STRUKTUR POLIMER

Solehudin HikmatiarJurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati BandungSolehudin_hikmatiar@yahoo.com

AbstrakIstilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantaiyang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang ulang yang berasal darimonomer molekul ethylene. Perhatikan bahwa monomer memiliki ikatan kovalen takjenuh (ikatan ganda) sedangkan pada mer ikatan tersebut menjadi aktif atau ikatankovalen terbuka dengan elektron tak berpasangan. berulangulang atau mer atau merossebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimerdikenal dengan istilah monomer. Polimer Polyethylene, misalnya, adalah salah satujenis bahan polimer dengan rantai linear sangat panjang yang tersusun atas unit-unitterkecil (mer) yang berulang- ulang yang berasal dari monomer molekul ethylene.Perhatikan bahwa monomer memiliki ikatan kovalen tak jenuh (ikatan ganda)sedangkan pada mer ikatan tersebut menjadi aktif atau ikatan kovalen terbuka denganelektron tak berpasangan.Kata kunci: Polimer, Mer, Meros, Polimer Polyethylen.

A. PENDAHULUANPolimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material)yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahansubstitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosidan kimia, dan murah, khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperaturrendah. Hal lain yang banyak menjadi pertimbangan adalah daya hantar listrikdan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam kebisingan, warna dantingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan manufaktur. Bahanorganik alam mulai dikenal dan digunakan sejak tahun 1866, yaitu dengandigunakannya polimer cellulose. Bahan organik buatan mulai dikenal tahun 1906dengan ditemukannya polimer Phenol Formaldehide atau Bakelite,mengabadikan nama penemunya L.H. Baekeland. Bakelite, hingga saat ini masihdigunakan untuk berbagai keperluan. Para mahasiswa metalurgi ataumetallographist profesional misalnya menggunakan bakelit untuk memegang(mounting) spesimen metalografi dari sampel logam yang akan dilihat strukturmikronya di bawah mikroskop optik reflektif.Ikatan-ikatan dalam polimer dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaituikatan primer dan ikatan sekunder. Ikatan primer dari suatu polimer adalah ikatankovalen, yaitu ikatan antar atom dengan cara memakai elektron secara bersama-sama, sebagaimana diilustrasikan dalam gambar. Ikatan-ikatan sekunder yangpenting di dalam polimer misalnya adalah ikatan Van der Waals, ikatanHidrogen, dan ikatan Ionik. Ikatan primer kovalen termasuk ikatan antar atom

yang sangat kuat, jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan ikatan-ikatansekunder, 10 hingga 100 kalinya. Kekuatan ikatan primer ganda antar atomkarbon di dalam ethylene (C=C), misalnya besarnya adalah 721 kJ/(g.mol)sedangkan ikatan antar atom karbon dan hidrogen (C-H) adalah 436 kJ/(g.mol).Arsitektur polimer sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat dan perilakunya secaraumum. Secara umum, polimer dapat dikelompokkan menjadi empat jenisberdasarkan struktur molekulnya, yaitu: (1) polimer linear (linear polymer), (2)polimer bercabang (branched polymer), (3) polimer berkait (cross-linkedpolymer), dan (4) polimer berjejaring (network polymer).Polyethylene adalah contoh dari jenis polimer dengan struktur rantai linear danbercabang. Struktur rantai tersebut menyebabkan polyethylene berperilakutermoplastik, yaitu dapat dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu dandikembalikan ke bentuk semula. Struktur rantai molekul berkait adalah strukturrantai yang khas dari karet yang memiliki daerah elastis non-linear yang sangatbesar. Cross-link atau kaitan antar rantai dalam hal ini berfungsi sebagai‘pengingat bentuk’ (shape memory) dari karet. Bakelite salah satu contohpolimer yang telah kita bahas sebelumnya memiliki struktur rantai molekulberjejaring 3 dimensi yang kompleks. Struktur rantai ini sangat rigid sehinggapolimer dengan struktur rantai ini akan berperilaku termoset, yaitu menjadi rigidsecara permanen pada saat pertama kali didinginkan.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Struktur Kimia Polimer

1.1. Identitas Monomer (Monomer Identity)

Identitas polimer yang terdiri dari monomer-monomer adalah sifat utama danyangpenting dari polimer. Tatanama polimer biasanya berdasarkan pada tipe monomeryang menyusun polimer. Polimer yang terdiri dari hanya satu jenis monomer disebuthomopolimer, contohnya yaitu Poly(styrene) yang terdiri dari monomer-monomerstyrene. Sedangkan polimer yang terdiri dari campuran beberapa monomerdisebutkopolimer, contohnya yaitu Etilen Vinil Asetat yang terdiri atas lebih dari satumacam monomer. Molekul polimer yang mengandung sub-unit yang dapat diionisasidisebut sebagai polyelectrolyte. Polyelectrolyte yang mengandung subunit yangfraksi ionisasinya rendah disebut ionomer.

1.2. Chain Linearity

Bentuk paling sederhana dari molekul polimer adalah rantai lurus atau disebut jugasebagai polimer linear yang terdiri dari satu rantai utama. Fleksibilitas dari rantai

polimer yang tidak bercabang di pengaruhi oleh persistence length (sifat dasarmekanis yang mengukur kekakuan dari polimer panjang). Molekul polimer bercabangdisusun dari rantai utama dengan satu atau lebih cabang. Beberapa tipe khusus daripolimer bercabang adalah star polymers, comb polymers, dan brush polymers. Jikapolimer mengandung rantai cabang yang komposisinya berbeda dengan rantai utamamaka dia disebut grafted polymer. Cross-link menunjukkan dimana titik percabangandimulai.

a. Linear Polymer

Polimer linear tersusun atas satu rantai panjang yang kontinu, tanpa adanyapercabangan dari rantai tersebut.

b. Branched Polymer

Branched polymer terdiri atas satu rantai utama yang mempunyai rantai molekul lebihkecil sebagai cabang. Sebuah struktur rantai bercabang cendrung menurunkan tingkatkristanilitas ( cristanility ) dan kepadatan ( density ) polymer tersebut. Susunangeometrik dari ikatan bukan merupakan penyebab bervariasinya stuktur polymer.Branched polymer terbentuk ketika terdapat rantai cabang yang menempel padarantai utama.contoh sederhana dari branched polymer seperti terlihat pada gambar dibawah.

Terdapat berbagai jenis branched polymer yang dapat terbentuk. Salah satunya yangdinamakan dengan star-branching. Star-branching terbentuk ketika polimerisasidimulai dengan single monomer dan mempunyai cabang radial keluar. Polymerdengan tingkat kecabangan yang tinggi disebut dendrimers. Sering kali pada molekulini, tiap cabangnya mempunyai cabang lagi. Ini menyebabkan keseluruhanmolekulnya mempunyai bentuk spherical.

c. Cross-Linking

Cross-linking dalam polymer terjadi ketika ikatan valensi primer terbentuk antaramoleku-molekul rantai polymer yang terpisah. Selain ikatan dimana monomermembentuk rantai polymer, ikatan polymer yang lain terbentuk diantara polymertetangganya. Ikatan ini dapat terbentuk secara langsung diantara rantai tetangganya,atau dua rantai dapat terikat menjadi rantai yang lain. Walupun tidak sekuat ikatanpada rantai, cross-links mempunyai peran yang sangat pentin pada polymer. Polymermempunyai ikatan cross-links yang banyak mempunyai “memory.” Ketika polymerdiregangkan, ikatan cross-links mencegah rantai untuk berpisah. Ikatan inimemperkuat, namun ketika tegangan dihilangkan maka struktur akan kembali kebentuk semula dan objek pun demikian.

1.3. Ukuran Rantai (Chain Size)

Sifat jenuh polimer sangat bergantung pada ukuran dari rantai polimer. Sepertikebanyakan molekul, ukuran molekul polimer dapat digambarkan melalui beratmolekul Pada polimer, berat molekul dapat digambarkan oleh derajat polimerisasi,yaitu jumlah monomer yang membentuk polimer. Untuk polimer sintetik, beratmolekul digambarkan dengan statistik untuk menjelaskan distribusi berat molekulpada sampel. Hal ini karena hampir semua proses industri memproduksi distribusiukuran rantai polimer. Contoh dari perhitungan statistic adalah number averagemolecular weight dan weight average molecular weight. Perbandingan dari keduanilai tersebut disebut polydispersity index, biasanya digunakan untukmenggambarkan “ketebalan” dari berat molekul. Ruang yang ditempati oleh molekulpolimer secara umum digambarkan oleh radius of gyration.

1. 4 Susunan Monomer dalam Kopolimer (Monomer Arrangement in Copolymers)1. Alternating copolymers

monomer yang berbeda tersusun berurutan

2. Random copolymersmonomer yang berbeda tersusun acak

3. Block copolymersmonomer yang sama membentuk grup dan 2 grup yang berbeda tersusunberurutan.

4. d. Graft CopolymersRantai-rantai cabang terdiri dari monomer yang berbeda dengan rantaiutama.

1. 5 Stereokimia Polimer

a. ArchitecturePolimer yang berbeda arsitekturnya mewakili isomer konstitusional dimanahubungan dari atom-atomnya berbeda. Polimer semacam ini di dapat daripolimerisasi monomer dari sifat kimia yang berbeda tetapi memiliki komposisiatom yang yang sama. Rumus molekul dari unit monomer untuk semua tipepolimer C2H4O.

b. OrientationPerbedaan dimana atom dalam polimer dapat dihubungkan, muncul dari duacara penambahan dari monomer yang sama untuk pertumbuhan rantaipolimer.6

c. Geometric isomerismSebagai contoh, polimerisasi dari 1,3-diena mempunyai dua ikatan rangkapyang berbeda yang dapat mengalami tiga isomer geometri.

Istilah plastik, yang sering digunakan oleh masyarakat awam untuk menyebutsebagian besar bahan polimer, mulai digunakan pada tahun 1909. Istilah tersebutberasal dari kata Plastikos yang berarti mudah dibentuk dan dicetak. Teknologimodern plastik baru dimulai tahun 1920-an, yaitu dengan mulai digunakannyapolimer yang berasal dari produk derivatif minyak bumi, seperti misalnyaPolyethylene. Salah satu jenis plastik yang sering kita jumpai adalah LDPE(Low Density Poly Ethylene) yang banyak digunakan sebagai plastikpembungkus yang lunak dan sangat mudah dibentuk. Di samping pembagian diatas, yaitu natural polymer yang berasal dari alam (misalnya cellulose) dansynthetic polymer yang merupakan hasil rekayasa manusia (misalnya bakelitedan plyethylene), polimer umumnya dikelompokkan berdasarkan perilakumekanik dan struktur rantai atau molekulnya. Polimer thermoplastik, misalnyapolyethylene, adalah jenis polimer yang memiliki sifat-sifat thermoplastik yangdisebabkan oleh struktur rantainya yang linear (linear), bercabang (branched)atau sedikit bersambung (cross linked). Polimer dari jenis ini akan bersifatlunak dan viskos (viscous) pada saat dipanasikan dan menjadi keras dan kaku(rigid) pada saat didinginkan

1. Berdasarkan SumberBerdasarkan sumbernya polimer dapat dikelompokkan dalam 3 kelompok,yaitu:1. Polimer Alam, yaitu polimer yang terjadi secara alami.

Contoh: karet alam, karbohidrat, protein, selulosa dan wol.2. Polimer Semi Sintetik, yaitu polimer yang diperoleh dari hasil

modifikasi polimer alam dan bahan kimia.Contoh: selulosa nitrat (yang dikenal lewat misnomer nitroselulosa) yang dipasarkan dibawah nama - nama “Celluloid” dan

“guncotton”.3. Polimer sintesis, yakni polimer yang dibuat melalui polimerisasi dari

monomer - monomer polimer.

Polimer sintesis sesungguhnya yang pertama kali digunakan dalam skalakomersial adalah dammar Fenol formaldehida. Dikembangkan padapermulaan tahun 1900-an oleh kimiawan kelahiran Belgia Leo Baekeland(yang telah memperoleh banyak sukses dengan penemuanya mengenai kertasfoto sensitif cahaya), dan dikenal secara komersial sebagai bakelit. Sampaidekade 1920-an bakelit merupakan salah satu jenis dari produk – produkkonsumsi.

2. Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas

1. Polimer linearPadat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahanyang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).Contoh :Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenalsebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon ataucreslan) dan nylon 66.

2. Polimer bercabangPolimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear denganpercabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama. Strukturpolimer bercabang diilustrasikan sebagai berikut Rantai utama (terdiri dariatom-atom skeletal)

3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianyaterdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan inibiasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut.Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makinbesar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlahpenggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi,

polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapatdigembungkan, misalnya intan (diamond).

C. PEMBAHASAN MASALAHPertanyaan :

1. Pengaruh bentuk rantai molekul ?Jawab :

Sebagai contoh diatas ini merupakan bentuk rantai molekul, Polimer bentuk rantaiini dipengaruhi oleh posisi atom karbon, pada contoh ini yaitu polimer yang biasadigunakan adalah jenis polimer biasa digunakan polimer anorganik, bisa dilhatpengertian bahwa Senyawa organik adalah golongan besar senyawakimia yang molekulnya mengandung karbon, kecuali karbida, karbonat, dan oksidakarbon. Studi mengenai senyawaan organik disebut kimia organik. Banyak di antarasenyawaan organik, seperti protein, lemak, dan karbohidrat, merupakan komponenpenting dalam biokimia. Di antara beberapa golongan senyawaan organikadalah senyawa alifatik, rantai karbon yang dapat diubah gugusfungsinya; hidrokarbon aromatik, senyawaan yang mengandung paling tidaksatucincin benzena; senyawa heterosiklik yang mencakup atom-atom nonkarbondalam struktur cincinnya; dan polimer, molekul rantai panjang gugus berulang.

Pembeda antara kimia organik dan anorganik adalah ada/tidaknya ikatan karbon-hidrogen. Sehingga, asam karbonat termasuk anorganik, sedangkan asamformat, asam lemak pertama.

2. Jelaskan pembagian Polimer Sintetik?

Jawab :

a. Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatanrangkap diikuti oleh adisi monomer.

Contoh :

Yang termasuk ke dalam polimer adisi adalah polistirena (karet ban),polietena (plastik), poliisoprena (karet alam), politetraflouroetena(teflon), PVC, dan poliprepilena (plastik).

b. Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai denganpembentukan molekul kecil. Polimerisasi kondensasi: polimer yang

terbentuk karena monomer-monomer saling berikatan dengan melepaskanmolekul kecil.

Contoh: pembentukan plastik stirofoam tersusun dari dua monomerberbeda yaitu urea dan metanal. Dua molekul metanal bergabungdengan satu molekul urea menjadi suatu molekul disebut dimer.Dimer-dimer ini selanjutnya berpolimerisasi.

Yang termasuk ke dalam polimer kondensasi adalah bakelit,poliuretan, poliamida, (melamin), poliester (nilon), teteron, danprotein.

Perbedaan antara polimerisasi adisi dan kondensasi adalah bahwa padapolimerisasi kondensasi terjadi pelepasan molekul kecil seperti H2Odan NH3, sedangkan pada polimerisasi adisi tidak terjadi pelepasanmolekul.

c. Contoh bahan komposit dan hubungan polimer dan komposit?Jawab :Material komposit adalah pencampuran/pengabungan sekurangnya duamaterial yang berbeda fasa dan strktur mikroskopiknya.Contoh material komposit adalah kuningan. Kuningan merupakanpencampuran/pengabungan antara loga sang dengan logam kuningan.

Sebab polimer dan komposit kenapa menggunakan bahan komposit?Jawab:

1. cara pemprosesan PMC mudah, Kekuatan dan kekakuanbahan polimer tidak memperbaiki sifat-sifat polimer

2. Alat dan diperlukan suhu dan tekanan yang tinggi3. Peralatan lebih mudah & murah4. mencukupi untuk tujuan struktur, dengan penambahan

bahan

Derajat Kekristalan PolimerTidak seperti halnya logam, polimer pada umumnya bersifat amorphous, tidakbersifat kristalin atau memiliki keteraturan dalam rentang cukup panjang. Namun,polimer dapat direkayasa sehingga strukturnya memiliki daerah kristalin, baik padaproses sintesis maupun deformasi. Besarnya daerah kristalin dalam polimer

dinyatakan sebagai derajat kekristalan polimer. Derajat kekristalan polimer misalnyadapat direkayasa dengan mengendalikan laju solidifikasi dan struktur rantai,walaupun sangat sulit untuk mendapatkan derajat kekristalan 100% sebagaimanahalnya pada logam. Polimer dengan struktur rantai bercabang misalnya akan memilikiderajat kekristalan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan struktur tanpa cabang.

Struktur Rantai Molekul PE Menunjukkan Daerah Kristalin (hijau)dan Daerah Amorphous (biru)

Sifat-sifat mekanik dan fisik dari polimer sangat dipengaruhi oleh derajatkekristalannya. Sifat-sifat mekanik yang dipengaruhi oleh derajat kekristalanmisalnya adalah kekakuan (stiffness), kekerasan (hardness), dan keuletan (ductility).Sedangkan sifat-sifat fisik yang berhubungan dengan derajat kekristalan misalnyaadalah sifat-sifat optik dan kerapatan (density) dari polimer.

D. KESIMPULANIstilah polimer lebih populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenarnyaterdiri dari banyak kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaanyang beragam. Bahan polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakanselama beberapa abad. Kertas diproduksi dari selulosa, sebuah polisakarida yangterjadi secara alami yang ditemukan dalam tumbuhan.

DAFTAR PUSTAKA

1. Callister, Jr, William D. (2009) Materials Science and. Engineering AnIntroduction eight Edition, John Wiley and Sons, Inc, United state

2. Stateshttp://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik3. http://kimiadahsyat.blogspot.com/2009/07/perbedaan-polimerisasi-

kondensasi-dan.html4. http://blog.ub.ac.id/mochamat/2012/02/21/material-komposit/5. http://usupress.usu.ac.id/files/Polimer;%20Ilmu%20Material_Normal_bab%2

01.pdf6. http://wartawarga.gunadarma.ac.id/2010/01/tugas-material-teknik-tentang-

polimer/