IX-1

BAB IX POLIMER

1. Pendahuluan 1.1. Deskripsi Bab 9 ini membahas tentang penggolongan serta reaksi polimerisasi polimer sintetik 1.2. Manfaat/ Relevansi Polimer sintetik masa kini menyentuh keseharian kita, merupakan bagian dari sandang, papan, pengemas, alat-alat rumah tangga, alat-alat listrik dan sebagainya. 1.3. Tujuan Instruksional Khusus (TIK) Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa mampu menjelaskan tentang penggolongan polimer sintetik, penggunaan serta reaksi polimerisasinya. 1.4. Petunjuk Mempelajari a. Baca dan pahami semua yang ada dalam bab ini dengan hati-hati dan teliti. b. Tingkatkan pemahaman dengan menambah bahan bacaan lain yang relevan. c. Diskusi dengan teman untuk meningkatkan pemahaman. d. Berlatih dengan tekun untuk meningkatkan pemahaman. e. Jika ada kesulitan, bertanya dengan dosen atau narasumber lain yang relevan. 2. Penyajian

Polimer adalah molekul raksasa atau makoromolekul, yang dibangun dari rangkaian berulang sejumlah besar satuan yang lebih kecil yang disebut monomer. Polimer dapat digolongkan sebagai alami dan sintetik. Polimer alami mencakup protein, karbohidrat (pati, selulosa) dan asam nukleat (DNA). Polimer sintetik antara lain polietilen, polivinilklorida, teflon, stirofoam, nilon, dakron dan lain sebagainya. Dalam bab ini akan dibahas beberapa polimer sintetik.

2.1 Penggolongan Polimer

Menurut cara pembuatannya, polimer sintetik digolongkan ke dalam dua jenis, polimer adisi (juga disebut polimer rantai tumbuh, chain growth polymer) dan polimer kondensasi (juga dinamakan polimer seselangkah, step growth polymer). Polimer adisi dibuat melalui adisi satu unit monomer ke unit lain dengan cara berulang-ulang. Alkena bertindak sebagai monomer dalam pembuatan berbagai polimer adisi yang penting, diperlukan katalis untuk mengawali polimerisasinya (inisiasi). Polimer adisi mempertahankan semua atom dari unit monomernya. Contoh polimer adisi adalah polietilena.

n H2C=CH2 H2C CH2 n

inisiatorpolimerisasi

etilena polietilena

Polimer adisi dapat digolongkan sebagai polimer adisi radikal bebas dan ionik. Polimer kondensasi biasanya dibuat melalui reaksi diantara dua jenis gugus fungsi, dengan

melepas molekul kecil, seperti air. Jadi polimer kondensasi tidak mengandung semua atom yang semula ada di adalam monomer, beberapa atom lepas sebagai molekul kecil yang tereliminasi. Contoh: nilon 6,6 (suatu poliamida), reaksinya sebagai berikut:

C OH

OCHO

O(CH2)4H2N(CH2)6NH2 + HN(CH2)6NH (CH2)4

OCO

C200-300oC

n + 2n H2O 1,6-diaminoheksana asam heksanadioat nilon 6,6 (suatu poliamida) (heksametilenadiamina) (asam adipat)

IX-2

2.2 Polimerisasi Adisi Radikal Bebas Polimerisasi dimulai oleh suatu katalis atau suatu pemula (inisiator) seperti O2 atau suatu

peroksida, contohnya adalah benzoil peroksida. Inisiator ini mengurai dan menghasilkan radikal benzoiloksi. Radikal ini dapat menginisiasi (mengawali) rantai atau dapat kehilangan CO2 menghasilkan radikal fenil yang juga dapat mengawali rantai. Peruraian benzoil peroksida adalah sebagai berikut:

CO

OOC 80

oC CO

O2 .-CO2 2 .O

benzoil peroksida radikal benzoiloksi radikal fenil Untuk menyederhanakan, kita dapat melambangkan radikal inisiator dengan lambang In..

Polimer yang terjadi terbentuk oleh suatu proses perambatan rantai (propagasi rantai). Secara umum reaksi keseluruhannya adalah:

CH2=CH

L

inisiatorradikal

CH2CH CH2CH CH2CH

LL Ln monomer vinil polimer vinil dengan L adalah substituen tertentu. Tabel 9.1 memuat beberapa polimer adisi komersial yang sering dijumpai dan manfaatnya.

Tabel 9.1 Beberapa polimer adisi (vinil) komersial yang dibuat melalui polemerisasi adisi radikal bebas

Nama monomer

Rumus Polimer Manfaat

etilena (etena) CH2=CH2 polietilena lembaran dan film, botol, mainan dan perabot dapur denagn cetak injeksi, pembungkus kawat kabel

propilena (propena)

CH2=CHCH3 polipropilena produk serat seperti karpet dalam dan luar rumah, suku cadang mobil, pengemas, mainan anak, perabot dapur

stirena CH2=CH

polistirena pengemas dan wadah (stirofoam), mainan anak, wadah dan sendok makan sekali pakai, insulator

akrilonitril (propenanitril)

CH2=CHCN poliakrilonitril baju hangat dan pakaian lain

vinilasetat CH3

OCCH2=CH O

polivinilasetat perekat, cat

metilmetakrilat (metil-2-metilpropenoat)

OCH2=C(CH3) CO

CH3

polimetilmetakrilat objek yang harus jelas, bening dan jernih

vinilklorida CH2=CHCl poliviniklorida (PVC) pipa dan sambungan plastik, film dan lembaran, ubin lantai, piringan hitam, penyalut

tetrafluoroetilena (tetrafluoroatena)

CF2=CF2 Politetrafluoroetilena (teflon)

penyalut untuk perabot dapur, insulator listrik

Mekanisme reaksi inisiasi (pemulaan) dan propagasi (perambatan) adalah sebagai berikut:

IX-3

.Inisiator 2 In

. CH2 CHL

In CH2 CH.

LIn

Inisiasi Propagasi

.CH2 CH CH2 CH

L L

In .CH2 CHCH2 CH dan seterusnya

LLIn

Secara teoritis pertumbuhan rantai dapat berlangsung terus tak terhingga, yang tentu saja tidak benar-benar terjadi. Banyaknya monomer yang terhubung bergantung pada beberapa faktor, antara lain kondisi reaksi (suhu, tekanan, pelarut, konsentrasi monomer, katalis, sifat monomer (terutama substituen L).

Langkah-langkah pengakhiran polimerisasi merupakan langkah radikal bebas yang khas. Dua radikal mungkin bertemu dan bergabung, atau dua radikal mungkin mengalami disproporsionasi.

Terminasi Kopling

.CH2 CH

. CH CH2+

L L

CH2 CHCH2 CHLL

berakhir Disproporsionasi

.CH2 CH

. CH CH2+

L L

+ CH2 CH2CH CHL L

alkena alkana

berakhir Dalam membentuk polimer, monomer dapat bergabung dengan cara (1) kepala - ke - ekor atau (2) kepala- ke-kepala dan (3) ekor- ke-ekor.

CH2 CHL

ekor kepala

CH2 CHL L

CH2 CHL

CH2 CH

kepala-ke-ekor

L LCH2 CH CH CH2

LCH2 CH

kepala-ke-kepala ekor-ke-ekor

Polimer yang terbentuk melalui adisi radikal bebas tidak selalu linear, tetapi terjadi percabangan rantai melalui reaksi transfer rantai (chain transfer reaction). Radikal polimer yang sedang tumbuh dapat mengambil atom hidrogen dari rantai polimer lainnya. Langkah transfer rantai

LL CH2CH+CH2 CH

.

L LCH2 CH2 CCH2

.+

L

.CH2 C

L

CH2=CHL.

CH2 CL

CH2CH

radikal di tengah rantai titik cabang

IX-4

nCH2 CHCN

AAAAA

AAAAAAABBB BBB

karbokation

Banyaknya percabangan rantai dalam polimer tertentu bergantung pada laju relatif dari langkah-langkah propagasi rantai dan langkah transfer rantai. Reaksi trnasfer rantai dapat digunakan untuk mengendalikan bobot molekul suatu polimer.

Polimerisasi adisi radikal bebas merupakan reaksi yang sangat cepat. Sebuah rantai dapat tumbuh sampai 1000 unit monomer atau lebih dalam waktu yang kurang dari sedetik. Soal Latihan 9.1. Pada polistirena, rantai tumbuh dengan susunan benar-benar kepala-ke-ekor. Gambarkan

rantai polimernya dengan 3 satuan monomer.

9.2. Tuliskan rumus struktur dengan 3 satuan monomer dari: a. polipropilena b. polivinilasetat c. poli metil metakrilat d. poliakrilonitril

9.3. Monomer untuk Teflon adalah CF2=CF2. Bagaimana struktur polimer Teflon.

9.4. Orlon (poliakrilonitril) mempunyai rumus: . Bagaimana struktur monomernya.

Pembuatan polimer tidak terbatas dengan menggunakan satu jenis monomer. Untuk

mencapai sifat fisika tertentu, dapat digunakan lebih dari satu monomer. Gabungan dua monomer yang berlainan jenis akan menghasilkan kopolimer, misalnya Saran.

n CH2=CHCl + n CH2=CCl2 CH2CHCl CH2CCl2 n

inisiator

vinil klorida 1,2-dikloroetena Saran (vinilidena klorida) (suatu kopolimer) Beberapa cara penyusunan monomer dalam homo dan kopolimer (digambarkan terbatas pada 2 jenis monomer A dan B). Sesungguhnya kemungkinannya tidak terbatas. Homopolimer linier bercabang taut-silang

Kopolimer ABABAB AABABBA AAAABBBB berseling acak blok cangkok 2.3 Polimerisasi Adisi Ionik

Disamping adisi radikal bebas, polimer dapat dibentuk lewat adisi kationik, suatu reaksi yang berjalan lewat zat antara karbokation. Suatu katalis asam Lewis digunakan untuk membentuk karbokation awal. Reaksi polimerisasi berikut ini, digunakan katalis asam Lewis BF3 dan sedikit air. Inisiasi

H2O + BF3.. :+..H2O BF3

- H+..

HO BF3.. +-

CH3

CH3CH2 C

H++

CH3 C CH3

CH3 metilpropena(isobutilena)

AAAAA

AAAAA

AAAAA

AA

AA

IX-5

A A

B B

A A

B BA B

OHO O C CO2H

alkohol-ester-asam

OHO O C C O OH

O

diester-diol

HO2C CO2H

-H2OO C

OO C

OCO2HHO2C

diester-diasam

HO OH-H2O

-H2O

OHO O C CO2H

OHO O C C O O

OCO

CO2Halkohol-triester-asam

Propagasi

CH3

CH3CH3 C + CH2 C

CH3

CH3

CH3

CH3CH2 C +CH3 C

CH3

CH3

CH2 C CH3

CH3

n

CH3 C CH3

CH3

+

CH3

CH3

CH2 C

Terminasi

CH3

CH3+

CH3

CH3CH3 C

n

CH3

CH3CH2 C

-H+ CH2 C

CH3

CH3

n

CH3 C CH3

CH3

CH2

CH3

CH2 C CH2 C

poliisobutilena 2.4 Polimerisasi Kondensasi

Polimer kondensasi biasanya dihasilkan melalui reaksi antara dua monomer, masing-masing mempunyai sekurang-kurangnya dua gugus fungsi. Diantaranya dapat digambarkan melalui persamaan keseluruhan sebagai berikut:

A A + B B B BA A B BA A

dengan dan adalah molekul dengan dua gugus fungsi, dengan gugus A dan B yang dapat bereaksi satu dengan yang lain. Contoh A dapat berupa gugus OH, dan B dapat berupa gugus CO2H, yang dalam hal ini adalah suatu diol, adalah asam dikarboksilat dan adalah suatu ester. Polimernya adalah suatu poliester. Polimer kondensasi terbentuk selangkah demi selangkah. Cara kerjanya dapat digambarkan dengan contoh spesifik berikut ini, yaitu pembentukan poliester dari diol dan diasam. Pada langkah pertama terbentuk ester, dengan gugus alkohol pada satu ujung dan asam karboksilat pada ujung yang lain.

HO OH + HO2C CO2H-H2O

HO O C CO2HO

diol asam alkohol ester asam Pada tahap berikutnya, alkohol-ester-asam dapat bereaksi dengan diol yang lain, dengan diasam lain atau dengan molekul dengan tiga gugus fungsi seperti dirinya sendiri. Konsekuensi dari alternatif ini berbeda; masing-masing dari dua produk pertama mengandung tiga unit monomer, tetapi alternatif ketiga mengandung 4 unit monomer.

IX-6

Soal Latihan 9.5. Serat dakron dapat dipintal menjadi serat yang digunakan sebagai bahan tekstil yang

tahan kusut. Tuliskan rumus strukturnya yang merupakan poliester dari asam tereftalat (asam p-ftalat) dan etilenaglikol.

3. Penutup 3.1 Ringkasan Polimerisasi radikal bebas

.Inisiasi: Inisiator 2 Inkalor atau cahaya

In. CH2 CH CH2 CH.In

.CH2 CHCH2 CHIn

L L LLPropagasi: L

CH2 CH

dan seterusnya

. CH

. CH+ CH

.

CH

+ CH2 CH2CH CH

LLL L

L L

Terminasi: koplingradikal

L

.CH2 CH +

L CHCH2

disproporsionasi

alkanaalkena

Trasfer rantai:

L + C CH

.

L L

. CH 2 +

LC

H

Polimerisasi adisi kationik

+ CH2 CH +

R

L LCH2 CH R

L

CH2 CH

RCH2 CH L

CH2 CH L

+dan seterusnya

Polimerisasi kondensasi

HO OH

-H2OO

HO O C C OH O

dari diol

O O C C OH

OH

HO OH+ dari diasam

(dua unit)

O C C

OOHO OH

empat unit

HO

O C C OH

O

atau tiga unit

IX-7

3.2 Tes mandiri 1. Berikan definisi dan contoh untuk setiap istilah berikut:

a. homopolimer b. kopolimer c. polimer bertaut-silang d. polimer kondensasi

2. Gambarkan struktur polivinil alkohol 3. Tuliskan semua langkah polimerisasi adisi radikal bebas dari stirena. 4. Gambarkan rumus struktur untuk kopolimer berseling yang dibuat dari stirena dan

metilmetakrilat.

5. Tuliskan tetramer propilena yang dibuat melalui polimerisasi berkatalis asam dari propena. 6. Lengkapi persamaan reaksi polimerisasi kondensasi berikut:

Cl C(CH2)8C Cl + H2N(CH2)6NH2

O O

4. Pustaka a. Fessenden, R.J. dan J. S. Fessenden, 1986, Organic Chemistry 3rd edition. Wadsworth,

Inc., Belmont, California. Alih bahasa : Pudjatmaka, A.H. 1999, Kimia Organik. Penerbit Erlangga, Jakarta, Jilid 1

b. Solomons, T.W.G., 1988, Organic Chemistry 3 rd edition, John Wiley & Sons, Inc., New York

c. Hart, H., L.E. Craine dan D.J. Hart, 2003, Organic Chemistry 11th edition. Wadsworth, Inc., Belmont, California. Alih bahasa : Suminar S.A., 2003, Kimia Organik, edisi 11, Penerbit Erlangga, Jakarta