chapter ii_4.pdf

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Bahan polimer, disadari atau tidak, telah digunakan oleh manusia dalam

kehidupan sehari-hari. Mulai dari pakaian, perlengkapan rumah tangga, peralatan

rumah sakit, alat transportasi, TV, computer, sampai kepada telepon seluler.

Sementara itu, penggunaan bahan polimer sebagai pengganti bahan metal dan

keramik sangat berkembang dengan pesat dewasa ini dengan berbagai alasan seperti :

ringan, tahan terhadap korosi, mudah dibentuk, dan sangat penting lagi murah dari

segi produksi maupun harga. Hal inilah yang menyebabkan industri-industri selalu

berlomba dalam menciptakan bahan-bahan teknik yang berbasiskan polimer dengan

perkembangan teknologi yang maju. Di Indonesia sendiri, modifikasi ataupun

peralihan penggunaan bahan metal kepada bahan polimer sangat diharapkan

mengingat Indonesia kaya akan bahan polimer terutama yang alami seperti karet,

serat, kulit, dan sebagainya (Halimahtuddahliana, 2008).

2.2 Tinjauan Umum Polimer

Polimer berasal dari bahasa Yunani yaitu dari kata poly (banyak) dan meros

(bagian-bagian). Polimer merupakan bahan kimia yang sangat penting dalam

kehidupan manusia.

Polimer merupakan molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan

kimia yang kecil dan sederhana. Unit yang berulang dari suatu polimer biasanya

berasal dari monomer yang sama, namun tidak menutup kemungkinan polimer

terbentuk dari dua jenis monomer atau lebih.

Polimer didefenisikan sebagai senyawa berbobot molekul besar yang

terbentuk dari penggabungan berulang secara kovalen (polimerisasi) molekul

sederhana (monomer). Jumlah satuan struktur berulang dalam rantai polimer (n)

dikenal dengan derajat polimerisasi (DP). Berdasarkan jumlah satuan berulangnya,

hasil polimerisasi monomer dapat disebut dimer, trimer, tetramer,, dst bila

masing-masing n = 2, 3, 4,., dst. Polimer dengan derajat polimerisasi besar

Universitas Sumatera Utara

(bobot molekul > 104) disebut polimer tinggi, sedang polimer dengan bobot molekul

rendah (

4. Tacticity (taktisitas)

Taktisitas menggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai

karbon. Ada tiga jenis taktisitas yaitu isotaktik dimana gugus-gugus

subtituennya terletak pada satu sisi yang sama, sindiotaktik dimana gugus-

gugus subtituennya lebih teratur, dan ataktik dimana gugus-gugus

subtituennya terletak pada sisi yang acak.

Berbagai teknik telah dikenali untuk mengenali sifat-sifat dari polimer.

Angle X-ray scattering digunakan untuk mengenali struktur kristal polimer. Gel

Permeation Chromatography digunakan untuk mengetahui berat molekul rata-rata

jumlah polimer (Mn), berat molekul rata-rata berat polimer (Mw), dan polidisperity

polimer. FTIR dan NMR digunakan untuk mengetahui komposisi polimer.

Calorymetric dan Dynamic Mechanical Analysis digunakan untuk mengetahui titik

leleh polimer. Pyrolisis digunakan untuk mengetahui struktur polimer (Kumar dan

Gupta, 2003).

2.2.2 Proses Polimerisasi Secara Umum

Pada umumnya proses polimerisasi (pembentukan polimer) dibagi menjadi

dua cara, yaitu polimerisasi kondensasi dan polimerisasi adisi.

2.2.2.1 Polimerisasi Kondensasi (Step Polymerization)

Menurut M.A Cowd pada tahun 1991, polimerisasi kondensasi yaitu

polimerisasi yang terjadi pada saat zat bermassa molekul rendah, dimana terjadi

reaksi antara dua molekul bergugus fungsi banyak (molekul yang mengandung dua

gugus fungsi atau lebih yang dapat bereaksi) dan terbentuk satu molekul besar

bergugus fungsi banyak, disertai penyingkiran molekul kecil (seperti air).

Contohnya, jika campuran ethanol (etil alkohol) dan asam etanoat (asam

asetat) dipanasi bersama sedikit asam sulfat pekat, akan dihasilkan ester etil etanoat

(etil asetat) yang disertai penyingkiran air, reaksinya :

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

Reaksi berhenti sampai disini, karena tidak terdapat gugus fungsi yang dapat

bereaksi (pada contoh ini gugus COOH dan -OH) akan tetapi, jika tiap molekul


pereaksi mengandung dua atau tiga gugus fungsi, maka reaksi berikutnya dapat

terjadi.

Misalnya reaksi antara 2 monomer asam heksanadioat (asam adiapat) dan

etana 1,2-diol :

HOOC(CH2)4COOH + HO(CH2)OH HO(CH2)2COO(CH2)4COO(CH2)2OH + H2O

Polimerisasi kondensasi hampir selalu berlangsung secara bertahap dengan reaksi

antara pasangan gugus fungsi, sehingga terbentuk dimer, trimer, tetramer, dan

seterusnya hingga terbentuk polimer.

Polimer yang terbentuk mengandung kesatuan yang berulang, berikut

reaksinya :

[-O(CH2)2COO(CH2)4CO-]n

Dengan demikian massa molekul nisbi bertambah secara bertahap selama

reaksi berlangsung dan waktu reaksi lama jika diperlukan massa molekul polimer

nisbi yang besar. Jadi berbeda dengan polimerisasi adisi rantai yang membentuk

polimer bernassa molekul besar sekaligus.

2.2.2.2 Polimerisasi Adisi (Chain Polymerization)

Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang melibatkan reaksi rantai dan

disebabkan oleh radikal bebas (partikel reaktif yang mengandung elektron tak

berpasangan) atau ion. Polimer penting yang dihasilkan melalui polimerisasi adisi

adalah turunan etena berbentuk CH2=CHX atau CH2=CXY, yang disebut monomer

vynil.

Menurut F.W Billmeyer pada tahun 1984 reaksi umumnya dapat dituliskan

sebagai berikut :

CH2=CH -CH2-CH-CH2-CH- dst

X X X

Polimerisasi ini berlangsung sangat cepat (beberapa detik). Reaksi

keseluruhannya memakan waktu lama, karena penelitian menunjukan bahwa reaksi

rantai berlangsung dalam suatu deret reaksi cepat yang diselingi waktu yang cukup

panjang yang diistilahkan sebagai gejolak (Kumar dan Gupta, 2003).


Perbedaan mekanisme rekasi polimerisasi kondensasi dan polimerisasi adisi

menurut F.W Billmeyer pada tahun 1984 dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Perbedaan Antara Mekanisme Polimerisasi Kondensasi dengan

Polimerisasi Adisi

Polimerisasi Kondensasi Polimerisasi Adisi

Reaksi terjadi dengan adanya dua

jenis molekul

Monomer dapat dihilangkan lebih

awal di dalam reaksi: pada saat

DP=10, Kurang dari 1% monomer

sisa

Berat molekul polimer terjadi

dengan adanya reaksi Steady (Tetap)

secara perlahan

Lama waktu reaksi sangat penting

untuk mencapai berat molekul yang

tinggi

Beberapa tahap molekul akan

didistribusikan

Reaksi memanjang dengan adanya

pengulangan unit monomer setiap

saat

Konsentrasi monomer menurun

perlahan sesuai dengan reaksi steady

Polimer tinggi terbentuk sekali,

yaitu pada saat polimer terjadi

perubahan BM sudah tinggi. Lama

waktu reaksi menyebabkan yield

tinggi, namun BM menjadi kecil.

Reaksi pencampuran hanya berisi

monomer tinggi, kira-kira

seperseribu bagian dari rantai yang

menunjang

Sumber : (Purba, 2000)

Oleh karena pembawa rantai dapat berupa radikal bebas ataupun ion, maka

polimerisasi adisi selanjutnya dapat digolongkan kedalam dua golongan, yaitu

Polimerisasi Radikal Bebas dan Polimerisasi Ion.

A. Polimerisasi Radikal Bebas

Menurut F.W Billmeyer pada tahun 1984, tahap-tahap yang terjadi pada

polimerisasi radikal bebas yaitu:

1. Inisiasi (tahap pemicuan)

Pemicuan dapat dipandang sebagai penguraian pemicu dan adisi molekul

monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Jika merupakan

pemicu , R sebagai Radikal Bebas dan molekul monomer dinyatakan dengan

CH2=CHx.

2. Propagasi (tahap perambatan)

Pada tahap ini terbentuk rantai radikal, dan dapat berturut-turut bereaksi

dengan monomer sehingga memperbanyak rantai.

3. Terminasi (tahap pengakhiran)


B. Polimerisasi Ion

Menurut M.A.Cowd pada tahun 1991, polimerisasi ion dapat berlangsung

dengan mekanisme yang tidak melibatkan radikal bebas. Misalnya, pembawa rantai

dapat berupa ion carbonium (polimerisasi kation) atau carbonium (polimerisasi

anion).

a. Polimerisasi Kation

Pada polimerisasi ini, monomernya CH2=CHX dan pembawa rantainya

adalah ion karbonium. Katalis yang digunakan pada reaksi polimerisasi

adalah asam Lewis (penerima pasangan elektron) dan katalis Friedel-Crafts

(AlCl3, AlBr3, BF3, TiCl4, SnCl4, H2SO4 dan asam kuat lainnya). Berbeda

dengan polimerisasi radikal bebas yang umumnya berlangsung pada suhu

tinggi, polimerisasi kation paling baik berlangsung pada suhu rendah.

Misalnya, polimerisasi 2-methyl propena (isobutilena) berlangsung sangat

cepat pada suhu -100 oC dengan adanya katalis AlCl3 atau BF3. Pelarut sangat

berpengaruh, sebab mekanisme ion melibatkan partikel-partikel bermuatan.

Sedangkan radikal bebas umumnya netral. Polimerisasi kation sering terjadi

pada monomer yang mengandung gugus pelepasan elektron.

b. Polimerisasi Anion

Pada polimerisasi anion, monomer H2C=CX, dan karbonium bertindak

sebagai pembawa rantai. Monomer yang dapat mengalami polimerisasi

seperti ini adalah propenitril (akrilonitril), metil 2-metil propeonat (metil

metakrilat), dan fenilethena (styrena). Polimerisasi anion bersuhu rendah (-73

oC). Katalis yang dipakai meliputi logam alkali, alki, aril dan amida logam

alkali. Salah satu penerapan paling awal polimerisasi ini dalam dunia industri

adalah pada pembuatan karet sintetis, di Jerman dan Rusia, dari buta-1,3-

diena (butadiena) dengan katalis logam alkali.

2.2.3 Penggolongan Polimer

Polimer dapat dibedakan berdasarkan asalnya, jenis monomer penyusunnya,

pengaruh panas terhadap sifat fisiknya dan berdasarkan strukturnya.

1. Berdasarkan asalnya


Polimer dibedakan menjadi polimer alam dan polimer sintetik. Polimer alam

telah banyak dikembangkan sejak tahun 1880 untuk memproduksi berbagai material.

Polimer sintetik merupakan polimer yang dibuat di pabrik dan tidak terdapat di alam.

Polimer ini meliputi semua jenis plastik, serat, karet sintetik dan nilon.

Beberapa contoh dari polimer alam disajikan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Contoh Polimer Alam

Polimer Monomer Polimerisasi Terdapat pada

Protein Asam amino Kondensasi Wol, sutera

Amilum Glukosa Kondensasi Beras, gandum

Selulosa Glukosa Kondensasi Kayu

Asam nukleat Nukleotida Kondensasi DNA, RNA

Karet alam Isoprena Adisi Getah pohon karet


Beberapa contoh polimer sintetik disajikan dalam Tabel 2.3

Tabel 2.3 Contoh Polimer Sintetik

Polimer Monomer Polimerisasi Terdapat pada

Polietilena Etena Adisi Plastik

PVC Vinilklorida Adisi Pelapis lantai, pipa

Polipropilena Propena Adisi Tali plastik, botol

Teflon Tetrafluoroetilena Adisi Panci anti lengket


2. Berdasarkan jenis monomer penyusunnya

Berdasarkan monomer penyusunnya maka polimer dibedakan menjadi

homopolimer dan kopolimer. Homopolimer terbentuk dari monomer yang sejenis.

Contohnya yaitu polyethylene, polypropylene, polystyrene, PVC, teflon, amilum,

selulosa dan sebagainya. Kopolimer terbentuk dari dua atau lebih monomer yang

berbeda jenisnya. Contoh polimer ini yaitu dakron.

3. Berdasarkan pengaruh panas terhadap sifat fisik

Dibedakan menjadi dua yaitu polimer thermosetting dan polimer

thermoplastic. Polimer thermosetting bila dipanaskan akan mengeras dan bila

dipanaskan lagi akan rusak, sehingga tidak dapat kembali ke bentuk semula. Contoh :

phenol formaldehyde. Sedangkan polimer thermoplastic, apabila dipanaskan akan

meleleh dan setelah didinginkan akan mengeras dan dapat kembali ke bentuknya

semula. Contoh : polyethylene dan poly vinyl chloride.


4. Berdasarkan struktur

Berdasarkan strukturnya, maka dibedakan atas polimer yang berstruktur tiga

dimensi dan polimer yang berstruktur linier. Polimer yang berstruktur tiga dimensi

memiliki susunan rantai yang saling mengikat membentuk struktur tiga dimensi dan

biasanya bersifat thermosetting. Contoh : phenol formaldehyde. Sedangkan polimer

yang berstruktur linier memiliki susunan rantai yang berbentuk lurus (linier) dan

biasanya bersifat thermoplastic. Contoh : polyethylene dan poly vinyl chloride.

(Purba, 2000)

2.2.4 Pemanfaatan Polimer

Banyak polimer yang telah dikenal dan secara umum digunakan dalam

kehidupan sehari-hari yaitu :

1. Polyethylene

Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan

sebagainya.

2. Polypropylene

Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya.

3. Teflon

Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan

kimia dan panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci

anti lengket.

4. PVC

PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang,

pelapis lantai dan sebagainya.

5. Akrilat

Beberapa polimer dibuat dari asam akrilat sebagai monomernya.

Polimetilmetakrilat atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi

ringan. Polimer jenis ini banyak digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang

dan mobil.

6. Bakelit

Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik.


7. Polyester

Poliester dibentuk dari monomer-monomer ester. Salah satu contoh polimer ini

adalah dakron. Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal

pula Mylar, yang digunakan sebagai pita perekam magnetik.

8. Polyurethanes

Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam,

serat, dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating). Aplikasinya

dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam,

untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya.

9. Karet alam dan karet sintetis

Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks). Karet alam merupakan polimer

isoprena. Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena,

polikloroprena dan polistirena. Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu

SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3-butadiena, banyak digunakan

untuk pembuatan ban mobil.

(Purba, 2000)

2.3 Polibisfenol-a Karbonat (Polikarbonat)

Polibisfenol-a karbonat atau lebih sering disebut sebagai polikarbonat adalah

produk utama yang diproduksi dari Pra Rancangan Pabrik Polibisfenol-a Karbonat.

Perkembangan dari resin termoplastik polikarbonat merupakan suatu sub

bagian dari polyester secara umum. Sejak Einhorn menyiapkan larutan ini pertama

kali dari resorcinol dan hidrokuinon pada tahun 1898, penelitian yang focus pada

keefesienan dalam penyiapan resin dan sifat-sifatnya. Sintetis yang umum digunakan

adalah menyiapkan fosgen dalam larutan piridin.

Sifat yang sangat bagus dari polikarbonat aromatis, khususnya turunan dari

2,2 bis (4 hidroksifenil) propan (bisfenol-a atau BPA) disiapkan dalam jumlah yang

cukup besar.

Polibisfenol-a karbonat merupakan polimer hasil reaksi antara polimerisasi

antara senyawa bisfenol-a yang dideprotonisasi menjadi garam bisfenol dengan gas

fosgen, dengan bantuan katalis cair piridin (Legrand, 2000).

Adapun kegunaan polimer polibisfenol-a karbonat ini antara lain:


Kegunaan utama, diterapkan pada pengkacaan karena sifatnya yang tembus

pandang.

Perabotan dapur seperti peralatan makan, galon air, blender. Keunggulannya

yaitu tidak mudah pecah dan memenuhi standar FDA (Food & Drug

Administration).

Insulator alat elektrik dan alat elektronik seperti komponen computer, dan

chasing handphone.

Perangkat optik seperti kaca mata, lensa kamera, CD (Compact Disc).

Komponen kendaraan seperti kaca helm, jendela mobil, dan lampu mobil.

Peralatan kedokteran seperti blood oxygenators, dialysers, infusion units.

Komponen arsitektur seperti jendela, atap transparan.

(Sari, 2008)

2.4 Sifat-Sifat Bahan Baku dan Produk

2.4.1 Sifat-Sifat Bahan Baku

A. Fosgen (COCl2)

1. Berat Molekul : 98,92 gr/mol

2. Berwujud gas pada suhu kamar

3. Titik leleh : -127,84 oC

4. Titik didih : 7,48 oC

5. Densitas pada 20 oC : 4,248 kg/m3

6. Tekanan uap pada 20 oC : 161,68 kPa

(Neogi, 2000)

B. Bisfenol-a (C15H16O2)

1. Berat molekul : 228 gr/mol

2. Berbentuk padatan putih atau granular.

3. Sangat higroskopis.

4. Titik didih : 220 oC

5. Titik leleh : 157 oC

6. Densitas (25 oC) : 1,195 g/cm3

7. Kapasitas panas pada 25 oC : 0,35 kal/g oC (APME, 1997)


C. Metilen Klorida (CH2Cl2)

1. Berat molekul : 84,93 gr/mol

2. Densitas : 1,33 gr/cm3



5. Tekanan uap : 47 kPa pada 20 oC

6. Viskositas : 0,244 cP

7. Kelarutan dalam air : 13 g/L pada 20 oC

(Perry, 2008)

D. Piridin (C5H5N)

1. Berat molekul : 79,1 g/mol

2. Berbentuk cairan tak bewarna

3. Densitas : 0,9819 g/cm3



6. Tekanan uap : 18 mmHg

7. Viskositas : 0,88 cP

(Perry, 2008)

E. Natrium Hidroksida (NaOH) 50%


2. Berbentuk padatan putih

3. Densitas pada 20 oC : 1,5203 g/cm3

4. Titik leleh : 613,1oC

5. Titik didih : 2534 oC

6. Melarut sempurna di dalam air

(Yaws, 1996 ; Perry, 1997; Geankoplis, 1997)

F. Air (H2O)

1. Titik beku : 0 oC

2. Massa jenis es 0 oC : 0,92 gr/cm3


3. Massa jenis air 25oC : 0,9978 gr/ cm3

4. Titik didih (1 atm) : 100 oC

5. Temperatur kritis : 347 oC

6. Tekanan kritis : 217 atm

7. Viskositas (25 oC) : 0,8973 cP

(Perry, 2008 ; Windholz, 1983)

2.4.2 Sifat-Sifat Produk

A. Polibisfenol-a Karbonat (Polikarbonat) ((C16H14O3)43)

1. Berat molekul : 1096 gr/mol


3. Kapasitas panas : 0,32 kJ/ (K. mol)

4. Koefisien ekspansi termal : 2,6 x 104 pada 40 oC

5. Indeks refraksi : 1,586 pada temperatur ruangan

6. Terdiri dari 43 kali monomer yang bergabung

(Madkour, 1999)

B. Natrium Klorida (NaCl)



3. Kapasitas panas : 0,0367 kJ/ (K. mol)

4. Titik didih : 1413oC

5. Titik leleh : 801oC

6. Kelarutan dalam air : 359 gr/L

(Perry, 2008)

2.5 Teknologi Proses Polimerisasi Bisfenol-a dan Fosgen menjadi

Polikarbonat

Menurut Byrson, J.A pada tahun 1995, reaksi polimerisasi dapat dilakukan

pada fase cair, gas maupun padat. Proses polimerisasi yang mula-mula banyak

digunakan adalah polimerisasi dalam fase cair atau larutan. Permasalahan utama


yang timbul dari proses semacam itu adalah pemisahan katalis dan sisa pelarut dari

produk dan memiliki biaya yang tinggi.

Perkembangan katalis baru untuk reaksi polimerisasi yang jauh lebih baik

dimulai pada tahun 1970-an. Proses fasa gas ini memiliki kelebihan yaitu tidak

memerlukan adanya proses pemisahan katalis dari polimer, katalis sudah menyatu

dalam produk. Kesulitan utama dari proses polimerisasi fasa gas adalah pengendalian

aktivasi katalis dan kemungkinan terbentuknya oligomer. Oligomer adalah rangkaian

beberapa molekul bukan polimer, misalnya dimer, trimer, tetramer dan lain-lain.

Penggunaan katalis sangat berpengaruh pada faktor ekonomis dari teknologi

polimerisasi. Reaksi polimerisasi adisi memerlukan adanya senyawa pemicu, yaitu

senyawa yang dapat memberikan muatan atau elektron bebas pada ikatan rangkap

ethylene. Tanpa katalis reaksi polimerisasi dapat berlangsung pada suhu tinggi (

350 oC-500

oC) dengan tekanan 2.5-10 atm. Hal ini karena energi aktivasi cukup

tinggi yaitu sekitar 35-43.5 kkal/mol. Adanya katalis akan mempercepat jalannya

reaksi yaitu dengan mengurangi energi aktivasi yang diperlukan.

Secara ringkas faktor penentu dari keberhasilan proses polimerisasi adalah

tipe katalis yang digunakan. Katalis ini harus memilki keaktifan yang tinggi namun

mudah dikendalikan. Katalis yang masih banyak digunakan saat ini adalah piridin.

Proses dasar polimerisasi bisfenol-a dan fosgen yang mula-mula dipatenkan

adalah proses yang digunakan oleh Einhorn yang mereaksikan hidrokuion,

resorsinol, katekol dengan fosgen dalam larutan piridin. Pada tahun 1902, Bischoff

dan Hedenstroem melaporkan sintesis untuk jenis polimer yang sama melalui proses

transesterifikasi difenil karbonat. Reaksi antara BPA, fosgen, dan monohidric fenol

dalam larutan metilen klorida dan digabungkan dengan larutan natrium hidroksida

menjadikan proses ini dipilih oleh berbagai produsen utamanya. Pemakian piridin

sebagai katalis karena kemudahan dalam perolehan kembali melalui unit pemisahan

sederhana (Legrand, 2000).


2.5.1 Macam-Macam Proses Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat

Ada 2 macam proses pembuatan produk polibisfenol-a karbonat, yaitu :

A. Teknologi Interfacial Proses dasar dari jenis ini ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Tahap Pembentukan Polikarbonat BPA melalui Sintesis Interfacial

(Legrand, 2000)

BPA mula-mula dimasukkan ke dalam reaktor bersama dengan NaOH dan

monohidric fenol untuk mengendalikan berat molekul polimer dan fosgen

ditambahkan dalam bentuk gas ke dalam larutan ini. Melalui cara ini akan

mencegah terbentuknya produk samping HCl. Penambahan larutan kaustik ini

membuat dua fasa sistem cair-cair. Pada pH yang tinggi (9-12), volume fasa organik

yang sedikit, dan tingginya konsentrasi BPA, sistem juga mengandung fasa ketiga

yaitu mono/dianion dari BPA. Setelah reaksi selesai, fasa organik dicuci dengan

sejumlah asam dan air beberapa kali untuk mengeluarkan residu basa dan garam

atau dengan penambahan metilen klorida berlebih untuk memudahkan pemisahan.

Resin polikarbonat yang dihasilkan dikumpulkan melalui pergantian pelarut diikuti

dengan penguapan (evaporasi) pelarut, melalui presipitasi steam secara langsung,


atau dengan mengendapkan pelarut melalui penambahan anti solven seperti MeOH

diikuti dengan filtrasi dan pengeringan.

Sejalan dengan temperatur reaksi yang rendah dari prosedur sintetis ini (40

oC), berat molekul rata-rata dari polimer berakhir pada sebuag kinetika distribusi.

Variabel yang dominan mempengaruhi komposisi resin adalah linear

velocity, rasio volume cair-cair, pH larutan, dan rasio fosgen/BPA (Legrand, 2000).

B. Proses Transesterifikasi Proses ini menggunakan katalis basa pada polimerisasi kondensasi dari DPC

dengan BPA. Secara umum, reaksinya ditunjukkan dalam gambar 2.2 di bawah ini.

Gambar 2.2 Sintetis Melt BPAPC secara Umum

(Legrand, 2000)

Reaksi berlangsung pada temperatur tinggi 150-350 oC yang dimulai dengan

pembentukan monomer, oligomer, dan akhirnya polimer. Tekanan reaktor meningkat

selama reaksi berlangsung. Range tekanan berkisar antara 150-200 torr. Dengan

menggunakan metode ini, resin BPA-PC disiapkan tanpa tambahan pelarut, tahap

pengeringan, atau fosgen. Ketika proses dirancang, dan kualitas dari resin akhir

secara langsung berhubungan kepada kualitas dan permulaan monomer. Hal ini

menjadikan jumlah dari kontaminan sisa dalam resin akhir bisa dikendalikan.

Berdasarkan data eksperimental, penambahan anion fenoksi ke dalam link

karbonat, diikuti tahap produksi oligomer/polimer. Pertama sekali anion basa fenoksi

ditambahkan ke dalam grup karbonat, sebuah anion fenoksi dilepaskan.

Pendestilasian fenol dari melt setelah pelepasan anion fenoksi menggantikan sebuah

proton dengan grup hidroksi lainnya atau BPA : pergantian proton sangat cepat

terjadi dan konstanta keseimbangan untuk reaksi fenoksid dengan BPA umumnya

seragam. Konversi dari monomer menjadi BPA-PC dikendalikan oleh pengeluaran

konstan fenol dari melt. Pengeluaran fenol ini dari larutan reaksi ditetapkan untuk

produksi polimer dengan berat molekul tinggi. Berdasarkan evaluasi dari data yang

dipublikasikan, proses kondensasi ini cukup efektif. Kebutuhan katalis untuk

menyempurnakan konversi menjadi polimer berada pada range 10-250 ppb.


Keuntungan dari proses ini adalah produksi resin memiliki distribusi berat

molekul yang seragam sehingga pada kondisi normal, resin anhidrat tidak perlu

diredistribusi lagi (Legrand, 2000).

2.5.2 Perbandingan Proses Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat

Tabel 2.4 Perbandingan Proses Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat

Faktor Teknis Teknologi Interfacial Proses Transesterifikasi

Tekanan Operasi (atm) 1 19 26,6

Suhu Operasi (oC) 25-30 150-350

Jenis Reaktor Stirred reactor Stirred reactor

Jumlah Reaktor 2 5

Waktu Tinggal (jam) 1-1,5 jam 2 jam

Konversi reaksi Mencapai 99,83% 90-95%

Produk samping NaCl Fenol

Katalis Cair (piridin,

tetraetilamin)

Padat (phosgonium)

Sumber : (Legrand, 2000 ; Othmer, 2004, Schnell dkk, 1970 ; Moyer dkk, 1961)

Dalam pra rancangan pabrik polibisfenol-a karbonat ini dipilih proses Teknologi

Interfacial. Pemilihan proses dipilih dengan memperhatikan :

Pengoperasiannya mudah karena proses yang sederhana.

Konversi reaksi yang tinggi mencapai 99,83% sehingga secara ekonomis

layak dibuat dalam skala pabrik.

Pengendalian yang lebih mudah dan murah karna berlangsung pada suhu dan

tekanan ruangan.

2.6 Deskripsi Proses Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat

Berdasarkan uraian sebelumnya maka digunakan proses polimerisasi dengan

teknologi interfacial dalam membuat polibisfenol-a karbonat ini. Secara keseluruhan

proses pembuatan polibisfenol-a karbonat ini terdiri dari 2 tahapan reaksi yang

didahului deprotonasi bisfenol menjadi garam bisfenol dan dilanjutkan dengan

polimerisasi garam bisfenol menjadi polibisfenol-a karbonat dengan bantuan katalis

piridin.


Umpan berupa bisfenol-a yang berupa padatan dan larutan NaOH

diumpankan ke reaktor deprotonasi (R-101). Reaksi yang terjadi adalah:

2NaOH(l) + C15H16O2(s) C15H14O2Na2(l) + 2H2O(l)

Natrium hidroksida bisfenol-a garam bisfenol air

Reaksi deprotonasi ini berlangsung pada temperatur 40oC dan tekanan 1 atm. Karena

reaksi berlangsung endotermis, pemanasan diberikan melalui saturated steam yang

dilewatkan melalui koil pemanas. Konversi yang diperoleh sebesar 95%. Produk dari

R-101 menjadi reaktan pada reaktor polimerisasi (R-102). Reaksi yang terjadi

adalah:

43C15H14O2Na2 (l) + 43COCl2(g) (C16H14O3)43(l) + 86NaCl(l) Garam bisfenol fosgen polibisfenol-a natrium

karbonat klorida

Karena reaksi pembentukan polibisfenol-a karbonat ini berlangsung pada 25oC, maka

sebelum memasuki reaktor polimerisasi, umpan harus melalui cooler (E-101).

Campuran garam bisfenol dipompakan menuju reaktor polimerisasi (R-102) diikuti

juga gas fosgen (COCl2) yang diumpankan (sparging) dari bagian bawah reaktor.

Pada kondisi tersebut diperoleh konversi 99,83%.

Untuk menurunkan energi aktivasi maka ditambahkan katalis piridin

(C5H5N). Untuk memudahkan pemisahan produk dengan sisa reaktan baik dari R-

101 maupun dari R-102, maka ditambahkan pelarut inert berupa metilen klorida

(CH2Cl2) dari mixing point II (M-102). Penambahan pelarut ini merupakan kelebihan

dari teknologi interfacial yang menjadikan terciptanya 2 lapisan yaitu antara lapisan

organik (polimer) dan lapisan aqoeus (sisa reaktan) sehingga akan memudahkan

dalam proses pemisahan selanjutnya. Karena reaksi bersifat eksotermal maka pada

reaktor ditambah jacket pendingin yang dilewati oleh air pendingin.

Gas fosgen yang diumpankan dari bawah reaktor menyebabkan kontak antara

garam bisfenol dengan fosgen ini lebih bagus dan meningkatkan efektivitas reaksi

polimerisasi. Alasan utama pemilihan reaktor CSTR karena reaktor ini merupakan

jenis reaktor yang dapat memberikan nilai efektivitas tertinggi terhadap reaksi

polimerisasi, dimana selama berlangsungnya reaksi polimerisasi ini diharapkan


terciptanya karakteristik aliran yang sama pada semua daerah di dalam reaktor

sehingga menghasilkan produk polimer yang konsisten.

Hasil reaksi berupa polibisfenol-a karbonat ((C16H14O3)43) dengan berat

molekul rata-rata (Mr) 10922 kg/kmol atau 10922 gram/mol dengan jumlah n

monomer sebanyak 43 kali. Setelah reaksi polimerisasi selesai, terdapat kelebihan

gas fosgen yang tidak bereaksi. Gas ini akan dikembalikan lagi (di-recycled) ke

dalam reaktor polimerisasi (R-102) bersama dengan umpan segar fosgen.

Laju keluaran dari reaktor ini merupakan campuran dari bisfenol-a. NaOH,

air, garam bisfenol, polibisfenol-a karbonat, NaCl, piridin, dan metilen klorida.

Campuran ini telah membentuk 2 fasa, yaitu polibisfenol-a karbonat, piridin, metilen

klorida di fasa organik, sedangkan NaCl, bisfenol-a. NaOH, air, garam bisfenol

berada di fasa aqoeus.

Campuran yang tidak saling melarut ini diumpankan ke dekanter graviti I

(FL-101) sehingga fasa aqoeus secara overflow dialirkan langsung ke tangki

penyimpanan produk samping yang akan dijual sebagai bahan baku garam farmasi.

Larutan polibisfenol-a karbonat selanjutnya diumpankan ke dekanter graviti II (FL-

102). Pada dekanter ini ditambahkan metilen klorida sebanyak 50% dari total

metilen klorida yang ditambahkan di R-102. Tujuan penambahan ini adalah untuk

menggumpalkan polibisfenol-a karbonat dan piridin akan terpisah dengan efisiensi

90%, yaitu 10% piridin akan ikut terbawa pada aliran bottom, dan 90% sisanya

berada pada fasa aqoeus, hal ini berbanding terbalik dengan aliran metilen klorida

sedangkan polibisfenol-a karbonat seluruhnya mengalir pada aliran bottom. Keluaran

dari bottom dekanter II (FL-102) bersifat basa (pH =11) sehingga untuk

menetralkannya digunakan air panas bersuhu 80oC pada Washer (W-101).

Setelah larutan netral (pH = 7), dan suhu keluaran dari Washer (W-101)

34,6671 o

C, maka untuk pemisahan antara polibisfenol-a karbonat, air, metilen

klorida, dan piridin dilangsungkan di flash drum (S-101) dengan suhu operasi 50oC,

sebelumnya campuran tersebut dilewatkan pada heater (E-104) untuk mencapai suhu

pemisahan. Pada aliran atas (uap) diperoleh metilen klorida hingga 97%, dan sisanya

air, dan piridin. Untuk me-recycle metilen klorida pada mixing point II (M-102)

maka, campuran uap metilen klorida, piridin, air, dilewatkan pada dessicant yang

telah diisi silika gel. Dalam dessicant (DS-101), terjadi penjerapan air dan piridin


berdasarkan ukuran pori. Metilen tidak terjerap sama sekali karena pore size dari

metilen yang lebih besar lebih besar daripada ukuran pori silika gel. Dessicant ini

terdiri dari 6 bilik yang setiap bagiannya terdiri atas silika gel segar. Pergantian tiap

bilik dilakukan setiap 4 jam sekali disertai pelewatan udara panas untuk

menghilangkan kejenuhannya.

Pada aliran bawah flash drum (aliran liquid) terdapat polibisfenol-a karbonat,

metilen, piridin, dan sejumlah besar air. Kandungan air di dalam campuran ini

menyebabkan konsentrasi polibisfenol-a karbonat ini hanya 27% sedangkan sebelum

memasuki unit pengering, kadar polibisfenol-a karbonat harus mencapai 90%. Untuk

hal tersebut, maka dilakukan pengentalan dengan cara menguapkan kandungan air di

dalamnya dengan menggunakan evaporator. Karena besarnya uap air yang harus

diuapkan, maka dilangsungkan triple effect evaporator dengan sistem forward feed

untuk menghemat pemakaian steam (ekonomi steam). Pada evaporator I (FE-101)

dilangsungkan pada temperatur 114,7oC untuk menguapkan piridin dan metilen

klorida yang masih terikut. Uap dari evaporator I (FE-101) menjadi media pemanas

di evaporator II (FE-102) dan uap dari evaporator II (FE-102) menjadi media

pemanas di evaporator III (FE-103). Baik evaporator II dan evaporator III

dioperasikan secara vakum dengan menggunakan pompa vakum. Keadaan vakum

dipertahankan pada 26 mmHg sehingga uap air dapat mendidih di bawah 100oC.

Kondensat dari evaporator II terdiri atas air, metilen klorida, dan piridin

dialirkan ke aliran limbah proses dan akan diolah dalam pengolahan limbah. Uap dari

evaporator III (FE-103) dilewatkan ke condenser II (E-104) dan tercampurkan

dengan air pendingin bekas dari condenser I (E-102), dan dialirkan ke aliran aliran

limbah.

Campuran keluaran dari evaporator III (FE-103) mengandung polibisfenol-a

karbonat dengan konsentrasi 90%. Untuk memenuhi standar produk dari

polibisfenol-a karbonat harus memiliki konsentrasi 98%, maka campuran tersebut

dikeringkan pada sebuah rotary dryer (DD-101) dengan memakai media pengering

berupa udara panas bersuhu 110oC. Keluaran dari rotary dryer diangkut

menggunakan belt conveyor (C-102) menuju tangki penyimpanan polbisfenol-a

karbonat (TT-101).


Air Pendingin

Saturated Steam

P-101

P-103

P-105

P-107

P-108

Kondensat

Air Pendingin Keluar

S-101

DD-101

FL-101

DC-102

V-101

F-101

V-102

V-103

B-102

R-102

R-101

FL-102

V-104

W-101

FE-101

Polibisfenol-a Karbonat

E-103

Air Proses

M-102

M-103

E-101

FE-102

P-104

Udara Panas

FE-103

SP-101

Udara Bekas

Limbah Proses

Produk Samping

M-101

E-102

P-106

VE-101 E-105

DS-101

E-104

C-102

TT-102

42

41

43

40

39

38

37

36

35

34

33

28

27

31

32

29

3022

23

24

25

26

21

20

16

17

1511

12

14

109

7

8

5

4

1

2

TI

FC

FC

FC

FC

FC

FC

TI

FC

TIFC

PC

FC

FC TI

LC

PCTC

TI

TI

TC

LC

FC

FC

C-101

TI

FC

TI

TT-101

TC

LC

FCLI

FCLI

FC

6

FCLI

PI

B-101

FC

P-102

FC

FCLI

3

FC

13

19

LC

LC


chapter ii_4.pdf

Documents