(12) kimia dan struktur polimer

BAB 11. POLIMER

TK-3111 BAHAN KONSTRUKSI DAN KOROSI

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Outline

Molekul polimer dan hirdokarbon

Sifat kimia molekul polimer

Berat molekul dan bentuk

Struktur molekul dan konfigurasi

Kopolimer

Kristal polimer




Polimer: Pendahuluan (1)

Polimer molekul raksasa yang terdiri dari (minimal 5)

repeated unit (mers) yang saling terikat seperti manik-

manik pada tali.

Polimer dapat terdiri dari lebih dari 5 monomer dan

beberapa polimer dapat memiliki 100-1000 monomer di

setiap rantai

Polimer terdiri dari 2 jenis:

Polimer alam (selulosa, DNA)

Polimer sintesis (nilon, polietilen)




Polimer: Pendahuluan (2)

Terdapat banyak aktivitas

penelitian penting yang

melibatkan polimer

Oragnisme hidup memiliki

komponen utama polimer

asam amino (protein), asam

nukleat (RNA dan DNA), dan

biopolimer lain.

Otak kita terdiri dari bahan

polimer yang sangat

kompleks




Benang sutra diproduksi oleh ulat sutra

dalam kepompong untuk melindungi ulat

sutra saat metamorfosis menjadi ngengat

Molekul Hidrokarbon (1)

Sebagian besar polimer adalah organik dan merupakan

molekul hidrokarbon

Setiap atom C memiliki 4 elektron yang berpartisipasi

dalam ikatan, setiap atom H memiliki satu ikatan elektron




Molekul Hidrokarbon (2)

Ikatan rangkap dan rangkap 3

dapat terjadi di antara atom C.

Ikatan jenis ini disebut ikatan tak

jenuh. Molekul tak jenuh akan

lebih reaktif dibanding molekul

jenuh




Isomer merupakan molekul

yang memiliki rumus molekul

yang sama namun berbeda

struktur. Contohnya butana

dan isobutana

Molekul Polimer

Molekul polimer berukuran sangat besar : makromolekul

Sebagian besar polimer terdiri atas rantai panjang dengan

atom C.

Ikatan rangkap mungkin ada pada rantai utama ataupun

cabang

Unit yang berulang pada polimer disebut dengan mer

Mer tunggal disebut denganmonomer




Kimia Molekul Polimer

Etilen (C2H4) berfasa gas pada temperatur kamar dan tekanan

atmosfer

Eliten dapat berubah menjadi polietilen dengan membentuk

mer aktif lewat reaksi dengan inisiator

(.) = situs aktif

POLIMERISASI

1. Reaksi inisiasi

1. Propagasi cepat ~1000 mer per unit

2. Terminasi





Penukaran atom hidrogen di

polietilen: politetrafloroetilen

(PTFE)-teflon

Penukaran setiap 4 buah atom

hidrogen di polietilen dengan Cl :

polivinilklorida

Penukaran setiap 4 buah atom

hidrogen di polietilen dengan

CH3 :polipropilen





Saat semua mer sama = homopolimer

Saat terdapat lebih dari satu mer dalam satu rantai =

kopolimer

Unit mer yang memiliki 2 ikatan aktif untuk menghasilkan

rantai dengan mer lain = bifungsi

Unit mer yang memiliki 3 ikatan aktif untuk menghasilkan

rantai dengan mer lain = trifungsi




Berat Molekul

Berat molekul polimer bergantung pada laju inisiasi,

propagasi dan terminasi saat polimerisasi




Berat Molekul

Alternatif lain untuk menyatakan ukuran rantai adalahderajat polimerisasi

Titik leleh meningkat seiring dengan peningkatan beratmolekul

Pada T kamar, polimer rantai pendek (~100 g/mol) memiliki fasa cair atau gas, polimer rantai sedang (~ 100 g/mol) memiliki fasa padat yang kental, polimer padatmemiliki berat molekul 104 107 g/mol




Bentuk Molekul

Sudut antara ikatan atom karbon ~109o pola atom

karbon zigzag pada molekul polimer

Rantai polimer berputar

mengelilingi ikatan C-C




Bentuk Molekul

Rantai molekul dapat berbentuk lengkung, coil atau lilitan

Karakteristik mekanik dan termal bergantung pada

kemampuan rantai untuk berotasi




Struktur Molekul

1. Polimer linear: ikatanVan de Waals antar rantai

(polietilen, nilon)

2. Polimer bercabang: efisiensi packing rantai berkurang

dibanding polimer linear densitas lebih rendah




Struktur Molekul

3. Polimer cross-linked : rantai dihubungkan dengan ikatan

kovalen. Dihasilkan dengan penambahan atom atau

molekul yang membentuk ikatan kovalen antar rantai.

4. Polimer jaringan: jaringan 3D yang disusun oleh mer

trifungsi (epoksi, fenol-formaldehid)




Isomer

Campuran hidrokarbon dengan komposisi yang sama

namun memiliki komposisi atom yang berbeda

Jenis isomer : stereoisomer dan isomer geometri




Stereoisomer

1. Konfigurasi isotaktik

2. Komfigurasi sindiotaktik

3. Konfigurasi ataktik




Isomer Geometri




Ukuran-Bentuk-Struktur




Kopolimer




Kristalinitas Polimer

Susunan atom pada kristal

polimer jauh lebih rumit

dibandingkan dengan logam

dan keramik

Unit sel polimer biasanya

besar dan sangat kompleks





Molekkul polimer

biasanya kristalin

sebagian

Daerah kristalin biasanya

terdispersi pada bahan

amorfnya





Derajat kristalinitas ditentukan oleh:

1. Laju pendinginan selama solidifikasi : waktu sangat penting

untuk perpindahan rantai pada struktur kristal

2. Kompleksitas mer : kristalisasi biasanya tidak terjadi pada

struktur polimer yang kompleks. Struktur polimer yang

sederhana seperti polietilen akan lebih mudah

terkristalisasi

3. Konfigurasi rantai : polimer linear akan lebih mudah

terkristalisasi, polimer jaringan hanpir seluruhnya amorf,

cabang akan menghambat kristalisasi, polimer cross linked

dapat membenetuk kristal ataupun amorf





4. Isomer : isotaktik, sindiotaktik polimer terkristalisasi dengan

mudah. Atactik sulit untuk terkristalisasi

5. Kopolimer : kopolimer mudah terkristalisasi apabila susunan

mer sederhana.

Kristalinitas meningkat : densitas, kekuatan, ketahanan

terhadap kelarutan dan pelunakan akibat panas

MENINGKAT




Kristal Polimer

Panjang rantai rata-rata jauh lebih besar dibanding tebal

kristal




Kristal Polimer

Spherulite : agregat dari lamela kristal, tebal ~ 10 nm,

dipisahkan oleh bahan amorf.




(12) kimia dan struktur polimer

Documents