Polivinil chlorida

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Sejarah Proses

Senyawa vinil klorida yang memiliki rumus molekul C2H3Cl merupakan salah satu

produk senyawa Petrokimia yang memiliki aplikasi secara komersil yang cukup luas di dunia

terlebih di Amerika Serikat. Jika dilihat dari sejarah penemuannya, senyawa vinil klorida ini

ditemukan oleh seorang kimiawan berkebangsaan Jerman yang bernama Justus Von Liebig

dari Universitas Giessen karena pada sekitar tahun 1835 dialah orang pertama yang

mensintesis senyawa vinil klorida ini.

Pada mulanya Justus Von Liebig mereaksikan Dikloroetana yang sering disebut

minyak oleh kimiawan Belanda dengan alkohol untuk membuat Vinyl Chlorida. Dalam

penelitiannya ia dibantu oleh muridnya yang bernama Victor Regnault yang pada akhirnya

mereka berdua mempublikasikannya pada tahun 1835. Pada tahun 1872, E. Baumann

menemukan bahwa hujan serpihan putih akan terjadi jika senyawa vinil klorida lama disinari

cahaya matahari pada tabung yang tertutup. Ketika itu E. Baumann menemukan adanya

padatan putih dari vinil klorida ketika terkena sinar matahari. Padatan putih ini bersifat sangat

kuat karena tahan terhadap senyawa KOH atau air dan baru dapat meleleh dengan proses

degradasi pada temperatur diatas 130°C.

Pada awal tahun 1926 senyawa vinil klorida mulai diproduksi secara besarbesaran untuk

membentuk PVC yang beberapa tahun sebelumnya Fritz Klatte menemukan proses

pembuatan vinil klorida dengan mereaksikan HCl dengan Asetilena menggunakan katalis

Merkuri Klorida (HgCl) yang memperoleh hak paten pada tahun 1912. Melalui penemuan

Klatte inilah industri vinil klorida pertama kali menjadi popular hingga saat ini.

I.2 Spesifikasi Bahan Baku

Bahan yang digunakan untuk menghasilkan resin PVC ada 2 macam yaitu :

a. Bahan baku utama :

1. VCM (Vinyl Chlorida Monomer)

Sifat kimia :

a) Rumus molekul : CH2=CHCl

b) Kelarutan : 0,1 gr/100 ml air pada 25 0C

c) Vinil chloride dihasilkan dari proses cracking atau pemecahan molekul

etilena diklorida. Reaksinya :

CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl – CH2Cl

etilena Etilena diklorida

CH2Cl – CH2Cl CH2=CHCl + HCl

2. Etilena Diklorida Vinil Klorida

Etilena diklorida Vinil klorida

Sifat fisika :

a. Bentuk : gas atau cair tak berwarna

b. Density relatif : 0,9 gr/ml

c. Titik lebur : -154 0C

d. Titik didih : -13 0C

e. Tekanan uap : 346 Kpa pada suhu 25 0C

f. Bau : bau manis

g. Titik nyala : gas mudah menyala

h. Kondisi yang dihindari: sumber udara, O2, matahari, dan semua penyebab

kebakaran (sumber panas dan sumber nyala ( Perry , 1984 )

3. Minyak Bumi

Minyak bumi diolah melalui proses pemecahan molekul yang disebut cracking menjadi berbagai macam zat, termasuk etilena ( C2H4 )

4. Garam Dapur

Sementara garam dapur diolah melalui proses elektrolisa menjadi natrium hidroksida (NaOH) dan gas klor (Cl2)

b. Bahan pembantu

1. Katalis

Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di

dalam reaktor. Terdapat 2 macam katalis yang digunakan, yaitu :

a) CT 2

Sifat Kimia :

1) Nama kimia : Di-(2 - Ethylhexyl) Peroxy Dicarbonate.

2) Rumus bangun :

O C2H5

C – O – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3

O

O

C – O - CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3

O C2H5

3) Kelarutan : sedikit larut dalam alifatik dan aromatik, tidak larut dalam air.

Sifat Fisika :

1) Bentuk : cairan bening.

2) Bau : khas.

3) Density : 944 kg/m3 pada suhu -10 0C

4) Titik Nyala : 63oC.

5) Titik Lebur : di bawah – 30 oC.

6) Komposisi : O2 Aktif (3,4 - 5%), Peroxide 75%, Hidrokarbon alifatik 25 %.

7) Viscositas : 26 mPa.S pada suhu -10 0C

b) CT 3

Sifat Kimia :

1) Nama kimia : Cumyl Peroxy Neodecanoate.

2) Rumus bangun :

R1 CH3

R1 C C O O C C

R2 O CH3

3) Kestabilan : tidak stabil bila terkena panas matahari.

4) Kelarutan dalam air : tidak larut

Sifat Fisika :

1) Tekanan uap : 0,07 Pascal pada suhu 20 0C.

2) Bentuk : cairan bening.

3) Komposisi : O2 aktif 3,87 %, peroxide 75 %, HC-alifatik 25%.

4) Density : 960 kg/m3 pada suhu -10 0C

5) Viscositas : 52 mPa.S pada suhu -10 0C

( Perry , 1984 )

2. Suspending Agent

SA merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai pengontrol ukuran dan

porositas partikel yang berupa : S1 dan S4.

Sifat Kimia :

a) Nama kimia : Poly(vinyl alkohol).

b) Rumus molekul :

c) Kelarutan : larut dalam air atau air panas.

Sifat Fisika :

a) Bentuk : butiran.

b) Warna : putih kekuning-kuningan.

c) Bau : Mild (ringan ).

d) Berat jenis : 350-700 kg/m3.

e) PH : 5 - 7.

( Perry , 1984 )

3. T-32

T-32 merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai Terminator untuk

menghentikan reaksi dalam proses polimerisasi.

Sifat Kimia :

a) Nama kimia : Methyl Phenol (C15H24O)

b) Kelarutan dalam air : tidak larut.

c) Rumus bangun :

OH

CH3

Sifat Fisika :

a) Bentuk dan warna : cairan putih.

b) Bau : sedikit berbau.

c) Titik didih : 100 oC.

d) Titik leleh : 0oC.

e) Specific gravity : 0,9 – 1,1.

4. TBC (tert Buthyl Catechol)

Berfungsi sama seperti T-32 namun bedanya TBC hanya digunakan pada saat

-saat tertentu saja (emergency only).

Sifat Kimia :

a) Kelarutan dalam air : 0,2 gr/100gr (TBC / H2O) pada 25 0C

Sifat Fisika :

a) Bentuk : cairan.

b) Warna : kuning jernih.

c) Bau : seperti phenol.

d) Titik didih : 100 oC.

e) Specific gravity : 1,063 - 1,069 pada suhu 25 oC.

f) Tekanan uap : 15 cmHg pada suhu 25 oC.

g) Komposisi : 4-Tert-Buthyl-Catechol = 84-86 %,H2O = 14-16 %.

( Perry , 1984 )

5. Na2CO3 (Natrium Carbonat)

Merupakan bahan penunjang yang berfungsi sebagai buffer agent untuk

mengatur pH dalam proses polimerisasi. Adapun sifat-sifatnya :

Sifat Kimia :

a) Rumus Molekul : Na2CO3.

b) Kelarutan : 21 gr/100 gr H2O pada suhu 20 OC.

( Vogel , 1990 )

Sifat Fisika :

a) Bentuk : serbuk putih.

b) Titik leleh : 851 oC.

c) Specific gravity : 2,53.

6. NaOH

NaOH digunakan dalam VCM recovery tank sebagai larutan alkali untuk

mengatur pH sekitar 7 - 8.

Sifat Kimia :

a) Rumus Molekul : NaOH

b) Kelarutan di air : larut

c) Pada pemanasan terurai :

NaOH Na2+ OH-

( Underwood , 2002 )

Sifat Fisika :

a) Bentuk : larutan jernih.

b) Warna : tidak berwarna.

c) Bau : tidak berbau.

d) Titik Didih : 13900C

e) Titik Leleh : 318,40C

f) Spesifik gravity : 2,13

( Perry , 1984 )

7. NS

NS merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai anti fouling agent di

dalam reaktor , sehingga pada saat reaksi polimerisasi slurry tidak menempel pada

dinding reaktor.

Sifat fisika :

a) Bentuk : cairan.

b) Warna : kuning transparan

c) Kelarutan : tidak larut dalam air.

d) Viscositas : < 10 cp pada 20 0C

( Perry , 1984 )

I.3 Spesifikasi Produk

I.3.1. KARAKTERISTIK FISIK PVC

Senyawa PVC ini dapat berwujud padatan dalam cairan dengan perbandingan 50 %

yang tersuspensi yang umumnya digunakan dalam bahan eksperimen dan penelitian, juga

seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, wujudnya juga dapat berupa bubuk putih atau

padatan krim yang berwarna. PVC memiliki range berat molekul dari 60000 hingga 140000

gram/mol.

Jika ditinjau dari segi kestabilan, senyawa ini sangat stabil karena berbentuk polimer

sehingga fasanya berbentuk padatan yang keras sehingga hampir tidak berpengaruh (tak

bereaksi) terhadap kehadiran oksidator kuat. Dari segi safety, senyawa ini hampir tidak

berbahaya dan mengganggu lingkungan karen tidak berpotensi mencemari udara, air maupun

tanah. Selain itu, senyawa ini juga bersifat mudah terbakar. PVC memiliki beberapa

karakteristik dalam morfologi (bentuk) sebagai sebuah polimer. Morfologi yang terbentuk

selama polimerisasi akan mempengaruhi kemampuan prosesnya (processability) dan properti

fisik yang dihasilkan. Dibawah ini disajikan tabel mengenai beberapa bentuk dari PVC:

Tabel Morfologi PVC

Bentuk PVC Ukuran Deskripsi

droplet 30-150 µm

Terjadi karena adanya

pendispersian

monomer selama

polimerisasi suspense

membran0,01-0,02 µm

(ketebalan)

Membran pada lapisan

monomer‐air dalam

suspensi PVC (biasanya pada

Poly Vinyl Alkohol)

grains100-200 µm

(diameter)

Sesudah polimerisasi, free-

flowing powder

biasanya membuat droplet

menjadi

teraglomerasi pada

polimerisasi massa

skins0,5-5 µm

(ketebalan)

Adanya shell pada grains

akan membuat

PVC yang terdeposit dalam

membran

selama proses polimerisasi

suspense

Partikel utama

(primary

particles)

1 μm (diameter)

Terbentuk sebagai tempat

polimerisasi

tunggal pada kedua suspensi

dan polimerisasi

massa oleh presipitasi

polimer dari

monomernya yang

menjadikan lebih dari

milyaran jumlah molekul

Aglomerasi dari

partikel utama

3 – 10 μm

(diameter)

Terbentuk selama

polimerisasi dari

penggabungan partikel

utama

domains0,1 μm

(diameter)

Terbentuk pada kondisi

tertentu yaitu pada

temperatur cair yang tinggi

(205°C) dan pada

temperatur kerja mekanis

yang rendah (140 –

150°C)

microdomains 0,01 μm Spacing yang terkristalisasi

Secondary

criystallinity

0,01 μm

(spacing)

Kristalinitas yang terbentuk

dari amorphous

melt dan berfungsi untuk

penggabungan

menjadi gelatine

I.3.2. KARAKTERISTIK KIMIA PVC

PVC yang pembentukannya didasari pada reaksi polimerisasi kinetik massa dan

suspensi dari PVC yang terjadi secara bersama‐sama karena sebuah droplet monomer dalam

polimerisasi suspensi bisa dianggap menjadi polimerisasi massa dalam sebuah reaktor yang

kecil. Selama proses polimerisasi, polimer akan mengendap dari monomernya ketika ukuran

rantainya mencapai 10 – 20 unit rantai.

Reaksi polimerisasi ini yang melibatkan dua fasa yaitu monomer dengan fasa cair

dan polimer dengan fasa gel, akan membentuk basis untuk deskripsi kinetik dari polimerisasi

PVC. Karena adanya laju polimerisasi yang lebih rendah pada monomer yang berfasa cair

jika dibandingkan dengan polimer berfasa gel maka akan menghasilkan efisiensi pada tahap

terminasi yang lebih besar.

Rantai transfer ke monomer merupakan reaksi utama pada polimerisasi yang

mengontrol berat molekul dan distribusinya. Pada suhu 30°C rantai transfer ke monomer

terjadi sekali setiap reaksi propagasi 1600 monomer, sedangkan Pada suhu 70°C rantai

transfer ke monomer terjadi sekali setiap 420 monomer adisi. Dari sini suhu dari proses

polimerisasi sangat berpengaruh pada berat molekul yang dimiliki PVC tersebut yaitu berat

molekul PVC akan semakin besar pada suhu polimerisasi yang lebih rendah.

I.4. Penggunaan Produk

Produk PVC amat beragam. Namun secara garis besar dibagi menjadi dua yaitu

unplasticised PVC (uPVC atau PVC-U) yang bersifat rigid dan plasticised PVC yang bersifat

fleksibel.

Aplikasi PVC Rigid

PVC Rigid itu keras dan kaku. Salah satu penggunaan uPVC yang paling besar adalah untuk

frame jendela (profil). Material ini mudah untuk dilas dan ditempelkan, bahkan dengan

formulasi tertentu aman untuk digunakan pada aplikasi kemasan makanan. Aplikasi uPVC

termasuk:

‐ Bangunan / Konstruksi: frame jendela, pipa air, lantai, frame pintu, lembaran atap, genteng.

‐ Electrical engineering: pipa insulasi, rumah telepon, rumah stop kontak.

‐ Mechanical engineering: pipa bertekanan, rumah thermostat, pipa sambungan, ventilasi.

‐ Packaging: casing pulpen, botol oli dan makanan, kotak cream, dll.

Aplikasi PVC Fleksibel

PVC yang diberi plasticiser lebih fleksibel. Sifat mekanik dari PVC jenis ini bergantung pada

tipe dan kuantitas plasticiser yang ditambahkan. Aplikasi PVC fleksibel meliputi:

‐ Electrical engineering: insulasi kabel dan kawat, soket, kepala kabel.

‐ Mechanical engineering: pipa, komponen mobil dan komputer.

‐ Bangunan/kosntruksi: cover lantai, perekat jendela dan pintu.

‐ Medis: Tas penyimpan Darah

‐ Lain-lain: selang, mainan anak-anak, masker penyelam, sepatu boot, jas hujan, sabuk

pengaman, jok sepeda, kemasan makanan, sepatu, cover dinding,dll.

BAB II

RANCANGAN PROSES

II.1 REAKSI / MEKANISME REAKSI

1. Proses Klor-Alkali

Proses Klor-Alkali, NaOH merupakan produk utama yang dihasilkan,

disamping produk-produk sampingan berupa gas klorin (Cl2), gas hydrogen (H2) dan

natrium hipoklorit (NaOCl). Dalam Proses Klor-Alkali ini garam natrium klorida

(NaCl) dilarutkan dalam air dan dimurnikan serta dikonsentrasikan. Larutan garam

yang murni dan terkonsentrasi ini kemudian di elektrolisa.

Reaksi:

Pada sisi anoda

2Cl– → Cl2 + 2e–

Pada sisi katoda

2H2O + 2e– → H2 + 2OH–

Overall reaksi

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

2. Minyak bumi diolah melalui proses pemecahan molekul yang disebut cracking

menjadi berbagai macam zat salah satunya etilena Selanjutnya ethylene diklorinasi

oleh gas Cl2 yang terbentuk. Hasilnya yaitu Ethylene Dichloride (EDC). EDC ini

kemudian dipecah melalui cracking reaction pada suhu 486oC dan menghasilkan

Vinyl Chloride Monomer (VCM)

Minyak bumi -----cracking----> C2H4

Klorinasi

C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2

Dengan besi (III) klorida (sebagai katalisator), senyawa ini bereaksi

exothermically.

Proses ini sangat selektif, sehingga EDC kemurnian tinggi dan hasil yang

tinggi. Namun setiap katalis terlarut dan kelembaban harus dilepaskan sebelum

EDC memasuki proses produksi VCM.

Cracking

Ketika dipanaskan sampai 500 ° C pada 15-30 atm (1,5 sampai 3 MPa ) tekanan,

uap EDC terurai untuk menghasilkan vinil klorida dan HCl anhidrat.

C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl

Reaksi perengkahan termal sangat endotermik, dan umumnya dilakukan dalam

pemanas dipecat. Meskipun tinggal waktu dan suhu dikontrol secara hati-hati,

menghasilkan jumlah yang signifikan produk hidrokarbon diklorinasi samping. 

3. Polimerisasi VCM menjadi PVC

Dalam proses yang ketiga, yaitu Proses PVC, vinil klorida (VCM)

dipolimerisasi menjadi resin polivinil klorida (PVC) dalam reactor batch. Setelah

proses polimerisasi, sisa VCM yang tidak bereaksi dalam proses polimerisasi

kemudian dipisahkan dari resin PVC melalui proses stripping. Resin PVC kemudian

dikeringkan hingga didapat resin PVC berkualitas tinggi dengan tingkat kemurnian

tinggi yang memenuhi standard kesehatan dan higienis internasional disamping

memenuhi standard teknis untuk tuntutan aplikasi yang tinggi.

II.2. TINJAUAN THERMODINAMIKA

Diketahui:

∆ H f C2 H3Cl=−94,12 KJ /mol

HPVC= 0.00289T 2−6.174×10−6T 3+8.148×10−9T 4

HPVC= 0.00298(298oK)2-6.174×10−6(298oK)3+8.148×10−9(298oK)4

HPVC= -98.242 kJ/molH = H produk - H reaktan H = H PVC - Hvynil chloride

H = -98.242 kJ/mol – (-94,12 KJ/mol)H = -4.122 kJ/mol

Karena ΔH bernilai negatif maka reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis.

Sehingga dalam reaksi ini panas yang terbentuk perlu diperhatikan agar tidak terjadi

akumulasi yang berlebihan.

II.3. TINJAUAN KINETIKA

G°PVC= −0.00289T2+3.0865×10−6T3−2.716×10−9T4

G°PVC= −0.00289(298oK)2+3.0865×10−6(298oK)3−2.716×10−9(298oK)4

G°PVC = -196.382 kJ/molG°Vinil Klorida= 42.93 kJ/molG° = G° produk - G° reaktan

G° = G°PVC - G°Vinil Klorida

G° = -196.382 kJ/mol – 42.93KJ/molG° = -239.312 kJ/mol

G °RT = -ln K

−239.312 kJ /mol8.314 J /mol K (298 ° K )

= - ln K

-ln K = -0.0966 => K = 1.10

Karena nilai K > 1 maka reaksi polimerisasi merupakan reaksi Irreversibel

atau reaksi searah.

II.4. KONDISI OPERASI

Proses polimerisasi

• Reaktor shell sirkulasi air

air pada 95 °C / 203 °F

Flow: 300-400 m3/h

Pressure: 2 bar / 29 psi

Pressure drop to atmosphere

• Pemasukan VCM

Medium: VCM gas

Pressure: 1 bar / 14,5 psi

Temperature: 65 °C / 149 °F

• Reaksi

Fluida: Uap

Temp: 185 °C / 365°F

Tekanan: 10 bar/145 psi

• Daur ulang gas VCM

PVC in 2 phase flow

Flow: 400 m3/h

Temp.: 65 °C / 149 °F

Pressure: 1 bar / 14,5 psi

Density: 1100 kg/m

Output reaktor

PVC dalam 2 tahap arus

Flow: 400 m3/ H

Temp.: 65 ° C / 149 ° F

Tekanan: 1 bar / 14.5 psia

Kepadatan: 1100 kg / m3

II. 5. DIAGRAM ALIR

PVC dihasilkan dari dua jenis bahan baku utama: minyak bumi dan garam dapur(NaCl). Minyak bumi diolah melalui proses pemecahan molekul yang disebut cracking menjadi berbagai macam zat, termasuk etilena ( C2H4 ), sementara garam dapur diolah melalui proses elektrolisa menjadi natrium hidroksida (NaOH) dan gas klor (Cl2). Etilena kemudian direaksikan dengan gas klor menghasilkan etilena diklorida (CH2Cl-CH2Cl). Proses cracking/pemecahan molekul etilena diklorida menghasilkan gas vinil klorida (CHCl=CH2) dan asam klorida (HCl). Akhirnya, melalui proses polimerisasi (penggabungan molekul yang disebut monomer, dalam hal ini vinil klorida) dihasilkan molekul raksasa dengan rantai panjang (polimer): polivinil klorida (PVC), yang berupa bubuk halus berwarna putih. Masih diperlukan satu langkah lagi

untuk mengubah resin PVC menjadi berbagai produk akhir yang bermanfaat.

BAB III

KESIMPULAN

1. Polimer polivinil klorida (PVC) yang juga dikenal dengan resin vinyl, didapatkan dari

polimerisasi senyawa vinil klorida pada suatu reaksi polimerisasi adisi radikal bebas.

Monomer vinil klorida didapatkan dari mereaksikan gas ethylene dengan chlorine untuk

membentuk 1,2–dichloroethane.1,2–dichloroethane kemudian dipecah untuk

menghasilkan senyawa vinil klorida.

2. PVC dibuat dari bahan baku utama minyak bumi dan garam dapur.

3. PVC digunakan sebagai kabel listrik,permipaan,dll

4. PVC dibuat melalui proses

C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl

C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

5. Proses Polimerisasinya dilakukan dalam reactor batch pada kondisi operasi dengan

temperature 185 °C / 365°F dan pada tekanan 10 bar/145 psi

6. Reaksi yang terjadi didalam reactor adalah reaksi searah/bolak-balik yang bersifat

eksotermis

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/PVC

http://orangerangerz.blogspot.com/2010/01/segala-hal-tentang-pembuatan-pvc-poli.html

http://www.asc.co.id/?idm=2&id=0&ids=0&idcat=0&lang=1&chl=1

http://www.lenntech.com/polyvinyl-chloride-pvc.htm

http://www.scribd.com/doc/22697029/Polivinil-Klorida