Po List Yrena

36
BAB I TINJAUAN PUSTAKA 1.1. Polimer Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah. Hal lain yang banyak menjadi pertimbangan adalah daya hantar listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam kebisingan, warna dan tingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan manufaktur. Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulangulang atau mer atau meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah monomer. Polimer Polyethylene, misalnya, adalah salah satu jenis bahan polimer dengan rantai linear sangat panjang yang tersusun atas unit-unit terkecil (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 dengan elektron tak berpasangan. Bahan organik alam mulai dikenal dan digunakan sejak tahun 1866, yaitu dengan digunakannya polimer cellulose. 1

Transcript of Po List Yrena

Page 1: Po List Yrena

BAB I

TINJAUAN PUSTAKA

1.1. Polimer

Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang

penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk

logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah,

khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah. Hal lain yang banyak menjadi

pertimbangan adalah daya hantar listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk

meredam kebisingan, warna dan tingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain

dan manufaktur.

Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai

yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulangulang atau mer atau

meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer

dikenal dengan istilah monomer. Polimer Polyethylene, misalnya, adalah salah satu jenis

bahan polimer dengan rantai linear sangat panjang yang tersusun atas unit-unit terkecil

(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 dengan elektron tak berpasangan.

Bahan organik alam mulai dikenal dan digunakan sejak tahun 1866, yaitu dengan

digunakannya polimer cellulose. Bahan organik buatan mulai dikenal tahun 1906 dengan

ditemukannya polimer Phenol Formaldehide atau Bakelite, mengabadikan nama

penemunya L.H. Baekeland. Bakelite, hingga saat ini masih digunakan untuk berbagai

keperluan. Para mahasiswa metalurgi atau metallographist profesional misalnya

menggunakan bakelit untuk memegang (mounting) spesimen metalografi dari sampel

logam yang akan dilihat struktur mikronya di bawah mikroskop optik reflektif.

Istilah plastik, yang sering digunakan oleh masyarakat awam untuk menyebut

sebagian besar bahan polimer, mulai digunakan pada tahun 1909. Istilah tersebut berasal

dari kata Plastikos yang berarti mudah dibentuk dan dicetak. Teknologi modern plastik

baru dimulai tahun 1920-an, yaitu dengan mulai digunakannya polimer yang berasal dari

produk derivatif minyak bumi, seperti misalnya Polyethylene. Salah satu jenis plastik yang

1

Page 2: Po List Yrena

sering kita jumpai adalah LDPE (Low Density Poly Ethylene) yang banyak digunakan

sebagai plastik pembungkus yang lunak dan sangat mudah dibentuk.

1.2. Tipe – tipe Polimer

Teknologi polimer berdasarkan sumbernya dapat dikelompokkan dalam 3 kelompok,

yaitu (1) Polimer Alam yang terjadi secara alami seperti karet alam, karbohidrat, protein,

selulosa, dan wol. (2) Polimer Semi Sintetik yang diperoleh dari hasil modifikasi polimer

alam dan bahan kimia seperti serat rayon dan selulosa nitrat. (3) Polimer Sintesis, yaitu

polimer yang dibuat melalui polimerisasi dari monomer-monomer polimer, seperti

formaldehida."

Di samping pembagian di atas, polimer umumnya dikelompokkan berdasarkan

perilaku mekanik dan struktur rantai atau molekulnya. Polimer thermoplastik adalah jenis

polimer yang memiliki sifat-sifat thermoplastik yang disebabkan oleh struktur rantainya

yang linear (linear), bercabang (branched) atau sedikit bersambung (cross linked). Polimer

dari jenis ini akan bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanasikan dan menjadi

keras dan kaku (rigid) pada saat didinginkan secara berulang-ulang. Sementara itu, polimer

thermoset (termosetting) hanya melebur pada saat pertama kali dipanaskan dan selanjutnya

mengeras secara permanen pada saat didinginkan. Polimer jenis ini bersifat lebih keras dan

kaku (rigid) karena strukturnya molekulnya yang membentuk jejaring tiga dimensi yang

saling berhubungan (network). Polimer jenis elastomer, memiliki daerah elastis non linear

yang sangat besar yang disebabkan oleh adanya sambungan-sambungan antar rantai (cross

links) yang berfungsi sebagai ’pengingat bentuk’ (shape memory) sehingga karet dapat

kembali ke bentuknya semula, pada saat beban eksternal dihilangkan.

Gambar : Pembagian Tipe-tipe Polimer

2

Page 3: Po List Yrena

1.3. Proses Polimerisasi

Gambar : Proses Polimerisasi

Proses pembentukan rantai molekul raksasa polimer dari unit-unit molekul

terkecilnya (mer atau meros) melibatkan reaksi yang kompleks. Proses polimerisasi

tersebut yang secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua jenis reaksi, yaitu: (1)

polimerisasi adisi (Addition), dan (2) polimerisasi kondensasi (Condensation). Reaksi

adisi, seperti yang terjadi pada proses pembentukan makro molekul polyethylene dari

molekul-molekul ethylene, berlangsung secara cepat tanpa produk samping (by-product)

sehingga sering disebut pula sebagai Pertumbuhan Rantai (Chain Growth). Sementara itu,

polimerisasi kondensasi, seperti yang misalnya pada pembentukan bakelit dari dua buah

mer berbeda, berlangsung tahap demi tahap (Step Growth) dengan menghasilkan produk

samping, misalnya molekul air yang dikondensasikan keluar.

Contoh polimerisasi dengan reaksi adisi adalah proses pembentukan Polystyrena

(PS). Proses pembentukan polimer berlangsung dalam 3 tahap, yaitu: (1) inisiasi, (2) adisi

atau pertumbuhan rantai, dan (3) terminasi. Untuk memulai proses polimerisasi stirena,

ditambahkan inisiator peroksida sehingga terjadi pemutusan ikatan kovalen antar oksigen

dalam molekul Peroksida dan ikatan kovalen antar karbon dalam molekul stirena.

Polimerisasi dimulai dengan terbentuknya dua kelompok inisiator (OH) dan mer. Satu dari

dua kelompok OH selanjutnya akan bergabung dengan mer stiren mengawali terbentuknya

rantai molekul polimer. Selanjutnya akan terjadi pertumbuhan rantai yang berlangsung

sangat cepat membentuk rantai molekul raksasa linear. Terminasi dari pertumbuhan rantai

dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu (1) dengan bergabungnya OH ke ujung rantai

3

Page 4: Po List Yrena

molekul, dan (2) bergabungnya dua rantai molekul. Panjang dari rantai polimer dapat

dikendalikan dengan cara mengendalikan jumlah inisiator. Secara, umum, jika jumlah

inisiator yang diberikan sedikit, maka jumlah OH yang tersedia untuk menghentikan reaksi

semakin sedikit pula. Yang perlu dicatat adalah bahwa di reaksi adisi ini tidak

menghasilkan produk sampingan (by product).

Contoh dari polimerasi kondensasi adalah proses pembentukan Bakelit yang telah

kita kenal sebelumnya. Nama kondensasi diberikan karena pada proses polimerisasi ini

dikondensasikan molekul air sebagai produk sampingan (by product)-nya. Bakelit, produk

utama dari reaksi ini, terbentuk dari dua jenis molekul mer, yaitu Phenol dan Formal

Dehide. Tidak seperti halnya pada polimerisasi adisi, reaksi berlangsung lebih lambat,

tahap demi tahap, sehingga sering pula disebut sebagai reaksi pertumbuhan tahap demi

tahap (step growth reaction). Rantai molekul yang terbentuk dalam proses polimerisasi

bakelit ini lebih rigid, karena membentuk jejaring tiga dimensi (three dimensional network)

yang kompleks.

1.4. Berat Molekul dan Derajat Polimerisasi

Panjang rata-rata dari rantai polimer dapat dilihat dari berat molekul (molecular

weight) polimer. Berat molekul dari polimer pada dasarnya adalah penjumlahan dari berat

molekul-molekul mer-nya. Jadi semakin tinggi berat molekul dari suatu polimer tertentu,

semakin besar panjang rata-rata dari rantai polimernya. Mengingat polimerasasi adalah

peristiwa yang terjadi secara acak, maka berat molekul biasanya ditentukan secara statistik

dalam bentuk rata-rata berat molekul atau distribusi berat molekulnya. Suatu polimer

thermoplastik misalnya, memiliki distribusi berat molekul sebagaimana terlihat dalam

gambar berikut ini. Distribusi berat molekul tersebut terjadi karena proses polimerisasi

terjadi secara acak (random) sehingga thermoplastik tersebut terdiri atas banyak rantai-

rantai polimer yang berbeda-beda panjangnya. Dari distribusi tersebut dapat ditentukan

rata-rata berat molekul dari thermoplastik tersebut.

Derajat polimerisasi (DP) dari suatu polimer adalah rasio atau perbandingan berat

molekul polimer dengan berat molekul mer-nya. Suatu polyethylene (PE) dengan berat

molekul 28.000 g misalnya, memiliki derajat polimerisasi 1000 karena berat molekul dari

mer-nya (C2H4) adalah 28 (12x2 + 1x4). DP menggambarkan ukuran molekul dari suatu

polimer berdasarkan atas jumlah dari monomer penyusunnya.

4

Page 5: Po List Yrena

DP = BM polimer : BM Monomer

Contoh :

Sebuah monomer polistiren dengan BM sebesar 104 adalah 100.000. Maka DP dari

polistirena adalah 100.000 : 104 = 961,5

Berat molekul rata-rata atau derajat polimerisasi dari suatu polimer thermoplastik

sangat berpengaruh terhadap keadaan dan sifat-sifatnya. Viskositas dan kekuatan polimer

misalnya akan meningkat dengan meningkatnya berat molekul atau derajat

polimerisasinya. Sebagai ilustrasi, kita dapat membandingkan keadaan dari monomer

ethylene pada derajat polimerisasi yang berbeda-beda. Perbedaan dari sifat-sifat tersebut

dapat dijelaskan oleh fakta bahwa semakin panjang rantai molekul suatu polimer, semakin

besar energi yang diperlukan untuk mengatasi ikatan sekundernya.

Grafik : Pengaruh BM dan DP terhadap Sifat Fisik Polimer

1.5. Ikatan – ikatan dalam Polimer

Ikatan-ikatan dalam polimer dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu

ikatan primer dan ikatan sekunder. Ikatan primer dari suatu polimer adalah ikatan kovalen,

yaitu ikatan antar atom dengan cara memakai elektron secara bersama-sama, sebagaimana

diilustrasikan dalam gambar. Ikatan-ikatan sekunder yang penting di dalam polimer

misalnya adalah ikatan Van der Waals, ikatan Hidrogen, dan ikatan Ionik. Ikatan primer

kovalen termasuk ikatan antar atom yang sangat kuat, jauh lebih kuat jika dibandingkan

5

Page 6: Po List Yrena

dengan ikatan-ikatan sekunder, 10 hingga 100 kalinya. Kekuatan ikatan primer ganda antar

atom karbon 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).

Gambar : Ikatan Primer Kovalen

1.6. Struktur Rantai Molekul Polimer

Arsitektur polimer sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat dan perilakunya secara

umum. Secara umum, polimer dapat dikelompokkan menjadi empat jenis berdasarkan

struktur molekulnya, yaitu: (1) polimer linear (linear polymer), (2) polimer bercabang

(branched polymer), (3) polimer berkait (cross-linked polymer), dan (4) polimer

berjejaring (network polymer). Polyethylene adalah contoh dari jenis polimer dengan

struktur rantai linear dan bercabang. Struktur rantai tersebut menyebabkan polyethylene

berperilaku termoplastik, yaitu dapat dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu dan

dikembalikan ke bentuk semula. Struktur rantai molekul berkait adalah struktur rantai yang

khas dari karet yang memiliki daerah elastis non-linear yang sangat besar. Cross-link atau

kaitan antar rantai dalam hal ini berfungsi sebagai ‘pengingat bentuk’ (shape memory) dari

karet. Bakelite salah satu contoh polimer yang telah kita bahas sebelumnya memiliki

struktur rantai molekul berjejaring 3 dimensi yang kompleks. Struktur rantai ini sangat

rigid sehingga polimer dengan struktur rantai ini akan berperilaku termoset, yaitu menjadi

rigid secara permanen pada saat pertama kali didinginkan. Secara umum, perilaku mekanik

dari berbagai jenis polimer dapat dijelaskan dari ikatan-ikatan atom dan struktur rantai

molekulnya.

6

Page 7: Po List Yrena

Gambar : Struktur Rantai Molekul Polimer

1.7. Derajat Kekristalan Polimer

Tidak seperti halnya logam, polimer pada umumnya bersifat amorphous, tidak

bersifat kristalin atau memiliki keteraturan dalam rentang cukup panjang. Namun, polimer

dapat direkayasa sehingga strukturnya memiliki daerah kristalin, baik pada proses sintesis

maupun deformasi. Besarnya daerah kristalin dalam polimer dinyatakan sebagai derajat

kekristalan polimer. Derajat kekristalan polimer misalnya dapat direkayasa dengan

mengendalikan laju solidifikasi dan struktur rantai, walaupun sangat sulit untuk

mendapatkan derajat kekristalan 100% sebagaimana halnya pada logam. Polimer dengan

struktur rantai bercabang misalnya akan memiliki derajat kekristalan yang lebih rendah

jika dibandingkan dengan struktur tanpa cabang. Sifat-sifat mekanik dan fisik dari polimer

sangat dipengaruhi oleh derajat kekristalannya. Sifat-sifat mekanik yang dipengaruhi oleh

derajat kekristalan misalnya adalah kekakuan (stiffness), kekerasan (hardness), dan

keuletan (ductility). Sedangkan sifat-sifat fisik yang berhubungan dengan derajat

kekristalan misalnya adalah sifat-sifat optik dan kerapatan (density) dari polimer.

7

Page 8: Po List Yrena

Gambar : Struktur Rantai Molekul Polimer

8

Page 9: Po List Yrena

BAB II

ISI

2.1. Polistirena

Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, Sebuah hidrokarbon

cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena

biasanya bersifat termoplastik padat, dapat mencair pada suhu yang lebih tinggi. Stirena

tergolong senyawa aromatik.

Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas

yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detail yang

bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan

ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal dengan nama High Impact Polystyrene

(HIPS). Polistirena murni yang transparan bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui

proses compounding. Polistirena banyak dipakai dalam produk-produk elektronik sebagai

casing, kabinet dan komponen-komponen lainya. Peralatan rumah tangga yang terbuat dari

polistirena, a.l: sapu, sisir, baskom, gantungan baju, ember.

Stiren merupakan suatu senyawa organik dengan rumus molekul C6H5CH=CH2.

Gugus vinil yang terdapat pada stiren menjadikan stiren dapat mengalami reaksi adisi

kontinu membentuk suatu polimer polistiren. Pada temperatur ruang, polistiren secara

normal merupakan padatan termoplastik, akan tetapi pada temperatur tinggi, polistiren

dapat meleleh. Polimerisasi polistiren menjadi rantai panjang berlangsung pada ikatan

rangkap karbon viniliknya. Walaupun polimerisasi larutan atau imulsi biasanya digunakan,

sebagian besar polistiren digunakan dengan polimerisasi suspensi atau dengan polimerisasi

massa. Polimerisasi stiren dimulai dengan proses yang disebut prepolimerizer, suatu wadah

yang didalamnya terdapat stiren yang akan dipolimerisasi (biasanya dengan menggunakan

poroksida sebagai oksidator) diaduk hingga campuran reaksi terkonsentrasi menjadi

polimer akibat adanya proses pencampuran yang baik. Umumnya, larutan tersebut

mengandung sekitar 30% polimer dengan kekentalan yang sesuai untuk diolah lebih lanjut.

Polistirena atau polifinil etana dapat dipolimerkan dengan panas, sinar matahari atau

katalis. Derajat polimerisasi tergantung pada kondisi polimerisasi. Polimer yang sangat

tinggi dapat dihasilkan dengan menekan suhu di atas sedikit ruang. Polistirena merupakan

termoplastis yang bening kecuali ditambahkan pewarna dan pengesi dan dapat dilinakkan

9

Page 10: Po List Yrena

pada suhu + 100 derajat celsius. Tahan terhadap asam, basa dan zat pengarat (korosif)

lainnya. Tetapi mudah larut dalam mempengaruhi kekuatan polimer terhadap panas.

Banyak digunakan untuk membuat lembaran, penutup dan barang pencetak (Ruhendi,

2007).

Polystyrene dapat menjadi termoset atau termoplastik. Sebuah polistiren termoplastik

dalam keadaan padat (seperti kaca) pada suhu kamar, tapi jika dipanaskan di atas suhu

transisi kaca sekitar 100° C (untuk mencetak atau ekstrusi), dan menjadi padat lagi ketika

didinginkan. Polistiren padat murni adalah sebuah plastik keras tanpa warna dengan

fleksibilitas yang terbatas. Yang ini dapat dibuat dalam adonan dengan detail halus.

Polystyrene dapat dibuat transparan atau dalam berbagai warna.

Polistiren padat banyak digunakan, misalnya dalam peralatan makan sekali pakai,

model plastik, kotak CD dan DVD, dan rumah-rumahan detektor asap. Produk yang

terbuat dari busa polystyrene hampir di mana-mana, misalnya bahan pembungkus, isolasi,

dan cangkir busa.

Polystyrene dapat didaur ulang, dan memiliki nomor "6" sebagai simbol daur

ulangnya. Peningkatan harga minyak telah meningkatkan nilai polistiren untuk didaur

ulang. Namun tidak ada mikroorganisme yang diketahui untuk menguraikan polistiren, dan

sering ditemui berlimpah dimana hal ini merupakan bentuk pencemaran lingkungan,

terutama di sepanjang pantai dan saluran air yang banyak dijumpai dalam bentuk sel

berdensitas rendah.

Gambar : Nomor Recycle Polistirena

2.2. Sejarah Polistirena

Polistirena pertama kali diperkenalkan oleh Ostromislensky dari Naugatuck

Chemical Company pada tahun 1925. Pada saat yang hampir bersamaan I.C.

Farbenindustrie juga mengembangkan polistirena yang berhasil dikomersialkan di Eropa.

Pengembangan produk dan proses polistirena juga dikembangkan oleh Dow Chemical

Company dan pertama kali dikomersialkan di Amerika Serikat pada tahun 1944.

10

Page 11: Po List Yrena

Produk polistirena yang pertama kali diproduksi untuk dikomersialkan adalah

homopolimer stirena yang juga dikenal sebagai polistirena kristal. Polistirena kristal ini

juga dikenal sebagai General Purpose Polystyrene (GPP), yang lebih tahan panas daripada

produk polimer thermoplastik lainnya. Perkembangan lebih lanjut dari polistirena ini

adalah Expandable Polystyrene (EP). Produk polistirena lain yang tak kalah pentingnya

adalah polistirena dengan modifikasi karet atau High Impact Polystyrene (HIP). Produk

HIP ini bersifat tidak tembus cahaya, lebih keras dan lebih mudah dalam pembuatannya

dibandingkan dengan produk polimer thermoplastik lainnya.

Kegunaan dari HIP ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan pelapis pada

kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, furniture, mainan anak-anak,

bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat kontainer, tempat baterai dan

sebagainya.

Polystyrene juga dikenal sebagai Thermocole, disingkat mengikuti Standar ISO PS,

merupakan polimer aromatik yang terbuat dari styrene monomer, hidrokarbon cair yang

diproduksi dari minyak bumi oleh industri kimia. Polystyrene merupakan salah satu plastik

yang paling banyak digunakan dengan skala beberapa miliar kilogram per tahun.

Gambar 1. Kotak CD dari High Impact Polistirene

Polystyrene ditemukan pada tahun 1839 oleh Eduard Simon, seorang ahli obat dari

Berlin. Dari storax, resin dari pohon sweetgum Turki Liquidambar orientalis, disuling zat

berminyak, dimana didapatkan suatu monomer yang diberi nama Styrol. Beberapa hari

kemudian, Simon menemukan monomer Styrol menebal, kemungkinan dari oksidasi

menjadi jelly lalu dia menamainya styrol oksida ("Styroloxyd"). Pada 1845 kimiawan

Inggris John Blyth dan kimiawan Jerman Wilhelm von Hofmann Agustus menunjukkan

11

Page 12: Po List Yrena

bahwa transformasi sama dari Styrol terjadi tanpa adanya oksigen. Mereka menyebutnya

metastyrol. Analisa selanjutnya menunjukkan bahwa senyawa tersebut secara kimiawi

identik dengan Styroloxyd. Pada 1866 Marcelin Berthelot mengidentifikasi dengan benar

pembentukan metastyrol dari Styrol sebagai suatu proses polimerisasi. Sekitar 80 tahun

berlalu sebelum disadari bahwa pemanasan dari Styrol memulai reaksi berantai yang

menghasilkan makromolekul, mengikuti tesis kimiawan organik Jerman Hermann

Staudinger(1881-1965). Pada akhirnya menyebabkan substansi ini menerima nama yang

sekarang yaitu polistiren.

Perusahaan IG Farben mulai membuat polistiren di Ludwigshafen, Jerman, sekitar

1931, dimana mereka berharap itu akan menjadi pengganti yang cocok untuk seng die-cast

di banyak aplikasi. Sukses dicapai ketika mereka mengembangkan bejana reaktor yang

mengekstruksi polistiren melalui tube yang dipanaskan dan pemotong, dimaan hal ini

memproduksi polistiren dalam bentuk pelet.

Sebelum tahun 1949, insinyur kimia Fritz Stastny (1908-1985) mengembangkan

manik-manik pra-expanded PS dengan jalan menggabungkan hidrokarbon alifatik, seperti

pentana. Manik-manik ini merupakan bahan baku untuk bagian cetakan atau lembaran

ekstruksi. BASF dan Stastny mengajukan permohonan paten yang dikeluarkan pada tahun

1949. Proses pencetakan telah didemonstrasikan di Kunststoff Messe 1952 di Düsseldorf.

Dimana produknya diberi nama Styropor.

Struktur kristal dari polistiren isotaktik dilaporkan oleh Giulio Natta. Pada tahun

1959, Perusahaan Koppers di Pittsburgh, Pennsylvania mengembangkan busa ekspanded

polistiren.

2.3. Struktur dan Sifat Polistirena

Dalam istilah kimia, polistirene adalah hidrokarbon rantai panjang dimana pusat

karbon alternatif melekat pada grup fenil (nama ini diberikan pada cincin aromatik

benzena. Rumus kimia Polystyrene adalah (C8H8)n; Mengandung unsur kimia karbon dan

hidrogen.

Stirena tergolong senyawa aromatik. Polistirena berbentuk padatan murni yang tidak

berwarna, bersifat ringan, keras, tahan panas, agak kaku, tidak mudah patah dan tidak

beracun, memiliki kestabilan dimensi yang tinggi dan shrinkage yang rendah, tahan

terhadap air/bahan kimia non-organik/alkohol, dan sangat mudah terbakar.

12

Page 13: Po List Yrena

Sifat bahan ditentukan oleh jarak pendek ikatan van der Waals antar rantai polimer.

Karena molekul rantai hidrokarbon panjang yang terdiri dari ribuan atom, gaya tarik

menarik total antar molekul akan membesar. Ketika dipanaskan (atau terurai pada

kecepatan tinggi, dikarenakan kombinasi dari sifat viskoelastik dan insulasi termal), rantai

dapat mengambil tingkat konformasi yang lebih tinggi dan bergeser melewati satu sama

lain. Kelemahan intermolekul ini (versus kekuatan intramolekul tinggi dikarenakan ikatan

punggung hidrokarbon) akan membuat polistirene fleksible dan elastis. Kemampuan sistem

untuk dengan mudah terurai di atas temperatur transisi kaca memungkinkan polystyrene

(dan polimer termoplastik pada umumnya) untuk melunak dan dibentuk saat pemanasan.

2.4. Polimerisasi Polistyrene

Polystyrene dihasilkan ketika monomer stirena berinterkoneksi. Dalam polimerisasi,

satu karbon-karbon ikatan ganda (dalam kelompok vinil) diganti dengan ikatan karbon-

karbon tunggal lebih kuat, maka sangat sulit untuk terjadi proses depolimerisasi. Sekitar

beberapa ribu monomer biasanya terdapat dalam rantai polistiren, dimana hal ini

memberikan berat molekul 100,000-400,000.

Sebuah model 3-D akan menunjukkan bahwa masing-masing karbon kiral tulang

punggung terletak di pusat sebuah tetrahedron, dengan 4 obligasi mengarah ke simpul.

Mari kita pertimbangkan bahwa ikatan –C–C– obligasi diputar sehingga rantai tulang

punggung terletak sepenuhnya di bidang diagram. Dari skema datar di bawah, tidak jelas

mana dari kelompok fenil yang miring ke arah observer dari bidang diagram, dan mana

yang miring keluar. Jenis isomer dimana semuanya di sisi yang sama disebut polistiren

isotaktik, dimana tidak diproduksi secara komersial.

2.5. Ataktik polistiren

Satu-satunya bentuk komersial yang penting dari polistiren adalah ataktik, dimana

memiliki arti bahwa kelompok fenil secara acak didistribusikan di kedua sisi rantai

13

Page 14: Po List Yrena

polimer. Posisi acak ini mencegah rantai dari proses penyelarasan yang cocok dengan

keteraturan yang cukup untuk mencapai tingkat kristalinitas. Plastik memiliki suhu transisi

gelas Tg dari ~90oC. Polimerisasi dimulai dengan radikal bebas.

2.6. Polistirene isotaktik dan sindiotaktik

Polimerisasi Ziegler-Natta dapat menghasilkan polistiren sindiotaktik teratur dengan

kelompok fenil yang diposisikan pada sisi alternatif dari rantai utama hidrokarbon. Bentuk

ini memiliki tingkat kristal yang tinggi dengan Tm dari 270°C (518°F). Bahan ini tidak

diproduksi secara komersial karena polimerisasi berjalan lambat.

2.7. Macam-macam Proses Produksi Polystyrene

Secara umum, High Impact Polystyrene dapat diproduksi dengan tiga macam proses,

yaitu :

1) Polimerisasi bulk (larutan)

Dalam industri umumnya, polimerisasi bulk (larutan) disebut polimerisasi

massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang ini menggunakan proses

14

Page 15: Po List Yrena

ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah solvent yang biasanya adalah monomer

stirena itu sendiri dan Etil Benzena. Ada 2 jenis polimerisasi bulk, yaitu :

a) Polimerisasi bulk batch

Beberapa produsen polistirena masih menggunakan proses ini, dimana

proses ini terdiri dari unit polimerisasi yang didalamnya terdapat tangki

polimerisasi berpengaduk dengan konversi di atas 80%. Larutan polimer kemudian

dipompa ke bagian finishing untuk devolatilisasi ataupun proses polimerisasi akhir

dan grinding.

b) Polimerisasi bulk continuous

Proses ini merupakan proses pembuatan polistirena yang paling banyak

digunakan. Ada beberapa jenis desain dimana beberapa diantaranya sudah

mendapatkan lisensi. Secara umum proses ini terdiri dari satu atau lebih reaktor

tangki berpengaduk (CSTR). CSTR ini biasanya diikuti oleh satu atau lebih reaktor

yang didesain untuk menangani larutan yang kental (viskositas tinggi). Reaktor ini

didesain untuk memindahkan panas baik secara langsung melalui koil maupun

pendingin uap. Dengan menggunakan proses ini, konversi monomer stirena

menjadi polistirena dapat mencapai lebih dari 85% berat.

Polimerisasi diikuti terjadinya devolatilisasi yang terus menerus.

Devolatilisasi ini dapat terjadi melalui preheating dan vacuum flash chambers,

devoitizing extruders atau peralatan yang sesuai. Tingkat volatilitas dari 500 ppm

stirena atau kurang dapat tercapai dengan peralatan khusus, meskipun polistirena

yang umum dikomersialkan mempunyai tingkat volatilitas sekitar 2000 ppm

stirena.

2) Polimerisasi Suspensi

Polimerisasi suspensi adalah sistem batch yang sangat popular untuk tahapan

khusus pembuatan polistirena. Proses ini dapat digunakan untuk memproduksi kristal

maupun HIP. Untuk memperoduksi HIP, stirena dan larutan karet diolah dengan bulk

polymerized melalui fase inverse. Kemudian disuspensikan ke dalam air untuk

mendapatkan suspense air dan minyak dengan menggunakan sabun atau zat

pesuspensi. Kemudian butiran suspense ini dipolimerisasi lagi sampai selesai dengan

menggunakan inisiator dan pemanasan bertahap. Fase air digunakan sebagai heat sink

dan media perpindahan panas terhadap jaket yang dikontrol suhunya.

15

Page 16: Po List Yrena

3) Polimerisasi Emulsi

Polimerisasi emulsi biasanya digunakan pada proses kopolimerisasi stirena

dengan monomer atau polimer lain. Proses ini merupakan metode komersial yang

jarang digunakan untuk memproduksi polistirena kristal atau HIP. Proses ini

mempunyai persamaan dengan proses polimerisasi suspense kecuali bahwa butiran

monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis.

Air digunakan sebagai carrier dengan agen pengemulsi untuk memberikan partikel

yang sangat kecil dan aktalis untuk mempercepat kecepatan reaksi.

2.8. Dasar Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene

High Impact Polystyrene terbentuk dengan suatu reaksi polimerisasi adisi terhadap

molekul stirena sebagai monomer dengan melibatkan partikel cis 1-4 polibutadiena,

melalui suatu mekanisme yang disebut grafting. Grafting adalah mekanisme dimana rantai

polistirena terikat secara kimia terhadap rangka polibutadiena.

Polimer yang dihasilkan berwujud padatan yang berwarna putih dan bersifat

thermoplastik.

Reaksi :

2.9. Sifat-sifat Bahan Baku, Bahan Pembantu dan Produk

I) Stirena

Bentuk : Cair

Warna : Jernih

16

Page 17: Po List Yrena

Impuritas : Minimal 0,4% Ethyl Benzene

Kemurnian : Minimal 99,6%

Densitas (30oC) : 0,906 gr/cm3

Rumus molekul : NC6H5CH7CH2

Berat molekul : 104,14 g/mol

Titik didih (1 atm) : 145,2 oC

Titik lebur (1 atm) : -30,6oC

Temperatur kritis : 369,0oC

Tekanan kritis : 37,6 atm

Volume kritis : 3,55 cm3/gr

Viskositas : 0,762 cP

Kelarutan dalam 100 bagian di : - Air : Sangat sedikit (<1%)

- Alkohol : -

- Eter : -

II) Etil Benzena

Formula Molekul : C8H10

Bentuk : Cair

Warna : Jernih

Berat Molekul : 106,17 g/mol

Kemurnian : Minimal 98%

Impuritas : Maksimal 2% benzene

Titik Lebur : -95oC

Titik Didih : 136oC

Kelarutan dalam air : 0,015 g/100ml (20oC)

Viskositas : 0,069 cP(20oC)

Densitas (30oC) : 0,867 gr/cm3

III) Cis 1-4 Polibutadiena

Bentuk : Padat

Warna : Putih

17

Page 18: Po List Yrena

Kemurnian : Minimal 80%

Impuritas : Maksimal 7% benzene

Densitas : 890 Kg/m3

Titik Lebur : 80oC

Titik Didih : 148oC

Titik Nyala : 260oC

IV) Benzoil Peroksida

Formula Molekul : (C6H5CO)2 O2 atau C14H10O4

Bentuk : Padat

Warna : Tidak Berwarna

Kemurnian : Minimal 10%

Berat Molekul : 242,23 g/mol

Densitas : 1344 Kg/m3

Tingkat Kelarutan : Rendah

Titik lebur : 103-105oC

V) High Impact Polystyrene

Bentuk : Padat

Warna : Putih

Kemurnian : Minimal 98%

Impuritas : Maksimal 2% zat volatile

Berat molekul : 100.000- 200.000 gram/mol

Indeks refraksi : 1,58

Densitas : 1050 Kg/m3

Spesific gravity : 1,05

Tensile strength : 3.500 psi

Elongation, % : 55

Modulus elasticity : 300.000 psi

Compressive strength : 6.900 psi

2.10. Deskripsi Proses

Kelebihan dan kekurangan berbagai proses produksi High Impact Polystyrene yaitu:

18

Page 19: Po List Yrena

Jenis Polimerisasi Kelebihan Kekurangan

1. Polimerisasi Bulk

- Bulk Batch

Prosesnya Mudah Sangat Eksotermis

Kemurnian Produk tinggi waktu pengerjaan lama

alat-alat sederhana

- Bulk Continuous produk yang dihasilkan lebih

seragam

membutuhkan pengadukan dan

alat recycle

kemurnian produk tinggi

pengontrolan suhu lebih mudah

2. Polimerisasi Suspensi Tidak ada kesulitan

dengan panas polimerisasi

dimungkinkan adanya

kontaminasi dari air dengan

agen penstabil

Ketel untuk proses

polimerisasi sederhana

volatilitas dapat dikurangi

sampai pada tingkat yang

rendah dengan pemilihan

katalis dan suhu yang tepat

3. Polimerisasi Emulsi Prosesnya cepat dan

tidak ada kesulitan dengan

panas polimerisasi

Sangat Eksotermis

beberapa proses polimerisasi

yang tidak mungkin dilakukan

dengan teknik lain tapi dengan

mudah dilakukan dengan

proses ini

berat molekul polimer tinggi

untuk proses pembentukan

yang cepat dengan

menggunakan injeksi.

dapat diterapkan untuk

polimerisasi secara kontinyu

Berdasarkan hasil pengamatan kelebihan dan kekurangan proses pembuatan

Polystyrene diatas, maka pada pra rancangan pembuatan Polystyrene ini digunakan proses

bulk continuous.

19

Page 20: Po List Yrena

Proses pembuatan Polystyrene secara berkelanjutan dilakukan dengan beberapa

tahap proses, yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku

2. Tahap reaksi

3. Tahap akhir

1. Tahap penyiapan bahan baku

a. Stirena

Stirena monomer sebagai bahan baku utama disimpan dalam bentuk cair dalam

tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm, dialirkan ke dalam

mixer 1 (M-01) untuk dicampur dengan arus recycle dengan menggunakan pompa

sentrifugal P-01 dan selanjutnya dialirkan ke mixer 2 (M-02) yang sebelumnya

dipanaskan terlebih dahulu oleh pemanas HE-01.

b. Etil Benzena

Etil Benzena sebagai pelarut disimpan dalam bentuk cair dalam tangki penyimpan

(T-02) pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm, dialirkan ke mixer 1(M-01) dengan

menggunakan pompa sentrifugal P-02 dan selanjutnya bersama stirena dan arus

recycle dialirkan ke mixer 2 (M-02) yang sebelumnya dipanaskan terlebih dahulu

oleh pemanas HE-01.

c. Cis 1-4 polibutadiena

Cis 1-4 polibutadiena yang disimpan dalam bentuk padat dalam gudang (G-01) pada

suhu 30oC dan 1 atm, diangkut dengan menggunakan bucket elevator BE-01 menuju

Hammer mill HM-01 untuk direduksi ukurannya dari 2,5 cm menjadi 10 μm,

kemudian polibutadiena yang tidak memenuhi syarat dan yang melebihi ukuran

dipisahkan di screner SC-01. Polibutadiena yang memenuhi syarat dikirim ke mixer

2 (M-02) dengan menggunakan belt conveyor BC-01, sedangkan yang melebihi

ukuran akan menjadi limbah atau di recycle kembali.

Di mixer 2 (M-02) yang dilengkapi dengan pengaduk, polibutadiena dicampur

dengan bahan baku lainnya. Supaya polibutadiena terlarut sempurna, maka mixer 2

(M-02) dioperasikan pada suhu 105oC dan tekanan 1 atm dengan waktu tinggal 4,5

jam.

2. Tahap Reaksi

20

Page 21: Po List Yrena

Campuran stirena monomer, Etil Benzena, dan Polibutadiena akan melalui 4 tahap

reaktor dimana terdiri dari 3 Plug Flow Reaktor berpengaduk dan 1 reaktor CSTR.

Ketiga campuran feed ini pertama-tama dimasukkan ke dalam reaktor (R-01) yang

berupa reaktor Plug Flow berpengaduk dan memiliki bed inisiator berupa Benzoil

Peroksida dengan orientasi vertikal. Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis

sehingga diperlukan pendingin dengan menggunakan jaket pendingin. Sebagai

pendingin digunakan air yang masuk pada suhu 30oC. Kondisi operasi dalam reaktor

dipertahankan pada suhu 137oC dan tekanan 1 atm. Konversi dari reaktor pertama masih

kecil sehingga diperlukan penambahan 3 reaktor dimana ini merupakan konfigurasi

reaktor terbaik yang didapatkan dari US Patent No 7.488.774 B2 tahun 2009. Keluaran

downstream dari reaktor pertama di masukan ke dalam reaktor ke 2 (R-02) yang berupa

reaktor CSTR dengan orientasi vertikal. Keluaran dari reaktor ke 2 dimasukan ke dalam

reaktor ke 3 (R-03) yang berupa reaktor Plug Flow berpengaduk yang di pasang dengan

orientasi horisontal dimana terdapat dua hasil keluaran. Hasil keluaran pertama di

upstream direcycle menuju reaktor ke 2 (R-02) yang berupa vapor merupakan senyawa-

senyawa reaktan yang belum bereaksi sedangkan pada downstream yang merupakan

senyawa HIPS dan senyawa reaktan yang belum bereaksi dalam bentuk liquid akan di

polimerisasikan lagi di reaktor ke 4 (R-04). Dimana reaktor ke 4 ini berupa Plug Flow

reaktor berpengaduk dengan orientasi horisontal yang akan menghasilkan 2 aliran yaitu

upstream dan downstream. Aliran upstream berupa senyawa-senyawa reaktan volatil

yang akan di recycle kembali sedangkan downstream yang berupa HIPS akan memasuki

tahap akhir

3. Tahap Akhir

Produk yang keluar dari reaktor berbentuk slurry dengan menggunakan pompa

sentrifugal P-08 dialirkan ke devolatilizer (KD–01) yang dioperasikan pada suhu 150oC

dan tekanan vacuum 0,5 atm untuk memisahkan sisa pereaktan dengan produk High

Impact Polystyrene berdasarkan titik didihnya. Sisa pereaktan yang berupa Stirena

monomer, . Etil Benzena dikondensasikan di kondensor (C-01) dan hasil kondensasi

direcycle kembali sebagai bahan baku.

Produk High Impact Polystyrene yang telah terpisah dari sisa pereaktan dengan

suhu 150oC didinginkan terlebih dahulu di cooler (C-02) sampai suhu 30oC. Kemudian

dimasukkan ke Rotary Dryer (RD-01) untuk dikeringkan dengan efisiensi 72%.

21

Page 22: Po List Yrena

Selanjutnya dalam pellet mill (PM-01) strand dipotong menjadi bentuk pellet, kemudian

Polistirene akan di teruskan ke screner (SC-02) untuk mendapatkan keseragaman

ukuran dan selanjutnya Polistirene akan dimasukkan ke dalam unit pengantongan pada

gudang (G–02).

(US PATENT 7.488.774 B2, 2009)

22

Page 23: Po List Yrena

2.11. Flowsheet Proses Produksi Polistirene

23

Page 24: Po List Yrena

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

1. Polistirena merupakan senyawa polimer yang memiliki banyak aplikasi dalam

kehidupan sehari-hari manusia.

2. Terdapat 3 metoda polimerisasi pembuatan polistirena yang umum digunakan

dengan berbagai kelebihan dan kekurangan masing-masing

3. Sebelum digunakan bahan baku pembuatan polistirena metode bulk continous harus

melalui berbagai proses pre treating terlebih dahulu.

3.2. Saran

1. Pada pembuangan limbah produk-produk bersenyawa polistirene sebaiknya

dilakukan secara hati-hati hal ini dikarenakan sulitnya degradasi/penguraian senyawa

polistirena.

2. Untuk meningkatkan yield produk polimer polistirene sebaiknya dilakukan berbagai

penyesuaian agar didapatkan efisiensi yang maksimal tanpa membuang-buang energi

yang terbatas

24

Page 25: Po List Yrena

DAFTAR PUSTAKA

Berti Et al. 2009. Reactor System For The Production Of High Impact Polystyrene.

US PATENT 7.488.774 B2.

Mark, James E. 2007. Physical Properties Of Polymers Handbook 2nd edition. Ohio:

Springer Science

Saptono, Rahmat.2008. Pengetahuan Bahan Polimer 2008. Fakultas Teknik

Universitas Indonesia : Departemen Metalurgi dan Material

http://en.wikipedia.org/wiki/Polystyrene

http://en.wikipedia.org/wiki/Polymer

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

http://www.curbellplastics.com/sign-pop/high-impact-polystyrene.html

http://www.edplastics.co.uk/High%20Impact%20Polystyrene%20(HIPS).htm

http://www.blackwellplastics.com/HIPS.html

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

http://ahmadhafizullahritonga.blog.usu.ac.id/2011/02/16/polistirena/

http://all4chemistry.blogspot.com/2010/06/polistirena.html

http://www.psrc.usm.edu/

http://pslc.ws/

http://www.usm.edu/

http://en.wikipedia.org/wiki/Benzoyl_peroxide

http://en.wikipedia.org/wiki/Ethylbenzene

http://www.styrene.org/index.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Polybutadiene

http://en.wikipedia.org/wiki/Styrene

25