POLY(VINYL CHLORIDE)
POLY(VINYL CHLORIDE)
I. PENDAHULUAN
Poly(vinyl chloride) (PVC) adalah salah satu polimer thermoplastik paling penting
yang diproduksi oleh industri kimia. Produksi pada tahun 1980 di dunia mencapai 16.000 ton
per tahun dan pada tahun 1999 sudah mencapai 24,3 juta ton per tahun. Pada saat ini, PVC
adalah polimer terbesar ketiga yang dipakai di seluruh dunia setelah polietilen dan
polipropilen.
Reaksi tersebut dijaga selama 4 hari dibawah sinar matahari kemudian
terbentuklah serbuk putih PVC. Setelah dilakukan penelitian dan pengembangan dari proses
síntesis monomer dan polimer, skala komersial baru diproduksi setelah tahun 1930. Hal
tersebut dikarenakan, PVC sangat kaku dan sulit terbentuk. Namun setelah ditemukan cairan
tricresyl phosphate atau dibutyl phtalate disebut plastisizer, PVC mulai menarik untuk
diproduksi secara komersial
II. MONOMER. VINYL CHLORIDA (VC)
Proses pembuatan VC dari hidrokhlorinasi ethine (acetylene) menggunakan
katalis mercury(II) chlorida pada saat ini sudah jarang digunakan:
Teknologi Polimer-2011 Halaman 1
Vinyl colorida (VC), monomer dari PVC diperoleh pertama
kali pada tahun 1835 oleh Regnault ketika mereaksikan
antara 1,2-dichloroethan (ethylene dichloride) dengan larutan
potassium hidroksida :
POLY(VINYL CHLORIDE)
Pada saat ini, untuk memproduksi VC kebanyakan digunakan proses fisi secara
termal dari 1,2-dichloroethan:
1,2-Dichloroethane dihasilkan dari ethane dan chlorine.
VC dapat juga dihasilkan dari ethane, oksigen dan hidrogen colorida :
Vinyl chloride tidak berwarna, pada tekanan dan suhu ruangan merupakan gas
yang dapat terbakar. Oleh karena itu, polimerisasi dilakukan pada tekanan tinggi atau
dilakukan pada suhu -13,4 °C, dibawah titik didihnya. Sebagai contoh, jika reaksi dilakukan
pada suhu 50-75 °C, maka tekanan operasi yang digunakan mencapai 13 atm.
Disamping terbentuknya polimer, halogenasi atau hidrohalogenasi juga
berlangsung, meskipun sangat lambat. Pada saat berkontak dengan oksigen VC langsung
bereaksi membentuk chloride peroksida yang terurai menjadi formaldehid, carbon monoksida
dan hidrogen khlorida. Tanpa keberadaan oksigen, cahaya atau suhu tinggi, VC murni dan
kering sangat stabil dan dapat disimpan dalam waktu yang sangat lama. VC dapat
mengakibatkan kanker hati, paru-paru dan otak. Di awal tahun 1970, Dr. John Creech dan Dr.
Maurice Johnson adalah yang pertama kali menyadari bahaya monomer vinil klorida terhadap
risiko penyakit kanker. Para pekerja di bagian polimerisasi PVC didiagnosa menderita
angiosarkoma hati yang merupakan penyakit langka. Sejak saat itu, dilakukan studi terhadap
para pekerja di fasilitas polimerisasi PVC di Australia, Italia, Jerman, dan Inggris, dan
ditemukan kondisi yang serupa. Untuk itu, bekerja dengan VC membutuhkan peralatan
keselamatan dan teknik khusus.
III. MEKANISME REAKSI POLIMERISASI
Dalam pembuatan PVC dibutuhkan bahan baku utama dan bahan-bahan penyusun
lainnya. Bahan-bahan penyusun tersebut yang sangat berperan terhadap jenis PVC yang
dihasilkan. Dengan variasi bahan penyusun, dapat diperoleh polimer yang sangat tipis dan
elastis hingga polimer yang sangat tebal dan kaku. Bahan utam dan bahan-bahan penyusun
tersebut adalah :
Teknologi Polimer-2011 Halaman 2
POLY(VINYL CHLORIDE)
1. Bahan baku utama : VCM (Vinyl Chlorida Monomer)
Sifat kimia :
a) Rumus molekul : CH2=CHCl
b) Kelarutan : 0,1 gr/100 ml air pada 25 0C
d) VCM dihasilkan melalui proses yang sudah dijabarkan di bab sebelumnya.
Sifat fisika :
a) Bentuk : gas atau cair tak berwarna.
b) Density relatif : 0,9 gr/ml
c) Titik lebur : -154 0C
d) Titik didih : -13 0C
e) Tekanan uap : 346 Kpa pada suhu 25 0C
f) Bau : bau manis
g) Titik nyala : gas mudah menyala
h) Kondisi yang dihindari: sumber udara, O2, matahari, dan semua penyebab kebakaran
(sumber panas dan sumber nyala).
2. Bahan-bahan penyusun lainnya
1) Stabilizer
Dalam proses pembuatannya, PVC akan terdegradasi karena panas prosesnya. Hal ini
terindikasi dengan berubahnya warna PVC dari putih jernih menjadi kuning pucat
bahkan oranye. Stabiliser meningkatkan laju dehidroklorinasi sehingga perubahan
warna karena degradasi dapat dicegah. Stabiliser juga berperan dalam mencegah
degradasi karena radiasi ultra violet. Hal ini sangat penting untuk aplikasi PVC di luar
ruangan seperti frame jendela atau pintu. Jenis stabilizer yang digunakan antara lain :
basic lead carbonate, tribasic lead sulphate, dibasic lead phosphate, dibasic lead
phtalat, dibasic lead stearat dan lead silicate serta lead ortho silicate.
2) Plastisizer
Plastisizer memberikan sifat fleksibilitas terhadap PVC yang dihasilkan tergantung
dari jumlah yang ditambahkan selama proses polimerisasi. Plastisizer untuk PVC
mempunyai kelarutan yang hamper sama dengan PVC itu sendiri. Jenis dari plastisizer
yang digunakan antara lain pthalat base seperti DIOP, DAP dan DEHP; phosphate
base seperti TTP dan TXP.
3) Extender
Extender berfungsi seperti plastisizer. Dengan harga yang lebih murah, beberapa
extender dapat digunakan untuk menggantikan plastisizer. Contohnya adalah :
Teknologi Polimer-2011 Halaman 3
POLY(VINYL CHLORIDE)
chlorinated paraffin waxes, chlorinated paraffinic liquid fraction dan oil extract.
Beberapa jenis extender mempunyai kelarutan dibawah plastisizer namun masih dapat
ditoleransi sehingga dapat bercampur dengan baik.
4) Lubricant
Pelumas digunakan supaya dalam prosesnya, polimerisasi tidak terlalu kental. Jenis
pelumas yang digunakan antara lain : kalsium stearat.
5) Filler
Secara umum, filler digunakan dalam bahan isian PVC supaya mengurangi biaya yang
bersumber dari material. Selain sebagai bahan isian, beberapa filler juga sekaligus
dapat berfungsi untuk memberikan sifat fisika tertentu. Contoh filler yaitu : china clay,
kalsium karbonat, talc, barit dan silica.
6) Pigment
Zat warna ditambahkan pada proses polimerasasi untuk memberikan warna pada PVC.
Penggunaan zat warna harus disesuaikan jenisnya supaya fungsinya tidak mengganggu
fungsi bahan-bahan pembantu lain seperti plastisizer atau stabilizer.
7) Bahan-bahan pembantu lain seperti :
1. Katalis
Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di dalam reaktor.
Terdapat 2 macam katalis yang digunakan, yaitu Di-(2 - Ethylhexyl) Peroxy Dicarbonate
dan Cumyl Peroxy Neodecanoate.
2. Suspending agent
SA merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai pengontrol ukuran dan porositas
partikel yang berupa Poly(vinyl alkohol)
3. Terminator
Terminator merupakan bahan tambahan yang berfungsi untuk menghentikan reaksi dalam
proses polimerisasi. Contoh terminator yang digubakan adalah Methyl Phenol (C15H24O).
selain itu juga dapat digunakan Tert Buthyl Catechol (TBC) yang berfungsi sama seperti
Methyl Phenol namun bedanya TBC hanya digunakan pada saat –saat tertentu saja
(emergency only).
Polimerisasi paling umum yang digunakan untuk membuat PVC adalah
polimerisasi dengan radikal bebas. Cara lain yang digunakan adalah Ziegler-Nata, anionik dan
polimerisasi yang diinisiasi dengan radiasi. Untuk memudahkan pemisahan homolitik ikatan π
pada monomer, polimerisasi radikal terjadi pada langkah inisiasi. Secara umum, ada tiga cara
untuk menghasilkan radikal bebas yang dapat digunakan untuk polimerisasi VC :
Teknologi Polimer-2011 Halaman 4
POLY(VINYL CHLORIDE)
1. Thermal cleavage ikatan ozo atau peroxo;
2. Proses oksidasi-reduksi;
3. Metal alkyl yang berhubungan dengan Oksigen.
Setelah langkah inisiasi, pertumbuhan rantai pada langkah propagasi terjadi dengan cepat :
Langkah terakhir adalah terminasi dari pertumbuhan rantai dengan cara reaksi
perpindahan radikal menuju monomer. Radikal monomer tersebut dapat memulai rantai yang
baru.
IV. PROSES PEMBUATAN POLIMER
1. Polimerisasi Bulk
Polimerisasi bulk merupakan proses yang paling sedikit digunakan untuk
membuat PVC dari VC. Sekitar 10% saja dibandingkan penggunaan proses polimerisasi
suspensi dan emulsi. Keuntungan polimerisasi bulk adalah bahwa dapat dihasilkan produk
yang murni, yaitu produk yang bebas dari surfaktan, aditif maupun pelarut. Masalah yang
muncul adalah sulit mengontrol suhu yang berakibat sulitnya mengontrol laju reaksi. Proses
Pechiney-Saint-Gobain digunakan dalam pembuatan polimerisasi bulk skala industri karena
masalah pengontrolan panas dapat ditanggulangi. Cara yang digunakan adalah dengan
Teknologi Polimer-2011 Halaman 5
POLY(VINYL CHLORIDE)
menggunakan dua stage. Pada stage pertama, VC dipolimerisasi untuk memperoleh konversi
10% dalam bentuk pasta. Kemudian, massa yang bereaksi diteteskan kedalam autoclave
kedua untuk mencapai konversi 80%-85% dalam bentuk serbuk. Reaktor ini sengaja didesain
dengan pengaduk dan dilengkapi dengan kondenser. Apabila diinginkan polimer dengan
stabilitas thermal, maka reaksi dilakukan pada suhu rendah. Untuk melakukannya, diperlukan
inisiator yang dapat bekerja pada kisaran suhu -20 °C seperti katalis tipe redoks (organik
hidrogen peroksida dengan sulfur dioksida atau sulfur trioksida, organik hidrogen peroksida
dengan asam sulfinic atau turunannya dan organik hidrogen peroksida dengan hidroksi keton).
Proses ini tidak menggunakan suspending agent atau emulsifier sehingga produk yang
dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi. Polimerisasi secara bulk digunakan untuk
menghasilkan unplasticied PVC (UPVC).
2. Polimerisasi Larutan
Lebih dari 80% PVC diproduksi menggunakan proses polimerisasi suspensi.
Perbedaan dengan proses polimerisasi bulk adalah sebelum dimasukkan dalam reaktor, vinyl
chlorida ditambah air dengan perbandingan 2:1. Penyuspensi dapat berupa vinyl asetat, ether
selulosa, acrylic esther, vynil pyrrolidone, gelatin, lithium stearat, dll. Keberadaan
penyuspensi dibutuhkan untuk menstabilkan tetesan monomer dari kemungkinan koagulasi
dan untuk mengontrol dimensi dari partikel. Setelah proses polimerisasi, kelebihan monomer
ditampung atau dikembalikan ke reaktor. VCM didispersikan ke dalam air kemudian
ditambahkan stabilizer antara lain talcataubentonite. Inisiator ditambahkan di dalam suspensi
monomer. Inisiator yang digunakan untuk menghasilkan radikal bebas antara lain adalah :
peroxy dikarbonat, t-butylperpivalat, azobis dan acetyl cyclohexyl peroxy sulphonat. Polimer
dimurnikan dengan proses filtrasi, dicuci berulangkali dengan air suling dan dikeringkan
untuk memperoleh berat yang tetap dengan tekanan rendah dan suhu sekitar 50 °C. PVC yang
dihasilkan lebih murni, memiliki sifat isolasi listrik dan ketahanan panas yang baik serta lebih
jernih dari PVC emulsi.
3. Polimerisasi Emulsi
Monomer VCM dicampur dengan air dan ditambahkan stabilizer (sabun) dan
inisiator. Emulsifier yang digunakan antara lain garam alkali dan alkyl sulphonat. Inisiator
yang menghasilkan radikal bebas antara lain hydrogen peroksida, potassium persulphat dan
ammonium persulphat. Campuran dimasukkan ke dalam reaktor sehingga monomer teremulsi
masuk ke dalam soap micelle. Inisiator akan terurai menjadi radikal bebas sehingga berdifusi
ke dalam soap micelle untuk memulai polimerisasi PVC. Produk berbentuk lateks yang halus.
Teknologi Polimer-2011 Halaman 6
POLY(VINYL CHLORIDE)
Proses ini berlangsung relatif lebih cepat pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan
dengan metode lain. Produk yang dihasilkan memiliki daya tahan listrik rendah sehingga tidak
dapat dipakai untuk isolasi listrik.
V. SIFAT-SIFAT PVC
Sebagai suatu material, PVC mempunyai sifat fisika dan sifat kimia, yaitu :
1. Sifat Fisika
a) Bentuk dan warna : serbuk berwarna putih.
b) Bau : tidak berbau.
c) Tekanan uap : 0,1 mmHg.
d) Berat jenis : 0,40 – 0,60 gr/ml.
e) Titik nyala : 500 °F.
f) Kandungan air : 0,3 %.
g) Melunak pada suhu 65-85 °C dan mencair pada suhu 170 °C.
2. Sifat Kimia
a) Rumus molekul : [-CH2CHCl-]n
b) Daya suhunya terhadap minyak dan lemak cukup baik, adanya klorin membuat
plastik ini sukar terbakar.
c) Tidak larut dalam air
Reaksi : [- CH2 CHCl -]n + H2O
d) PVC bersifat keras, kaku, namun jernih dan mengkilap. Sangat sukar ditembus
air dan permeabilitas gasnya rendah.
e) Tahan terhadap alkali , isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan.
Sifat‐sifat polimer yang harus dioptimalkan pada proses produksinya adalah:
1. Berat molekul; menentukan proses polimerisasi dan sifat‐sifat produk.
2. Komposisi kimia; berhubungan dengan pembentukan kopolimer dan menentukan sifat
aliran pada saat pencairan polimer.
3. Ukuran butir dan lebarnya; menentukan cara penanganan bubuk dan prosesnya.
4. Sifat menyerap dari butir harus maksimal unutk memudahkan pemindahan reaksi
VCM.
5. Kemurnian; resin harus bebas dari kotoran.
6. Warna yang bagus dan stabilitas termal dibutuhkan untuk memungkinkan polimer
tidak terdegradasi
Teknologi Polimer-2011 Halaman 7
POLY(VINYL CHLORIDE)
VI. PROSES FABRIKASI PVC
Proses fabrikasi adalah proses pengolahan dari bijih plastik (pellet) ke bentuk
yang diinginkan. Ada berbagai jenis proses fabrikasi PVC yang paling umum dilakukan
antara lain:
1. Injection molding
Proses ini bersifat siklus, dapat menghasilkan produk dengan kepresisian yang tinggi.
Contoh PVC hasil injection molding: botol.
2. Ekstrusi
Proses ini bersifat kontinyu, massal, dan digunakan untuk produk yang tidak
memerlukan tingkat presisi yang tinggi seperi pipa, frame jendela, dll.
3. Calendering
Proses ini menghasikan produk berupa film atau lembaran‐lembaran tipis PVC.
Contohnya adalah plastic sampul.
4. Thermoforming
Proses ini mencetak produk PVC dengan memanaskan semacam lempengan PVC
kemudian ditekan ke cetakan sehingga membentuk sesuai dengan cetakan. Contohnya
cup untuk ice cream, kotak makanan, dll
VII. KEGUNAAN PVC
Produk PVC amat beragam. Namun secara garis besar dibagi menjadi dua yaitu
unplasticised PVC (UPVC atau PVC‐U) yang bersifat rigid dan plasticised PVC yang bersifat
fleksibel.
1. Aplikasi PVC Rigid
PVC Rigid itu keras dan kaku. Salah satu penggunaan UPVC yang paling besar adalah
untuk frame jendela (profil). Material ini mudah untuk dilas dan ditempelkan, bahkan dengan
formulasi tertentu aman untuk digunakan pada aplikasi kemasan makanan. Aplikasi UPVC
termasuk: Bangunan / Konstruksi: frame jendela, pipa air, lantai, frame pintu, lembaran atap,
genteng. Electrical engineering: pipa insulasi, rumah telepon, rumah stop kontak. Mechanical
engineering: pipa bertekanan, rumah thermostat, pipa sambungan, ventilasi. Packaging: casing
pulpen, botol oli dan makanan, kotak cream, dll.
2. Aplikasi PVC Fleksibel
PVC yang diberi plasticiser lebih fleksibel. Sifat mekanik dari PVC jenis ini
bergantung pada tipe dan kuantitas plasticiser yang ditambahkan. Aplikasi PVC fleksibel
meliputi: Electrical engineering: insulasi kabel dan kawat, soket, kepala kabel. Mechanical
Teknologi Polimer-2011 Halaman 8
POLY(VINYL CHLORIDE)
engineering: pipa, komponen mobil dan komputer. Bangunan/kosntruksi: cover lantai, perekat
jendela dan pintu. Medis: Tas penyimpan Darah Lain‐lain: selang, mainan anak‐anak, masker
penyelam, sepatu boot, jas hujan, sabuk pengaman, jok sepeda, kemasan makanan, sepatu,
cover dinding,dll.
3. Kode Segitiga Plastik
PVC dianggap sebagai jenis plastik yang paling berbahaya bersentuhan langsung dengan
makanan. Hal ini karena PVC mengandung DEHP (Dietil Heksi Pthalat) yang dapat bereaksi
dengan makanan yang dikemas dengan plastik berbahan PVC. DEHP ini lumer pada suhu 150
°C.
Daur ulang PVC saat ini tidaklah populer karena biaya untuk menghancurkan dan
memproses kembali resin PVC lebih mahal dari pada membuat resin PVC dari bahan
bakunya. Beberapa pembuat PVC telah menempatkan program daur ulang PVC, mendaur
ulang sampah PVC kembali menjadi produk baru sebagai upaya untuk mengurangi perluasan
lahan pembuangan sampah. Proses depolimerisasi termal bisa dengan aman dan efisien
mengubah PVC menjadi bahan bakar, namun hal ini tidak dilakukan secara luas.
VIII. PUSTAKA
Brydson J.A., 1999, Plastic Materials, 7th ed., Butterworth Heinneman, London
Kricheldorf R, Swift G, Nuyken O, 2005, Handbook of Polymer Synthesis, 2nd ed.,
Marcel Dekker, New York
Matar, Sami, 2000, Chemistry of Petrochemical Processes, 2nd ed., Gulf
Publishing Company, Texas
Tadmor, Zehev, 2006, Principles of Polymer Processing, 2nd ed., John Wiley and
Sons, New Jersey
Teknologi Polimer-2011 Halaman 9
Wadah plastik yang kita gunakan dapat diketahui berbahaya atau tidak
dengan melihat kode yang biasanya terdapat dalam bawah wadah plastik.
Kode tersebut menunjukkan dari jenis bahan apa plastik itu dibuat. Kode
tersebut berupa segitiga yang terdiri dari 3 anak panah atau dengan huruf
yang merupakan singkatan nama bahan pembuat plastik.
Top Related