MAKALAH FISIKA POLIMER

JUDUL

SIFAT LISTRIK POLIMER

Disusun oleh :

Rahmania Mawasah (1111100037)

Saiful Abidin (1111100046)

Dosen pembimbing :

Dr. Mashuri

JURUSAN FISIKA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

1

DAFTAR ISIDAFTAR ISI .......................................................................................................... 1I. POLIMER ........................................................................................................... 21.1 Definisi Polimer ................................................................................................. 21.2 Klasifikasi Polimer ............................................................................................. 2II. SIFAT LISTRIK POLIMER ............................................................................ 52.1 Polimer Konduktif .............................................................................................. 52.2 Sifat Polimer konduktif ...................................................................................... 52.3 Keuntungan Polimer Konduktif ......................................................................... 62.4 Aplikasi Polimer Konduktif ............................................................................... 62.5 Perbedaan antara Polimer Konduktif dengan Polimer Semi Isolator ................. 7DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 8

2

BAB IPOLIMER

1.1 Definisi PolimerSuatu polimer adalah rantai berulang dari atom yang panjang, terbentuk dari

pengikat yang berupa molekul identik yang disebut monomer. Sekalipun biasanyamerupakan organik (memiliki rantai karbon), ada juga banyak polimer inorganik.Contoh terkenal dari polimer adalah plastik.

Meskipun istilah polimer lebih populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimersebenarnya terdiri dari banyak kelas material alami dan sintetik dengan sifat dankegunaan yang beragam. Bahan polimer alami seperti shellac dan amber telahdigunakan selama beberapa abad. Kertas diproduksi dari selulosa, sebuah polisakaridayang terjadi secara alami yang ditemukan dalam tumbuhan. Biopolimer seperti proteindan asam nukleat memainkan peranan penting dalam proses biologi.

1.2 Klasifikasi PolimerKlasifikasi polimer berdasarkan jumlah rantai karbonnya antara lain:

1. 1 ~ 4 Gas (LPG)

2. 5 ~ 11 Cair (bensin)

3. 9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah

4. 16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli)

5. 25 ~ 30 Padat (parafin, lilin, dll)

6. 1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen, dll)

Klasifikasi polimer berdasarkan sumbernya adalah sebagai berikut.

1. Polimer alami: kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut

2. Polimer sintetis

a. Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren

b. Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis

c. Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan dasarnya dariselulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehinggakehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)

Klasifikasi polimer berdasarkan reaksi pembentukannya antara lain:Dua jenis utama dari reaksi polimerisasi adalah polimerisasi adisi dan polimerisasi

kondensasi. Jenis reaksi yang monomernya mengalami perubahan reaksi tergantungpada strukturnya. Suatu polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalamunit ulangnya, sedangkan polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebihsedikit karena terbentuknya produk sampingan selama berlangsungnya prosespolimerisasi.

3

a. Polimer AdisiReaksi pembentukan teflon dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen

disebut reaksi adisi. Perhatikan Gambar 1 yang menunjukkan bahwa monomeretilena mengandung ikatan rangkap dua, sedangkan di dalam polietilena tidakterdapat ikatan rangkap dua.

Gambar 1. Monomer etilena mengalami reaksi adisi membentuk polietilena yang digunakansebagai tas plastik, pembungkus makanan, dan botol. Pasangan elektron ekstra dari ikatan rangkapdua pada tiap monomer etilena digunakan untuk membentuk suatu ikatan baru menjadi monomer

yang lain

Menurut jenis reaksi adisi ini, monomer-monomer yang mengandung ikatanrangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain,membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi adisimengandung semua atom dari monomer awal. Berdasarkan Gambar 1 yangdimaksud polimerisasi adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksipolimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi darimonomer-monomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi ini tidakdisertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H2O atau NH3.

Contoh lain dari polimer adisi diilustrasikan pada Gambar 2. Suatu filmplastik yang tipis terbuat dari monomer etilen dan permen karet dapat dibentukdari monomer vinil asetat.

Gambar 2. Polietilen dan polivinil asetat adalah contoh polimer yang dibuat melalui polimerisasiadisi

4

Dalam reaksi polimerisasi adisi umumnya melibatkan reaksi rantai.Mekanisme polimerisasi adisi dapat dibagi menjadi tiga tahap yang dapat dilihatpada gambar 3.

Gambar 3. Tahapan polimerisasi

Sebagai contoh mekanisme polimerisasi adisi dari pembentukan polietilenaa) Inisiasi, untuk tahap pertama ini dimulai dari penguraian inisiator dan adisi

molekul monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk.b) Propagasi, dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer pada radikal

monomer yang terbentuk dalam tahap inisiasi. Bila proses dilanjutkan akanterbentuk molekul polimer yang besar, dimana ikatan rangkap C=C dalammonomer etilena akan berubah menjadi ikatan tunggal C–C pada polimerpolietilena.

c) Terminasi, dapat terjadi melalui reaksi antara radikal polimer yang sedangtumbuh dengan radikal mula-mula yang terbentuk dari inisiator atau antararadikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal polimer lainnya, sehinggaakan membentuk polimer dengan berat molekul tinggi.

b. Polimer KondensasiPolimer kondensasi terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer

yang sama atau monomer yang berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai dengan terbentuknya molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl.Di dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer bereaksisecara adisi untuk membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yangdibentuk akan bersamaan dengan dihasilkannya suatu molekul kecil (biasanyaair) dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harusmempunyai dua gugus fungsional, sehingga dapat menambahkan pada tiapujung ke unit lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebutreaksi kondensasi. Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom hidrogen dari satuujung monomer bergabung dengan gugus -OH dari ujung monomer yang lainnyauntuk membentuk air. Contoh dari reaksi polimerisasi kondensasi adalah bakelityang bersifat keras dan dracon yang digunakan sebagai serat pakaian dan karpet,pendukung pada tape audio, tape video, dan kantong plastik. Monomer yangdapat mengalami reaksi polimerisasi secara kondensasi adalah monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsi seperti gugus –OH, -COOH, dan NH3.

5

BAB IISIFAT LISTRIK POLIMER

2.1 Polimer KonduktifUmumnya polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non konduktif. Penelitian

polimer telah menemukan berbagai polimer yang bersifat konduktif maupun semi-konduktif. Polimer konduktif adalah polimer yang dapat menghantarkan arus listrik.Hantaran listrik terjadi karena ada elektron ikatan terdelokalisasi yang mempunyaistruktur pita seperti silikon. Polimer konduktif kebanyakan semikonduktor karenastruktur pita mirip silikon, tetapi ada beberapa polimer yang mempunyai gap pitakosong, sehingga bersifat seperti logam.

Pada oktober 2000 Alan Fleeger dan Shirakawa memperoleh penghargaan nobelkimia dalam kerjanya dibidang polimer konduktif. Pekerjaan dengan polimer inidimulai pada polyacetilen. Polimer banyak dipelajari karena struktur, sifat, danmekanismenya yang unik dan atraktif. Penemuan polimer yang dapat menghantarkanarus listrik dikenal dengan polimer konduktif pada pertengahan tahun 1970-an dan telahmelahirkan penelitian yang intensif yang menunjukkan sifat-sifat elektrik pada polimeryang berkisar dari insulating (tidak dapat menghantar), semikonduktif sampaikonduktif. Material jenis baru yang bersifat semikonduktif dan konduktif ini dapatdisebut gabungan sifat-sifat elektrik dan optik semikonduktor anorganik dengan polimeryang memiliki kelenturan mekanis. Akan tetapi mekanisme pembawa muatan dantransport muatan pada polimer semikonduktif memiliki perbedaan mendasar dengansemikonduktor anorganik.

2.2 Sifat Polimer KonduktifPolimer semikonduktif dan konduktif adalah polimer terkonjugasi yang

menunjukkan perubahan ikatan tunggal dan ganda antara atom-atom karbon pada rantaiutama polimer. Ikatan ganda diperoleh dari karbon yang memiliki empat elektronvalensi, tetapi pada molekul terkonjugasi hanya memiliki tiga (kadang-kadang dua)atom lain. Elektron yang tersisa membentuk ikatan elektron yang terdelokalisasi padaseluruh molekul. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktif jika mempunyai ikatanrangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimer terkonjugasi adalah plastik tradisonal(polyethylen), sedangkan polimer konduktif antara lain: polyacetilen, polpyrol,polytiopen, polyaniline, dan lain lain.

Polimer konduktif dapat dibuat dari polyacetilen. Polyacetilen merupakan polimerterkonjugasi sederhana yang mempunyai dua bentuk yaitu bentuk cis dan transpolyacetilen. Sedangkan pembuatan polyacetilen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu

1. Cara Pemanasan2. Cara Dopping

Polyacetilen bentuk trans dibuat dengan kondisi temperatur yang berbeda.

Temperatur (oC) % trans

150 100100 92.550 67.6

6

18 40.70 21.4

-18 4.6-78 1.9

Temperatur yang menunjukan proses isomerisasi irreversibel dengan bentuk cisterjadi pada temperatur yang lebih tinggi pada 145oC menghasilkan bentuk trans.Bentuk cis secara termodinamika kurang stabil dibandingkan dengan bentuk trans. Padatemperatur tinggi dan secara spontan isomer cis dapat berubah menjadi trans.

Konduktifitas polyacetilen dapat ditingkatkan dengan proses halogenasi. Strukturpolyacetilen dapat mengalami resonansi sehingga konduktifitasnya menjadi lebih besar.Adanya resonansi pada poliasetilen menyebabkan material dapat menghantarkan aruslistrik.

Trans polyacetilen mempunyai konduktifitas listrik yang lebih tinggi karena transpolyacetilen mempunyai dua degenerasi keadaan dasar. Untuk memperbesar hantaranlistrik polimer terkonjugasi dapat dilakukan dengan cara dopping. Cis dan transpolyacetilen merupakan semikonduktor dengan konduktifitas relatif rendah. Bahanpolyacetilen dapat didoping untuk membentuk semikonduktor tipe p atau tipe n. Padadoping tinggi tingkat efektifitas sama dengan bahan logam.

2.3 Keuntungan Polimer KonduktifAdapun beberapa keuntungan dari polimer konduktif adalah sebagai berikut.

1. Merupakan gabungan dari sifat logam dan plastik

2. Konduktifitas tinggi

3. Terang/tembus cahaya/transparan

4. Prosesnya mudah dan tidak rumit

5. Harganya murah

6. Sintesisnya bisa dipilih

2.4 Aplikasi Polimer Konduktif

Seperti yang telah diketahui bahwa polimer memiliki banyak aplikasi pada kehidupan

sehari-hari. Untuk aplikasi dari polimer konduktif antara lain:

1. Full color display

2. Ink-jet printing

3. Commercial products (Norelco spectra 8894 XL, Philips/CDT)

4. Organic Solar Cells

7

2.5 Perbedaan antara Polimer Konduktif dengan Polimer Semi Isolator

Polimer konduktif dalam keadaan normal tidak konduktif, akan menjadi konduktifjika telah dilakukan pengurangan atau penambahan elektron, yaitu dengan caramelakukan pendopingan baik itu p-doping atau n-doping. Polimer konduktif merupakanpolimer yang dapat menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena adaelektron ikatan terdelokalisasi yaitu kecenderungan elektron terluar untuk berpindahdari satu tingkatan ke tingkatan yang lain yang mempunyai struktur pita seperti silikon.Polimer konduktif kebanyakan semikonduktor karena struktur pita mirip silikon.

Polimer semi isolator adalah suatu campuran polimer yang amorf dan isolatifdengan montmorillonite yang mengandung alumina silikat dalam bentuk resin ataupasta yang jika dilapiskan dan ditempatkan diantara 2 lempeng logam pada jaraktertentu dengan dialiri arus listrik akan memberikan adanya anomali hambatan bocor.

Polimer dikatakan sebagai polimer yang terkonjugasi karena pada rantai polimertersusun atas ikatan–ikatan atau rantai karbon yang ikatannya adalah diapit oleh ikatanrangkap dua/ikatan ganda.

Polianilin merupakan polimer konduktif yang mana mempunyai ikatan rangkaptunggal. Adanya ikatan tersebut memungkinkan terjadinya aliran elektron dalam rantaipolimer, sehingga polianilin menjadi konduktif (mempunyai stabilitas cukup tinggiterhadap gangguan udara luar dan mempunyai potensi aplikasi yang luas, seperti bateraisekunder, LED dan FET). Sifat dari polianilin diantaranya adalah mudah untukdisintesis, memiliki kestabilan yang tinggi terhadap lingkungan, mudah diubahkonduktivitasnya dengan cara doping dan tahan korosi. Polianilin memiliki sifat listrikdan optik yang dapat dibalik melalui proses doping. Konduktivias polianilin berkisarantara 10-10 sampai 100 S/cm.

Polimer semi isolator dalam tinjauan sebagai bahan elektronik dapat diaplikasikanpada substrat. Semi-isolator memiliki kapasintasi yang rendah. Karena polimer semi-isolator dapat bersifat isolator setelah temperaturnya dinaikkan, maka polimer semiisolator ini mempunyai kecenderungan untuk menghantarkan listrik, yang mana setelahterjadi peristiwa eksitasi elektron dari pita valensinya ke pita konduksi dari material ini.Energi aktivasi listrik dari polimer semi-isolator ditentukan dari ketergantungan tahananitu yaitu 1,0 eV. Garis (fotoluminesen suhu rendah) LTPL mendekati 1,00 dan 1,34 eVyang mana untuk mengetahui polimer semi-isolator bersifat isolator yang didasarkanpada pengujian sifat kelistrikan. Ketika polimer semi-isolator ini direndam dalamnitrogen cair akan menurun resistansinya bilamana bahan polimer semi-isolator yangdigunakan lebih tebal.

8

DAFTAR PUSTAKA

A.B.Glanvill and E.N.Denton. 1995. Injection Mould Design Fundamentals. Industrial

Press INC. 200 Madison Aveneu New York.

Donald V Rosato, Dominick V Rosato. 1995. Injection Molding Handbook. Chapman

and Hall. New York.

Georg Menges, Paul Mohren. 1997. How to Make Injection Molds. Hanser Publisher.

Munich Vienna New York Barcelona.

Herbert Rees. 1995. Mold Engineering. Hanser/Gardner Inc. Cincinnati.

H. Domininghaus. 1993. Plastics foe Engineers. Hanser Publishers. Munich. Vienna.

New York. Barcelona.

Ronald . J. Baird. 1986. Industrial Plastik. The Goodheart – Willcox Company. Inc.

New York.