BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANGetd.repository.ugm.ac.id/downloadfile/72107/potongan/S1-2014... ·...

Prarancangan Pabrik Polivinil Alkohol

dari Vinil Asetat Monomer dan Metanol dengan Kapasitas 30.000 ton/tahun

Fadhila El Discha (10/296614/TK/36180) Andradhita Rahmania A. (10/297932/TK/36458)

1

BAB I PENGANTAR

A. LATAR BELAKANG Industri polivinil alkohol merupakan salah satu industri yang

berkembang cukup baik dewasa ini dengan angka pertumbuhan permintaan

pasar rata-rata sebesar 14% pertahun di Indonesia (Badan Pusat Statistik,

2013). Polivinil alkohol adalah salah satu dari sedikit polimer yang bersifat

dapat larut dalam air. Sifat kimia dan fisika dari polivinil alkohol membuat

polimer ini memiliki andil penting dalam dunia perindustrian sehingga

diproduksi secara luas di dunia. Polivinil alkohol pertama kali ditemukan oleh

Haehnel dan Herrman melalui reaksi adisi alkali pada larutan bening alkohol

polivinil asetat yang kemudian menghasilkan larutan berwarna cokelat muda

yang kemudian diketahui merupakan polivinil alkohol. Polivinil alkohol

kemudian diperkenalkan pertama kali secara komersial pada tahun 1927

(Kirk-Othmer, 1979).

Berbagai bentuk polivinil alkohol (PVA) digunakan sebagai bahan

aditif dalam proses-proses sintesis produk kimia. Kegunaan utama dari PVA

adalah sebagai bahan adesif (perekat), sebagai protective colloid bagi proses

emulsi polimerisasi serat, bahan pembuat polivinil butiral, serta sebagai

pelapis kertas. Water-soluble PVA films bersifat mudah terdegradasi oleh air

sehingga digunakan sebagai bahan baku pembuatan beton dan semen serta

pelapis kantung laundry, pestisida, herbisida, serta pupuk. Polivinil alkohol

dalam jumlah yang kecil dimanfaatkan sebagai emulsifier untuk kosmetik,

lapisan film pelindung, perekat tanah untuk menghindari erosi. Polivinil

alkohol juga dapat digunakan sebagai polarizer dan banyak digunakan di

daerah Asia sebagai bahan pembuatan panel liquid-crystal display (LCD),

dimana pada daerah ini terdapat beberapa produsen besar alat-alat elektronik

yang menggunakan LCD seperti televisi, telepon selular, komputer, dan

tablet. Polimer ini merupakan perekat yang baik serta memiliki ketahanan

terhadap minyak dan pelumas. Film PVA memiliki daya tegang atau tensile

strength yang tinggi serta tahan terhadap abrasi. Selain itu tegangan

http://www.bps.go.id/




2

permukaan polimer ini juga rendah sehingga dapat memfasilitasi emulsifikasi

yang baik dan memiliki sifat sebagai protective colloid.

Kegunaan PVA lainnya adalah sebagai bahan pengemulsi dan

stabilizing agent pada industri petrokimia, bahan aditif pada semen yang

berfungsi menambah sifat kohesi dan fluiditasnya, serta bahan pengatur

ukuran benang pada industri tekstil. Berbagai kegunaan tersebut menjadikan

PVA sebagai salah satu komoditas yang penting dan banyak dibutuhkan

dalam industri rekayasa produk kimia.

Total produksi PVA secara global pada tahun 2007 mencapai 960.000

ton dengan pertumbuhan sebesar 4,9% pertahun. Diestimasikan kebutuhan

PVA di dunia mencapai 1.279.000 ton pada tahun 2013. Cina sebagai

produsen utama PVA menghasikan 50% dari total produksi tersebut, namun

masih membutuhkan impor sebesar 40.000 ton pertahun untuk memenuhi

kebutuhan industrinya (The Market Publishers, Ltd., 2013). Dapat

disimpulkan bahwa walaupun tingkat produksi sudah cukup tinggi, kebutuhan

dunia akan PVA masih belum seluruhnya terpenuhi. Pada skala nasional,

kebutuhan PVA di Indonesia digambarkan oleh tabel 1.

Tabel 1.1. Kebutuhan Impor Produk Polivinil Alkohol di Indonesia (Badan Pusat Statistik, 2013)

Tahun Kebutuhan impor PVA, ton/tahun

2009 1.435,36

2010 1.655,89

2011 1.799,44

2012 1.924,33

2013 2.396,66

Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa kebutuhan PVA pada skala

nasional masih belum dapat dipenuhi oleh pasar lokal. Dengan demikian

pembangunan pabrik polivinil alkohol patut dipertimbangakan mengingat

potensinya pada skala nasional maupun global. Untuk itu, perlu dilakukan

prarancangan pabrik PVA guna menganalisa kelayakan pembangunan

pabrik polivinil alkohol di Indonesia.




3

Gambar 1.1. Tren Kebutuhan Impor PVA di Indonesia

Pabrik direncanakan untuk didirikan pada tahun 2014 dengan masa

pembangunan dua tahun dan umur pabrik 10 tahun. Berdasarkan tren pada

gambar 1.1, diambil pendekatan linier untuk estimasi kebutuhan impor

PVA. Sehingga pada tahun 2025 yaitu pada masa akhir umur pabrik,

kebutuhan impor PVA di Indonesia diperkirakan mencapai angka 4.901,5

ton/tahun. Dari data-data di atas, dipilih kapasitas pabrik sebesar 30.000

ton/tahun untuk memenuhi kebutuhan PVA dalam negeri serta memenuhi

kebutuhan pasar regional maupun internasional.

y = 219,1x - 438776

-

500,00

1.000,00

1.500,00

2.000,00

2.500,00

3.000,00

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Impor PVA,ton/tahun

Tren ImportPVA




4

B. TINJAUAN PUSTAKA 1. Polivinil Alkohol

Berbeda dari senyawa polimer pada umumnya yang diproduksi

melalui reaksi polimerisasi, poli(vinil alkohol) diproduksi secara

komersial melalui hidrolisis poli(vinil asetat) dengan alkohol karena

monomer dari vinil alkohol tidak dapat dipolimerisasi secara alami

menjadi PVA (Kirk-Othmer, 1982). Produk PVA dijumpai sebagai

kopolimer dari vinil asetat dan vinil alkohol. Rumus struktur polivinil

alkohol dengan kopolimer vinil asetat dijabarkan pada gambar 1.2.

Gambar 1.2. Rumus Struktur Poli(vinil Alkohol)

Sifat fisis dari PVA ditentukan oleh kondisi polimerisasi dari

poli(vinil asetat), kondisi pada saat hidrolisis, proses pengeringan, dan

proses penggilingan. Polivinil alkohol dalam kondisi ruangan

berbentuk bubuk putih dengan titik lebur berkisar antara 2200C-2670C.

Polivinil alkohol larut pada pelarut yang bersifat polar seperti air,

dimethyl sulfoxide, acetamide serta dimethylformamide. Kelarutan

poli(vinil alkohol) adalah fungsi dari derajat polimerisasi serta derajat

hidrolisis, yang diilustrasikan pada gambar 1.3.

Gambar 1.3. Pengaruh Derajat Polimerisasi terhadap Kelarutan

Polivinil Alkohol

Keterangan: A = Derajat hidrolisis PVA 78-81% B = Derajat hidrolisis PVA 87-89% C = Derajat hidrolisis PVA 90-98% D = Derajat hidrolisis PVA 98-99%




5

Kurva A hingga D mewakili polimer dengan derajat hidrolisis

paling rendah (A) hingga paling tinggi (D). Dari gambar diatas dapat

disimpulkan bahwa, semakin tinggi derajat hidrolisis PVA, maka

semakin tinggi pula suhu yang dibutuhkan untuk melarutkannya.

Polivinil alkohol dapat diproduksi dari hidrolisis berbagai macam

polivinil ester misalnya polivinil asetat, polivinil format, polivinil

benzoat, dan dari polivinil benzoat serta hidrolisis dari polivinil eter.

Namun, secara umum, polivinil alkohol yang beredar di pasaran

diproduksi dengan cara hidrolisis polivinil asetat. Proses produksi

polivinil alkohol dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu polimerisasi

vinil asetat monomer dengan inisiator azobisisobutironitril kemudian

bagian kedua adalah hidrolisis dari polivinil asetat menjadi polivinil

alkohol.

2. Vinil Asetat Monomer Vinil asetat monomer merupakan produk antara yang umum

digunakan untuk memproduksi polivinil asetat serta kopolimer vinil

asetat. Polivinil asetat biasanya ditemukan pada kehidupan sehari-hari

sebagai komponen dalam pelapis, cat, perekat, binder, dan bahkan

makanan seperti permen karet maupun pelapis tablet. Vinil asetat

mempunyai tingkat kelarutan yang signifikan di dalam air yang

mempengaruhi karakteristik dari polimerisasi vinil asetat itu sendiri.

Vinil asetat berada dalam fase larutan bening pada kondisi lingkungan

normal dan bersifat mudah terbakar. Kekuatan termoplastis dari resin

polivinil asetat akan semakin bertambah seiring dengan bertambahnya

jumlah berat molekul polivinil asetat. Polivinil asetat resin biasa

diproduksi secara komersial dalam bentuk bubuk, maupun granula

kering.

Reaksi kimia yang paling penting dari vinil asetat adalah free

radical polymerization, yang dapat dijelaskan melalui gambar 1.4.




6

Gambar 1.4. Proses free radical polymerization pada vinil asetat

3. Inisiator Reaksi polimerisasi adisi membutuhkan senyawa inisiator

untuk memicu terbentuk radikal monomer. Terdapat tiga proses umum

untuk mengahasilkan energi yang dibutuhkan oleh suatu inisiator

untuk menjadi radikal bebas yaitu proses termal, proses microwave

atau radiasi UV, dan proses transfer elektron (redoks). Proses termal

adalah tipe yang paling banyak digunakan pada skala industri, dimana

jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan pada senyawa

inisiator dipengaruhi oleh tiga parameter mengikuti persamaan 1.

kd = A e (-Ea/RT) (1)

Persamaan di atas dikenal sebagai persamaan Arrhenius order

satu dimana kd adalah konstanta laju reaksi dekomposisi, A adalah

faktor frekuensi senyawa inisiator, Ea adalah energi aktivasi yang

menyatakan nilai energi minimum yang dibutuhkan untuk

dekomposisi, R adalah konstanta gas, dan T adalah suhu reaksi.

Ketiga parameter tersebut (kd, A, Ea) disebut sebagai parameter

aktivasi dan digunakan sebagai salah satu pertimbangan dalam

pemilihan senyawa inisiator, dimana semakin besar nilai parameter

aktivasinya maka reaksi dekomposisi berjalan lebih cepat.

Faktor lain yang mmepengaruhi pemilihan inisiator adalah

waktu paruh, yaitu waktu atau suhu yang dibutuhkan untuk

mendekomposisi 50% senyawa inisiator dalam kondisi tertentu.

Karena inisiator pada umumnya bersifat tidak stabil secara termal

maka digunakan pendekatan suhu, dimana menyatakan suhu yang

dibutuhkan untuk mendekomposisi senyawa masing-masing dalam

waktu satu jam dan sepuluh jam. Semakin rendah suhu waktu paruh




7

suatu inisiator maka semakin sedikit energi termal yang dibutuhkan

untuk proses dekomposisi.

a. Senyawa Peroksida

Inisiator jenis peroksida paling banyak digunakan pada

berbagai reaksi polimerisasi karena sifatnya yang tidak stabil secara

termal sehingga mudah untuk terdekomposisi pada suhu tertentu.

Laju dekomposisi senyawa peroksida tergantung pada struktur dan

jenisnya, serta dapat ditingkatkan dengan penambahan aktivator

yang berfungsi menurunkan energi pemecahan ikatan oksigen-

oksigen. Polaritas pelarut juga mempengaruhi laju dekomposisi

senyawa peroksida, dimana sebagian besar peroksida

terdekomposisi lebih cepat pada pelarut yang semakin polar.

Reaksi dekomposisi senyawa peroksida adalah sebagai berikut.

ROOR’ RO + OR’ (2)

Senyawa peroksida yang paling umum digunakan sebagai

inisiator adalah benzoil peroksida (Stevens, 1998). Benzoil

peroksida biasanya dikombinasi dengan aktivator dimetilanilin dan

digunakan secara luas sebagai inisiator untuk reaksi pengerasan

(curing) resin poliester tak jenuh, namun kombinasi ini tidak efektif

untuk inisiasi reaksi polimerisasi monomer vinil.

b. Senyawa Azo

Struktur senyawa azo yang tersedia secara komersial

umumnya adalah tipe azonitril simetris seperti pada gambar 1.5.

Gambar 1.5. Rumus Strutur Senyawa Azo

Azonitril simetris adalah padatan dengan kelarutan terbatas

dalam pelarut yang umum. Inisiator tipe azo terdekomposisi secara

termal dengan pemutusan kedua ikatan C −− N menjadi dua radikal

alkil dan satu molekul nitrogen menurut persamaan berikut.

R − N = N – R’ R + N2 + R’ (3)




8

Pada inisiator tipe azonitril simetris, radikal yang terbentuk

adalah tipe ters-alkil yang bersifat lebih stabil daripada radikal

yang dihasilkan dari dekomposisi senyawa peroksida. Saat azonitril

digunakan sebagai inisiator pada polimerisasi monomer vinil,

radikal inisiator tidak mengambil gugus hidrogen seperti yang

dapat terjadi bila digunakan inisiator tipe peroksida. Oleh karena

itu pembentukan cabang dapat dihindari dan diperoleh rantai

polimer vinil yang linier dengan struktur teratur (Kirk-Othmer,

1982). Laju dekomposisi senyawa azo tidak dipengaruhi oleh jenis

pelarut dan komponen-komponen lain yang terdapat dalam larutan,

sehingga nilai lajunya relatif lebih mudah diprediksi dibandingkan

dengan laju dekomposisi senyawa peorksida. Namun penggunaan

senyawa azo harus dijalankan dengan teliti karena sifatnya yang

senitif terhadap suhu dan dapat terdekomposisi secara tidak

terkendali saat mengalami overheat. Selain itu, senyawa azo dapat

membentuk tetra-alkil suksinonitril yang bersifat racun bila

mengalami reaksi dengan sesamanya. Kondisi ini dapat terjadi

pada penggunaan larutan azonitril murni atau konsentrasi tinggi.

Senyawa azo yang biasa digunakan sebagai inisiator dalam

proses produksi polivinil asetat adalah azobis-iso-butironitril

(AIBN) dengan rumus kimia [(CH3)2C(CN)]2N2. Senyawa ini

bersifat larut dalam alkohol dan pelarut organik namun tidak larut

dalam air. Struktur kimia dan reaksi dekomposisi AIBN

diilustrasikan pada gambar 1.6 dan 1.7.

Gambar 1.6. Rumus struktur AIBN

Gambar 1.7. Reaksi Dekomposisi AIBN




9

4. Polimerisasi Polimerisasi adalah peristiwa bergabungnya unit-unit sejenis

(monomer) membentuk sebuah rantai senyawa sejenis yang disebut

sebagai polimer (Kirk-Othmer, 1982). Polimer memiliki sifat-sifat

istimewa yang tidak dimiliki oleh unit konstituennya sehingga

polimerisasi dilakukan secara komersil pada skala indutri untuk

meningkatkan nilai guna dan nilai ekonomi senyawa monomer. Secara

umum polimerisasi terbagi atas dua jenis, yaitu:

a. Chain-growth polymerization

Polimerisasi tipe chain-growth ditandai oleh terjadinya

reaksi berantai yang sangat cepat saat reaksi mulai diinisiasi.

Reaksi polimerisasi dimulai dengan penambahan suatu bahan

inisiator yang menyebabkan sebuah monomer aktif sehingga

berikatan dengan monomer lainnya. Chain-growth polymerization

terbagi atas beberapa jenis berdasarkan inisiator yang digunakan.

Polimerisasi vinil asetat pada pabrik ini umumnya diinisiasi dengan

penambahan bahan yang bersifat radikal bebas, sehingga disebut

dengan free-radical addition (Kirk-Othmer, 1982). Pada proses ini

senyawa inisiator dirubah menjadi radikal bebas yang menginduksi

sebuah monomer menjadi radikal monomer dan menyerang

monomer lainnya untuk berikatan dan membentuk rantai polimer.

Tahap polimerisasi yang terjadi dijabarkan pada reaksi-reaksi

berikut.

Inisiasi I I’ (4)

I’ + M I – M’ (5)

Propagasi I – M’ + nM I – Mn – M’ (6)

Terminasi 2 I − Mn – M’ I − Mn − M − Mn − I (7)

2 I − Mn – M’ I − Mn − M' + I − Mn − M'' (8)

(Kirk-Othmer, 1982)

Pada persamaan-persamaan di atas I melambangkan

inisiator, I’ adalah inisiator yang telah terdekomposisi menjadi

radikal bebas, M adalah monomer gugus vinil, I – M’ adalah




10

radikal monomer gugus vinil, I − Mn – M’ adalah radikal polimer,

serta M' dan M'' adalah ujung rantai polimer yang dihasilkan oleh

tahap terminasi karena disproporsionasi. Tahap propagasi terjadi

dengan sangat cepat, sehingga umumnya diambil asumsi bahwa

tahap inisiasi adalah rekasi yang mengendalikan. Pada reaksi adisi

radikal bebas waktu reaksi yang dibutuhkan dari tahap inisiasi

hingga terminasi biasanya kurang dari satu detik. Namun rantai

polimer yang telah mengalami terminasi tidak akan mengalami

pertumbuhan meski reaksi terus berjalan. Oleh karena itu, polimer

dengan berat molekul tinggi dapat diperoleh sejak awal reaksi

namun konversi monomer relatif rendah. Untuk meningkatkan

konversi, monomer ditambahkan secara bertahap selama reaksi

berlangsung.

b. Step-growth polymerization.

Polimerisasi tipe step-growth atau dikenal juga sebagai

polimerisasi kondensasi ditandai oleh rantai polimer yang memiliki

nilai reaktivitas terminal tertentu dan terus bertambah panjang

selama berjalannya reaksi. Reaksi polimerisasi berjalan lambat

dimana sebuah reaktan monomer dapat bereaksi dengan monomer

lainnya atau dengan polimer membentuk rantai polimer yang lebih

panjang. Untuk memperoleh polimer dengan berat molekul tinggi

dibutuhkan konversi yang tinggi dan kondisi yang mendekati

kesetimbangan stoikiometri, sehingga polimer yang terbentuk

biasanya dipisahkan dengan cara kondensasi (Kirk-Othmer, 1982).

Polimerisasi vinil asetat dapat dijalankan dengan metode bulk,

suspensi, larutan, maupun emulsi.

i. Polimerisasi Emulsi

Sekitar 90% sintesis polivinil asetat dijalankan dengan

menggunakan metode polimerisasi emulsi. Proses polimerisasi

emulsi melibatkan monomer, air, surfaktan, inisiator, dan buffer.

Benzoyl peroxide biasanya digunakan sebagai inisiator dalam




11

polimerisasi emulsi karena mudah larut dalam air. Larutan buffer

seringkali ditambahkan ke dalam reaksi polimerisasi emulsi untuk

menstabilkan pH karena hidrolisis vinil asetat bersifat sensitif

terhadap pH, selain itu inisiator juga terdekomposisi pada pH

tertentu. Chain transfer agent juga ditambahkan untuk mengontrol

berat molekul dari polivinil asetat yang dihasilkan.

Proses polimerisasi emulsi dapat dilakukan dengan cara

memasukkan semua bahan yang dibutuhkan ke reaktor, kemudian

memanaskan sistem, dan mengaduk campuran sampai reaksi

selesai terjadi. Pada saat reaksi berlangsung, temperatur reaksi

dikontrol dengan menggunakan sistem pendingin. Penambahan

monomer dilakukan secara kontinyu ke dalam reaktor untuk

menghasilkan polivinil asetat dalam partikel yang lebih kecil dan

dispersi yang lebih stabil.

ii. Polimerisasi Bulk

Polimerisasi Bulk adalah polimerisasi yang paling mudah

untuk dilakukan, namun juga merupakan reaksi polimerisasi yang

sangat sulit untuk dikontrol, apalagi jika reaksi yang terjadi bersifat

eksotermis. Transfer panas antara monomer dan polimer juga

menyebabkan peningkatan kekentalan sehingga penggunaan

metode bulk pada industri mulai dibatasi. Polimerisasi bulk

dimanfaatkan untuk memproduksi polivinil asetat dengan berat

molekul rendah.

iii. Polimerisasi Suspensi

Polimerisasi suspensi melibatkan monomer yang

didispersikan ke dalam cairan yang bersifat tidak melarutkan,

misalnya air. Monomer di dalam suspensi diaduk secara kontinyu

dan ditambahkan stabilizer misalnya seperti polivinil alkohol dan

methyl cellulose. Polimerisasi suspensi dilakukan dengan inisiator

yang dapat larut dalam monomer serta stabilizer dalam jumlah

yang sedikit. Jika proses dikontrol dengan baik, polimer yang




12

dihasilkan dapat benrbentuk butiran-butiran kecil sehingga mudah

untuk dipisahkan melalui filtrasi atau dengan metode spray drying.

Kelebihan utama dari metode polimerisasi suspensi ini

adalah transfer panas terjadi dengan sangat efisien sehingga reaksi

dapat dikontrol dengan mudah. Polimerisasi suspensi tidak dapat

dilakukan untuk polimer yang bersifat lengket misalnya elastomer,

karena berpotensi untuk menyebabkan terjadinya agglomerasi pada

partikel. Dari sisi kecepatan reaksi dan mekanisme, polimerisasi

suspensi bersifat mirip dengan polimerisasi bulk. Polimerisasi

suspensi biasa digunakan pada sintesis polimer untuk perekat dan

aplikasi coating.

iv. Polimerisasi Larutan

Seperti halnya polimerisasi suspensi, polimerisasi larutan juga

menyebabkan terjadinya transfer panas yang efisien, namun pelarut

yang digunakan harus dipilih secara hati-hati karena dapat

menyebabkan terjadinya reaksi chain transfer yang pada akhirnya

akan menghasilkan polimer dengan berat molekul rendah. Salah

satu kendala dalam metode ini adalah sulitnya memisahkan pelarut

dari polimer yang dihasilkan. Ide yang sedang dikembangkan

adalah dengan menggunakan karbon dioksida superkritis sebagai

solven dalam proses polimerisasi, karena karbon dioksida

superkritis bersifat tidak beracun, murah, dan mudah dipisahkan

dari polimer yang dihasilkan.

Polimerisasi larutan biasanya dipilih untuk menghasilkan

produk polivinil asetat intermediet guna diproses lebih lanjut untuk

menjadi polivinil alkohol. Pelarut yang digunakan adalah metanol.




13

Perbandingan masing-masing metode polimerisasi untuk

memproduksi polivinil asetat disajikan pada tabel 1.2.

Tabel 1.2. Perbandingan Metode Polimerisasi untuk Sintesis Polivinil Asetat

Metode Polimerisasi Kelebihan Kekurangan

Bulk Mudah dilakukan.

Reaksi sulit untuk dikontrol apabila sangat

eksotermis. Tidak ada kontaminan

yang ditambahkan. Kekentalan tinggi.

Suspensi

Panas mudah untuk terdispersi.

Diperlukan proses pencucian dan pengeringan.

Viskositas rendah. Agglomerasi dapat terjadi.

Polimer yang dihasilkan dalam bentuk butiran dan dapat langsung digunakan.

Stabilizer dapat mengkontaminasi.

Larutan


Terdapat tambahan biaya untuk pelarut.

Viskositas rendah. Pelarut sulit untuk dipisahkan.

Polimer yang dihasilkan dalam bentuk butiran dan dapat langsung digunakan.

Dapat menyebabkan polusi lingkungan.

Emulsi


Kontaminan berasal dari emulsifier dan

bahan-bahan lainnya.

Viskositas rendah.

Diperlukan proses pencucian dan pengeringan.

Polimer yang dihasilkan memiliki berat molekul

yang besar. Dapat digunakan secara langsung sebagai emulsi.

Metode yang baik digunakan jika polimer

bersifat lengket.




14

Dari uraian metode polimerisasi diatas disimpulkan bahwa

metode polimerisasi yang cocok digunakan untuk sintesis polivinil

asetat adalah metode polimerisasi larutan, karena polivinil asetat

yang dihasilkan dalam bentuk cairan. Polivinil asetat dalam bentuk

larutan lebih diinginkan karena reaksi selanjutnya yang terjadi

adalah reaksi cair-cair antara polivinil asetat dengan metanol

sehingga akan lebih mudah untuk dikonversi lebih lanjut menjadi

polivinil alkohol. Sintesis polivinil asetat sebagai produk akhir

pada skala industri umumnya menggunakan metode polimerisasi

emulsi.

Inisiator yang umum digunakan adalah senyawa peroksida

seperti butil peroksipivalat, di(2-etilheksil) peroksidikarbonat, butil

peroksineodekanoat, benzoil peroksida, lauril peroksida, atau

senyawa azo seperti 2,2’-azobis-iso-butironitril (AIBN) (Kirk-

Othmer, 1982). Tahap terminasi pada polimerisasi polivinil asetat

umumnya mengikuti mekanisme disproporsionasi sehingga

menghasilkan dua molekul polimer dimana salah satu molekul

memiliki ikatan rangkap pada ujung rantainya.

Kondisi operasi pada raksi polimerisasi vinil asetat

dirancang berdasarkan karakteristik produk akhir yaitu polivinil

alkohol yang diinginkan. Pada polimerisasi vinil asetat dapat

terjadi fenomena transfer rantai (chain transfer) secara

intermolekuler. Fenomena transfer rantai adalah peristiwa

pindahnya gugus aktif dari sebuah rantai polimer aktif ke molekul

lain, dimana molekul baru ini disebut agen transfer rantai.

Terjadinya transfer rantai antara radikal monomer yang sedang

tumbuh dengan larutan metanol adalah reaksi samping yang tidak

diinginkan karena menyebabkan terbentuknya polimer dengan

berat molekul rendah. Fenomena transfer rantai dapat dihindari

dengan menjaga kondisi reaksi pada suhu rendah serta dengan

penambahan asam (2 – 50 ppm) seperti asam fosfat, asam oksalat,

asam sitrat, dan asam tartarat.




15

5. Transesterifikasi Polivinil Alkohol

Polivinil alkohol tidak dapat disintesis dari polimerisasi vinil

alkohol karena sifat monomernya yang tidak stabil dan cenderung

membentuk asetaldehid menurut reaksi keto-enol tautomerisasi. Reaksi

tautomerisasi adalah reaksi kesetimbangan kimia antara senyawa keto

(keton atau aldehid) dengan senyawa enol (alkohol), dimana terjadi

pertukaran atom hidrogen dan pergeseran ikatan rangkap pada rantai

utama senyawa. Senyawa keto dan enol tersebut adalah tautomer bagi

satu sama lain, yaitu isomer senyawa organik pada reaksi tautomerisasi.

Pada kasus reaksi tautomerisasi vinil alkohol seperti dijabarkan pada

gambar 1.8, bentuk senyawa keto (aldehid) lebih stabil daripada

senyawa enol (vinil alkohol) (Morrison-Boyd, 2002).

Gambar 1.8. Reaksi Keto-enol Tautomerisasi Vinil Alkohol

Pembentukan poli(vinil alkohol) dari poli(vinil asetat) dapat

dijalankan dengan metode aminolisis, hidrolisis, maupun

transesterifikasi.




16

a. Hidrolisis

Karakteristik reaksi hidrolisis adalah menggunakan air sebagai

reaktannya dengan mengikuti persamaan reaksi seperti pada

gambar 1.9.

Gambar 1.9. Reaksi Hidrolisis Poli(vinil asetat) menjadi Poli(vinil alkohol)

Pada skala industri, metode esterifikasi lebih disukai daripada

metode hidrolisis karena distribusi gugus fungsional alkohol

pada rantai produk PVA lebih teratur sehingga molekul polimer

lebih stabil. Selain itu, reaksi hidrolisis jarang digunakan untuk

memproduksi PVA karena laju reaksinya lebih lambat

dibandingkan dengan proses transesterifikasi.

b. Aminolisis

Reaksi aminolisis tidak lagi digunakan di industri utuk sintesis

PVA karena reaksi ini sangat sensitif terhadap pH (Satterthwait,

1974). Reaksi aminolisis berjalan berdasarkan reaksi pada

gambar 1.10.

Gambar 1.10. Reaksi Aminolisis Polivinil asetat menjadi Polivinil

alkohol




17

c. Transesterifikasi

Proses transesterfikasi adalah proses dimana sejumlah kecil

asam atau basa ditambahkan sebagai katalis untuk mengubah

ester. Reaksi transesterifikasi antara poli(vinil asetat) dengan

basa alkohol menghasilkan poli(vinil alkohol) dan aldehid

terjadi menurut persamaan pada gambar 1.11.

Gambar 1.11. Reaksi Transesterifikasi Polivinil Asetat dengan

Alkohol Katalis yang umum digunakan pada reaksi di atas adalah

NaOH maupun KOH. Derajat hidrolisis dapat diatur dengan

penyesuaian waktu reaksi, konsentrasi katalis, dan suhu reaksi.

Umumnya produk PVA adalah kopolimer dari poli(vinil

alkohol) dan poli(vinil asetat) dengan kandungan poli(vinil

asetat) berkisar antara 0-30%.

Produk PVA biasanya dikelompokkan berdasarkan derajat

hidrolisisnya, yaitu perbandingan antara gugus alkohol (OH)

terhadap jumlah gugus fungsional secara keseluruhan. PVA

yang terhidrolisis sempurna artinya tidak lagi memiliki gugus

asetat (OCOCH3) pada rantainya. Derajat hidrolisis produk PVA

secara komersil dikelompokkan berdasarkan tabel 1.3.

Tabel 1.3. Klasifikasi Produk PVA berdasarkan Derajat Hidrolisisnya (Kirk-Othmer, 1982)

BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANGetd.repository.ugm.ac.id/downloadfile/72107/potongan/S1-2014... ·...

Documents

Transcript of BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANGetd.repository.ugm.ac.id/downloadfile/72107/potongan/S1-2014... ·...