POLIMER

Adapun manfaat dari polimer ini antara lain sebagai berikut: 1) Dalam bidang kedokteran: banyak

diciptakan alat-alat kesehatan seperti: termometer, botol infus, selang infus, jantung buatan dan alat transfusi darah.

2) Dalam bidang pertanian: dengan adanya mekanisasi pertanian.

3) Dalam bidang teknik: diciptakan alat-alat ringan seperti peralatan pesawat.

4) Dalam bidang otomotif: dibuat alat-alat pelengkap mobil.

DAMPAK NEGATIF POLIMER

Akan memberikan akibat antara lain: 1) Tercemarnya tanah, air tanah dan makhluk

bawah tanah. 2) Racun - racun dari partikel plastik yang

masuk ke dalam tanah akan membunuh hewan - hewan pengurai di dalam tanah seperti cacing.

3) PCB yang tidak dapat terurai meskipun termakan oleh binatang maupun tanaman akan menjadi racun berantai sesuai urutan rantai makanan.

4) Kantong plastik akan mengganggu jalur air yang teresap ke dalam tanah.

5) Menurunkan kesuburan tanah karena plastik juga menghalangi sirkulasi udara di dalam tanah dan ruang gerak makhluk bawah tanah yang mampu menyuburkan tanah

6) Kantong plastik yang sukar diurai, mempunyai umur panjang, dan ringan akan mudah diterbangkan angin hingga ke laut sekalipun.

7) Hewan - hewan dapat terjerat dalam tumpukan plastik.

8) Hewan - hewan laut seperti lumba-lumba, penyu laut, dan anjing laut menganggap kantong - kantong plastik tersebut makanan dan akhirnya mati karena tidak dapat mencernanya.

9) Ketika hewan mati, kantong plastik yang berada di dalam tubuhnya tetap tidak akan hancur menjadi bangkai dan dapat meracuni hewan lainnya.

10)Pembuangan sampah plastik sembarangan di sungai - sungai akan mengakibatkan pendangkalan sungai dan penyumbatan aliran sungai yang menyebabkan banjir.

kantong plastik yang sulit untuk diurai oleh tanah hingga membutuhkan

waktu antara 100 hingga 500 tahun

FAKTA