POLIMERISASIHETEROGEN

• Polimerisasi emulsi saat ini banyak dimanfaat-kan secara komersial untuk memproduksi ber-bagai jenis polimer.

• Polimer yang dibuat dengan proses ini addition polymer dan memerlukan inisiator radikal bebas.

Polimerisasi Emulsi

Pada umumnya, sistem polimerisasi emulsi terdiri atas :

• monomer,

• dispersing medium,

• emulsifying agent,

• Inisiator yang larut dalam air,

• transfer agent.

Contoh resep polimerisasi emulsi: • 180 bagian (b) air, • 100 bagian (b) monomer, • 5 bagian (b) sabun (emulsifying agent),• 0.5 bagian (b) of potassium persulfate (inisiator

yang larut dalam).

Bagaimana komponen-komponen ini terdistribusi dalam sistem?

Distribusi Komponen

Sabun adalah garam Na atau K dari asam organik, seperti sodium stearate:

[CH3 (CH2)16 C O–] Na+

O

R

Jika sejumlah kecil sabun dimasukkan ke air, maka akan terionisasi:

[CH3 (CH2)16 C O–] Na+

O

[CH3 (CH2)16 C O–] + Na+

O

Anion sabun terdiri dari bagian yang tak larut dalam air (R) yang berupa rantai panjang, dan diakhiri oleh bagian yang larut dalam air.

Hydrophopicgroup

Hydrophilicgroup[CH3 (CH2)16 C O–]

O

First addition of surfactant

More addition of surfactant

More addition of surfactant

Surfactant dissolves in the bulk and form an adsorption film at

the air/water interface

colloidal particles The micelles remain in dynamic

equilibrium with the soap molecules

dissolved in water

Micelle bentukbatang

Micelle bentuk bola

50 – 100 molekul sabun 1000 – 3000 Å

2 panjang molekul sabun

Jika monomer yang tidak larut/sedikit larut dalam air diemulsikan dalam air dengan bantuan sabun dan pengadukan, maka akan terbentuk tiga fasa:

• Fasa air dengan sedikit sabun dan monomer yang terlarut.

• Tetesan monomer yang teremulsikan. • Micelle (monomer-swollen micelles).

• Diameter tetesan monomer : 1 μm.

• Ukuran butiran sangat dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan.

• Konsentrasi micelle: 1018 micelle per ml

• Konsentrasi monomer: 1010 – 1011 per ml.

Contoh diagram alir polimerisasi emulsi

• Konsentrasi surfactant• Temperatur• Kekuatan ion• Keberadaaan molekul lain

Pembentukan agregat dalam air sangat ter-gantung pada beberapa faktor:

Jika inisiator yang larut dalam air, seperti potassium persulfate, ditambahkan ke sistem polimerisasi emulsi, maka senyawa tersebut akan mengalami dekomposisi termal menjadi anion radikal sulfat:

LOKASI POLIMERISASI

S2O8– 2 SO4

– panas

Anion radikal yang larut dalam air akan bereaksi dengan monomer terlarut dalam fasa air mem-bentuk radikal bebas tipe sabun:

SO4– + (n + 1) M

– S2O4– (CH2 – CX2)n – CH2 – CX2

50 – 60C

Lokasi polimerisasi

Alasan mengapa reaksi polimerisasi terjadi dalam micelle:

(1) Dimensi micelle 50 – 100 Å sementara tetesan monomer > 1 μm (10,000 Å). Karena rasio luas permukaan/volume bola adalah 3/R, maka micelle memiliki luas pemukaan yang lebih besar.

(2) Konsentrasi micelles lebih tinggi daripada tetesan monomer (1018 vs. 1011 per cm3).

Sebelum inisiasi:

• Dispersing medium, biasanya air, yang mengandung sedikit sabun (emulsifier) dan monomer.

• Tetesan monomer dengan ukuran 10.000 Å terpisah akibat stabilisasi oleh molekul emulsifier.

• Konsentrasi tetesan monomer 1010–1011 per ml.

Tiga tahap polimerisasi

• Jika CMC terlampaui, 50 –100 molekul emulsifier akan membentuk micelle yang berbentuk bola dengan ukuran 40 – 50 Å;

• Beberapa micelles terisi oleh lebih banyak monomer dan memiliki ukuran 50 – 100 Å;

• Konsentrasi micelle 1018 per ml.

• Tegangan permukaan rendah karena adanya sufactant.

TAHAP I (konversi 12–20%):

• Konsentrasi molekul monomer terlarut menjadi kecil.

• Tidak ada emulsifier terlarut.• Polimerisasi hanya terjadi dalam partikel

monomer-swollen polymer (latex) melalui difusi monomer dari tetesan monomer.

• Partikel polimer tumbuh, sementara ukuran tetesan monomer berkurang.

STAGE II (25 – 50% conversion):

• Tidak ada inti partikel baru (jumlah partikel latex konstan), dan karena konsentrasi monomer konstan, maka kecepatan polimerisasi juga konstan.

• Akhir dari tahap ini ditandai dengan hilangnya tetesan monomer.

• Tidak ada monomer dan emulsifier terlarut, emulsifier micelles, tetesan monomer atau monomer-swollen micelles.

• Karena tetesan monomer tidak ada, maka kecepatan polimerisasi berhenti, yang ditandai dengan habisnya monomer dalam partikel latex.

• Di akhir polimerisasi (konversi 100%), sistem mengandung partikel polimer (400–800 Å) yang terdispersi dalam fasa air.

STAGE III (50 – 80% conversion):

Tahapan dalam polimerisasi emulsi