Polimer Aditif Dan Penguatan

8/17/2019 Polimer Aditif Dan Penguatan

http://slidepdf.com/reader/full/polimer-aditif-dan-penguatan 1/9

Polimer Aditif dan Penguatan

I. PENDAHULUAN

Kali ini kita membahas teknik untuk modikasi sifat polimer berdasarkanstruktur modikasi polimer selama atau pasca polimerisasi. Meskipunmodikasi struktural polimer sering menyebabkan modikasi properti yangsignikan, sangat sedikit polimer yang digunakan teknologi dalam bentukkimia murni mereka; umumnya diperlukan untuk memodikasi perilakumereka dengan penggabungan aditif. Aditif biasanya diperlukan untukmemberikan stabilitas terhadap efek degradatif dari berbagai macam prosespenuaan dan meningkatkan kualitas produk dan kinerja. Jadi banyak polimerkomersial harus menggabungkan termal dan cahaya stabilier, antioksidan,dan bahan anti api .!elain itu aditif yang mempengaruhi dasarnya interaksi

kimia polimer dengan lingkungan, lain ya aditif biasanya digunakan untukmengurangi biaya, meningkatkan kualitas estetika, atau memodikasipengolahan, perilaku mekanik, dan sik polimer. aditif tersebut termasukplastik, pelumas, dampak pengubah, agen antistatik, pigmen, dan pe"arna.Aditif ini biasanya digunakan dalam relatif kecil jumlah; #amun, pengisianyg tidak di perkuat dipekerjakan dalam jumlah besar untuk mengurangiformulasi secara keseluruhan biaya yang tersedia ini tidak mengakibatkanpenurunan yang signikan atau tidak diinginkan dalam kualitas produk atauperforma. $alam beberapa kasus, polimer tertentu mungkin masih belummemenuhi persyaratan aplikasi tertentu bahkan dengan penggabunganaditif. $alam kasus tersebut, tujuan yang diinginkan dapat dicapai melaluipembentukan paduan atau campuran dari dua atau lebih polimer. $alambab ini, kita membahas upgrade dari kinerja polimer melalui penggunaanaditif dan bala bantuan.

II. plasticizer

%anyak polimer komersial seperti cellulosics, akrilik, dan &inyls memilikisuhu transisi gelas,'g, $i atas suhu (uang. Karena itu mereka keras, rapuh,padatan glasslike pada suhu ruang. )ntuk memperpanjang kegunaanpolimer ini, biasanya diperlukan untuk mengurangi 'g ke ba"ah diantisipasi!uhu pengguna akhir. *ungsi utama dari plasticier adalah untukmengurangi 'g polimer sehingga untuk meningkatkan +eksibilitas lebihsuhu diharapkan dari aplikasi. Misalnya, unplasticied P- adalah kaku,keras padat digunakan dalam aplikasi seperti kartu kredit, pipa plastik, danpapan rumah. Penambahan plasticier seperti phthalate esters mengurangimodulus dan mengubah polimer menjadi bahan kasar digunakan dalampembuatan pelapis, isolasi listrik, dan barang serupa. Plasticier biasanyatinggi mendidih cairan organik atau padatan leleh rendah. Mereka jugakadangkadang polimer moderatberat molekul. !eperti pelarut biasa,plasticier bertindak melalui tingkat yang berbedabeda aksi sol&asi padapolimer. Molekul plasticier yang disisipkan di antara molekul polimerdengan demikian mendorong mereka terpisah. /al ini akan mengurangiintensitas kekuatan kohesif antarmolekul. 0tu plasticier mungkin jugatergantung pada daya tarik antarmolekul polar antara plasticier dan

polimer molekul, yang secara efektif membatalkan interaksi dipoldipol



antara molekul polimer. Akibatnya, Plasticiation sulit dicapai pada polimernonpolar seperti poliolen dan polimer sangat kristal. Polimer Plasticiation

dapat dicapai baik melalui penggabungan internal atau eksternal dariplasticier dalam polimer. Plasticiation internal yang melibatkankopolimerisasi monomer dari diinginkan polimer dan plasticier sehinggaplasticier yang merupakan bagian integral dari rantai polimer. $alam halini, plasticier biasanya polimer dengan 'g rendah paling banyak digunakanplasticier internal monomer yang &inil asetat dan &inylidene klorida.plasticier eksternal tersebut dimasukkan ke dalam

resin sebagai aditif eksternal. Khas rendah berat molekul plasticiereksternal untuk P- adalah ester terbentuk dari reaksi asam atau anhidridaasam dengan alkohol. Asam termasuk asam orto dan isoatau tereftalat,benoat, dan trimelitat, yang siklik; atau adipat, aelat, sebacic, dan fosfat

asam, yang linear. alkohol mungkin monohidrat seperti 1etilheksanol,butanol, atau isononyl alkohol atau polihidrat seperti etilena atau propilenglikol. !truktur beberapa plasticier P- ditunjukkan pada 'abel 2.3.

Phthalate, tereftalat, adipat, dan ester fosfat umumnya disebut plasticiersebagai monomer. poliester linier diperoleh dari reaksi asam d"ibasa sepertiadipat, sebacic, dan asam aelaic dengan poliol merupakan kelompokplasticier polimer atau permanen. Mereka memiliki berat molekul jauh lebih

tinggi daripada monomerics dan dengan demikian kurang stabil saat



terkena suhu tinggi baik selama pemrosesan atau dalam situasi penggunaakhir, kurang rentan terhadap migrasi, dan kurang diekstraksi. Mereka

menyampaikan ditingkatkan daya tahan atau permanen pada produk P-,maka nama plasticier permanen. Kelompok lain plasticier dikenal sebagaiplasticier epo4y berasal dari minyak nabati. -ontohnya adalahterepoksidasi kedelai. plasticier ini memberi panas dan stabilitas cahayapada produk P-, yang, bagaimanapun, biasanya memiliki sifat suhu relatifmiskin rendah. Plasticier yang ideal harus memenuhi tiga syarat utama. 0niadalah kompatibilitas, kinerja, dan esiensi. !elain itu, harus berbau, tidakberasa, tidak beracun, tidak mudah terbakar dan panas yang stabil.Kompaktibilitas dari plasticier dengan polimer tuan menuntut adanyamekar bahkan dengan panjangpenggunaan bahan plasticied.Ketidakcocokan juga dapat di"ujudkan dengan sifat sik yang buruk,mungkin setelah beberapa periode penggunaan.

Permanen membutuhkan &olatilitas yang rendah, e4tractability, migrasi non,dan panas dan stabilitas cahaya. Kurangnya permanen melibatkan difusi

jangka panjang ke lingkungan. /ilangnya konsekuen plasticier secarabertahap meningkatkan kerapuhan sebagai 'g polimer meningkatplasticied. olatilitas umumnya fungsi dari berat molekul. Peningkatanberat molekul plasticier dengan menggunakan plasticier polimercenderung menurun &olatilitas dan karenanya meningkatkan permanen.#amun, hal ini dapat menyebabkan penurunan +eksibilitas suhu rendah.Plasticiation internal yang menghalangi plasticier migrasi atau &olatilitaskarena plasticier molekul merupakan bagian integral dari rantai polimer.

'ingkat plasticier yang dibutuhkan untuk mencapai perubahan yangdiinginkan dalam properti merupakan ukuran esiensi plasticier. 5siensiplasticier juga dapat diukur atas dasar besarnya perubahan yangdisebabkan dalam sejumlah sifat sik polimer seperti kekuatan tarik,modulus, atau kekerasan. Misalnya, pengurangan yang sebenarnya di 'gpolimer per unit berat plasticier menambahkan juga dikenal sebagaiesiensi plasticier.

/arus ditekankan, bagaimanapun, bah"a cukup sering ada plasticiertunggal dapat memenuhi semua persyaratan di atas atau menghasilkansemua perangkat tambahan properti yang diinginkan. /al ini umumnyadiperlukan untuk berbaur beberapa plasticiers dan kompromi beberapaproperti, terutama mereka yang tidak penting untuk aplikasi tertentu.!ebagai contoh, beberapa aplikasi mengharuskan $6P plasticied P- tetap+eksibel pada suhu rendah. 0ni membutuhkan penambahan lebih lanjut dari$6P untuk formulasi untuk mencapai +eksibilitas yang diinginkan, tetapi$6P tambahan akan mempengaruhi kekerasan dan kinerja produk padasuhu kamar. !ebaliknya, diesters alifatik seperti $6A dan $%! 7dibutilsebakat8, yang lebih efektif dalam meningkatkan +eksibilitas suhu rendahdaripada $6A, yang diperlukan untuk meningkatkan kinerja suhu rendah.#amun, penggunaan ester ini disertai dengan tingkat yang tidak dapatditerima &olatilitas dan ekstraksi minyak. Akibatnya, dalam aplikasi sepertikombinasi phthalate dan alifatik ester diperlukan untuk menghasilkanproduk yang diinginkan meskipun beberapa kompromi dalam kinerja produk

akan terjadi.



Plasticier, terutama untuk P-, merupakan salah satu segmen terbesardari pasar aditif. %eragam aplikasi P- +eksibel tergantung pada teknologi

plasticier luas yang menanamkan +eksibilitas yang diinginkan. !ifatkarakteristik dan aplikasi khas P- plasticied ditunjukkan pada 'abel 2.1.



III. Pengisi dan Penguatan (KOMPOSIT

kebutuhan untuk memenuhi persyaratan menuntut penggunaan akhir danpada saat yang sama mengurangi biaya adalah merangsang luas spektrumpengembangan produk yang melibatkan penggunaan pengisi dan Penguatuntuk mengupgrade produk kinerja daripada pengembangan resin baru danbiasanya lebih mahal. Misalnya, karena dari berat badan merekamenguntungkan ringan, kekuatan tinggi, umur kelelahan, dan ketahanankorosi, struktur combertolak telah berhasil digunakan dan mengagumkan dipesa"at dan di berbagai industri dan konsumen aplikasi di tempat bahankon&ensional seperti logam. bahan seratdiperkuat telah pindah dalam"aktu "aktu yang singkat dari menjadi rasa ingin tahu untuk memiliki peransentral dalam pengembangan bahan rekayasa. Polimer, termoplastik, dantermoset dapat diperkuat untuk menghasilkan cukup sering sepenuhnya

jenis baru bahan struktural.

%erbagai jenis pengisi bekerja di formulasi resin; yang paling umum adalahkalsium karbonat, bedak, silika, "ollastonite, tanah liat, kalsium sulfat, mika,struktur kaca, dan alumina trihidrat. Pengisi melayani beberapa tujuan.bahan lembam seperti tepung kayu, tanah liat, dan bedak berfungsi untukmengurangi biaya resin dan, sampai batas tertentu, meningkatkanprocessability dan disipasi panas dalam resin thermosetting. kedua aluminatrihidrat dan bedak meningkatkan menghambat api. Mika digunakan untukmemodikasi listrik dan panasisolasi sifat polimer. %agian dicetak darikomposit yang mengandung mika phlogopite sebagai penguatanmenunjukkan sedikit atau tidak ada melenting di demolding atau tunduk

kepada suhu tinggi. %erbagai pengisi, misalnya, partikulat pengisi sepertikarbon hitam, serpih aluminium, dan logam atau serat dilapisi logamdapatdigunakan untuk mengurangi susut cetakan serta untuk menghasilkanpolimer konduktif statis, perisai elektromagnetik gangguan interferensifrekuensi 9 radio 75M0 9 *M08. pengisi partikulat seperti karbon hitam atausilika digunakan sebagai memperkuat pengisi untuk meningkatkan kekuatandan ketahanan abrasi dari elastomer komersial. !erat seperti asbes, kaca,karbon, cellulosics, dan aramid digunakan terutama untuk memperbaikibeberapa mekanik properti 9 sifat seperti modulus, kekuatan tarik, kekuatansobek, ketahanan abrasi, kekuatan berlekuk dampak, dan kekuatan lelahserta meningkatkan suhu panasde+eksi.!erat yang tersedia dalamberbagai bentuk. Misalnya, serat karbon diperoleh dari pirolisisbahanorganik seperti polyacrylonitrile 7PA#8 dan rayon untuk serat panjang danlapangan untuk serat pendek.

struktur kaca, penguatan paling banyak digunakan, yang tersedia sebagaikeliling, tikar, berongga atau padat bola, gelembung, serat panjang ataupendek, dan serat terus menerus. %entuk ini memiliki pengaruh yangsignikan terhadap properti. Kekuatan dampak polypropylene kacamatdiperkuat adalah sekitar empat sampai lima kali yang diperoleh denganserat pendek. %entuk yang paling penting dari ller adalah 5kaca, yangdigunakan biasanya untuk memperkuat termoset poliester dan resin epo4y.5kaca kaca boroaluminosilicate memiliki konteks alkalilogam yang rendah

dan mengandung persentase kecil dari kalsium 7-a68 dan magnesium



7Mg68. )ntuk aplikasi khusus seperti dalam pembuatan bahankedirgantaraan, serat boron, Ke&lar, P%', dan terutama karbon umumnya

lebih disukai. !ifat khas dari beberapa bala bantuan serat ditunjukkan pada 'abel 2.:. 'abel 2.sho"s sifat beberapa penuh serat termoplastik rekayasakomposit. Pengaruh pengisi mineral pada sifat dari nylon <9< ditunjukkanpada 'abel 2.=.

!ifat mekanik komposit partikeldiisi umumnya isotropik; yaitu,merekain&arian dengan arah yang tersedia ada dispersi baik dari pengisi. $isisi lain, seratdiisi komposit biasanya anisotropik. !ecara umum, seratbiasanya berorientasi baik uniaksial atau acak dalam pesa"at. $alam halini, komposit memiliki modulus dan kekuatan maksimum nilai ke arahorientasi serat. )ntuk serat berorientasi uniaksial, modulus >oung, diukurdalam arah orientasi7Modulus longitudinal, 5?8 diberikan oleh Persamaan2.3@

mana 5f adalah modulus tarik serat, 5m adalah modulus dari resin matriks,dan f adalah fraksi &olume filler. Kinerja komposit dipengaruhi olehkekuatan perekat dari antarmuka llermatri4. Keberadaan air diserap olehpermukaan ller dan dari tegangan termal yang dihasilkan oleh diferensialyang koesien termal ekspansi linear antara ller dan matriks bahanmengurangi antarmuka kekuatan perekat. Polimer memiliki koesienekspansi linier relatif lebih tinggi dibandingkan bahan pengisi 7<B sampai CBD 3B< per E - untuk grat8. 6leh karena itu, dalam prakteknya, kekuatanperekat antar muka ditingkatkan dengan menggunakan agen kopling, yangbiasanya berat molekul rendah silane 6rganofunctional, stereates, atautitanates yang bertindak sebagai jembatan antara resin matriks dan bahanserat 7'abel 2.<8 .-oupling

agen umumnya memiliki dua kelompok terminal yang berbeda salahsatunya adalah dirancang khusus untuk menggabungkan dengan resinmatriks dan lainnya dengan penguat serat. Misalnya, kelompok amino di F

aminopropyltrietho4ysilane, 7-1/=68 :!i 7-/18 :#/1, dapat bereaksidengan fungsi epo4y dalam matriks epo4y, sedangkan kelompok etoksipada hidrolisis selama aplikasi pada serat membentuk kelompok silanol !i76/8 : , >ang mengembun dengan kelompok silanol pada serat kaca untukmembentuk ko&alen !i6!i bonds.'he mencari bala bantuan baru atauaplikasi baru untuk bahan yang lebih tua sering dikaitkan denganpengembangan resin baru atau nilai baru dari resin yang sama untukmengoptimalkan kinerja . $alam arti luas, komposit dicirikan oleh duaekstrem bahan. Pada salah satu ujung adalah poliester berglass otomotifpanel bodi eksterior *iero atau -or&ette, per"akilan dari biaya yang relatifrendah dan minim bahan kinerja. 'ermoplastik termasuk polikarbonat,polypropylene, nilon, A%!, poli stirena, density polyethylene tinggi, asetal

kopolimer, !A#, poli 7butilena tereftalat8, P5', thermoplastik polyurethane,



dan polisulfon serta termoset seperti poliester berhubungan silang, fenolat,dan poliuretan adalah resin matriks yang digunakan dalam komposit

tersebut. $i ujung lain dari spektrum material komposit, adalah biaya tinggi,kinerja tinggi komposit canggih ditandai oleh karbondan boron diperkuatserat bahan struktural yang digunakan dalam banyak aplikasi pesa"at dankedirgantaraan. 'ermoset, terutama epo4ies, telah mendominasi maju resinkomposit matriks. #amun, thermosetting bahan ditantang karenameningkatnya minat dalam resin termoplastik kinerja tinggi matriks. Minatdalam komposit matriks termoplastik berasal dari janji mereka ditingkatkandaya tahan dan ketangguhan dan kemungkinan peningkatan efekti&itasbiaya dalam produksi dan pemeliharaan. 'ermoplastik memiliki umursimpan relatif lebih lama dibandingkan termoset dan reprocessabilitymereka mena"arkan potensi untuk kemungkinan perbaikan desain danfabrikasi kesalahan. Pengolahan termoplastik berpotensi menyederhanakan

fabrikasi dan mengurangi "aktu siklus manufaktur, terutama denganmenghilangkan siklus curing biasanya diperlukan untuk silang bahantermoset. 0ni juga memungkinkan akses ke lebih luas berbagai metodemanufaktur untuk pengolahan termoplastik. Gambar 2.3sho"s skematispersyaratan yang disederhanakan untuk memanfaatkan matriks resintermoplastik relatif termoset dalam produksi komposit.

Pasar untuk komposit polimer terus berkembang di semua bentuktransportasi 7aerospace, pesa"at terbang, laut, otomotif8, dalam industrikonstruksi dan banyak lainnya industri dan konsumen aplikasi. Peningkatanpenggunaan komposit di tempat bahan kon&ensional didorong oleh merekakeuntungan mapan seperti ketahanan korosi, rasio kekuatankeberat yangtinggi, dan biaya moderat serta +eksibilitas desain yang dita"arkan olehkombinasi resin 9 penguatan #o&el bersamasama dengan baru pengolahandan mesin ino&asi. 'abel 2.H merangkum pasar dan aplikasi khas untukkomposit.

Polimer Aditif Dan Penguatan

Documents

Transcript of Polimer Aditif Dan Penguatan