polimerisasi dan teknik polimerisasi ppt
DESCRIPTION
teknik dalam polimerisasiTRANSCRIPT
POLIMERISASIDAN TEKNIK POLIMERISASI
Polimerisasi adalah proses pembuatan polimer dari monomer
Terbagi dua:1. Polimerisasi Kondensasi2. Polimerisasi Adisi
A. POLIMERISASI
Polimerisasi bertahap Reaksi antara dua gugus fungsi Reaksi antara molekul yang ukurannya
bervariasin A-A + n B-B ( A-AB-B )n
ataun A-B ( A-B )n
1. Polimerisasi Kondensasi
Contoh
poliamida:
H2N(CH2)6NH2 HOC(CH2)4COH
O O
HN(CH2)6NHC(CH2)4C
OO
+200 300 oC
n
n n
+ (2n 1) H2O
1,6-diaminoheksana(heksametilenadiamina)
asam heksanadioat(asam adipat)
Nilon-6,6
(6 atom C pada diamina,6 atom C pada dwiasam)
Contoh
poliester:
C C
O
HO
O
OH HOCH2CH2OH
O C
O
C
O
OCH2CH2
+
n
nn
+ (2n 1) H2O
asam tereftalat etilena glikol
Dakron
Cincin benzena yang datar membuat Dakron lebih kaku
daripada Nilon dan digunakan sebagai bahan untuk jas
yang tahan-kusut.
Tanpa perubahan komposisi stokiometrin OCNRNCO + n HOR’OH
[ NHRNHCOOR’OCO ]n
Poliuretana Dengan perubahan komposisi stokiometri
HO(CH2)5CO2H panas [ CO(CH2)5O ]n + H2O
Policaprolakton
Jenis reaksi polikondensasi
Struktur rantai polimer hasil kondensasi bergantung pada jumlah gugus fungsi monomernya (f).Jika f=2 berarti:
o Polimer memiliki rantai linearo Bersifat termoplastis
jika f>2 berarti:o Polimer memiliki rantai berikatan silango Bersifat termoset
Derajat pertumbuhan merupakan jumlah gugus fungsi yang sudah bereaksi terhadap jumlah gugus fungsi mula-mula
p = (No-N)/No DPn = No/N
DPn = 1/(1-P)
Derajat Pertumbuhan (p) reaksi polikondensasi
A. Polikondensasi tanpa katalisMonomer bifungsional ( f=2), mengikuti kinetika reaksi ordo 2
DPn = Ao kt + 1
B. Polikondensasi dengan katalis Katalis oleh monomer, mengikuti
kinetika reaksi ordo 3.DPn2 = 2Ao
2 kt + 1 Katalis oleh asam kuat, mengikuti
kinetika reaksi ordo 2 DPn = Ao kt + 1
Kinetika Reaksi Polikondensasi
Polimerisasi rantai Monomer memiliki ikatan rangkap Tidak membentuk senyawa lain
Tahap reaksi polimerisasi:a. Inisiasib. Propagasic. Terminasi
2. Polimerisasi Adisi
Polimerisasi radikal Polimerisasi ionik
◦ Polimerisasi kationik◦ Polimerisasi anionik
Polimerisasi Ziegler-Natta
Jenis Polimerisasi Adisi
Tahapan reaksi:1. Inisiasi, Inisiator mengalami dekomposisi dan
menjadi sumber radikal. Radikal bereaksi dengan monomer sebagai awal pertumbuhan rantai
2. Propagasi, Adisi kontinu dari monomer, mengakibatkan kenaikan panjang rantai
3. Transfer, Radikal yang ada pada satu molekul dipindahkan ke molekul lain, biasanya dengan mekanisme pengambilan hidrogen Transfer bisa terjadi pada monomer, inisiator, pelarut atau polimer
4. Terminasi, dapat berlangsung secara dismutasi atau kombinasi
A. Polimerisasi Radikal
Asumsi: - Tetapan laju propagasi tidak tergantung pada
panjang rantai. - Laju terbentuknya radikal sama dengan
laju hilangnya radikal. Vi = Vt
Inisiasi: I Vd 2R* Vd = 2.kd.[I]
R* + M Vi RM* Vi = 2.f.kd[I]
Propagasi: RM* + M kp RMM* Vp = kp[M][M*]
Kinetika dan mekanisme polimerisasi radikal
Terminasi: RMn* + RMm
* RMn+mR (kombinasi) RMn
* + RMm* RMn + RMm
(dismutasi)
Vt = 2.kt[M*]2
Vp = kp{f(Kd/Kt)[I]}1/2[M]
Panjang rantai kinetika (λ) λ = Vp/Vi
Bila tidak terjadi transfer: DPn = 2 λ (kombinasi) Dpn = λ (dismutasi)
Gabungan kombinasi dan dismutasi:DPn = 2λα + λ(1-α)DPn = λ(1 + α)
Senyawa yang mengandung Nitrogen (Senyawa azo)Contoh: azobis isobutironitril (AIBN)
Senyawa peroksida dan hidroperoksidaContoh: benzoil peroksida (BPO)
Inisiator Polimerisasi Radikal
Inisiator:1. Asam Bronsted (donor proton)
H2SO4, HCl
2. Asam Lewis (aseptor elektron)BF3, AlCl3, TiCl4, SbCl5, FeCl3 ditambah dengan kokatalis R-H
B. Polimerisasi Kationik
Kinetika polimerisasi kationik
Inisiasi: A + RH H+ AR-
H+AR- + M HM+ + RA-
A = katalis, RH = kokatalis
Propagasi: HM+ + RA- + M HM2+RA-
Transfer: HMx+RA- + M Mx+1 + H+AR-
Terminasi: HMn+RA- Mn + H+AR-
Panjang rantai kinetika polimerisasi kationik
DPn = Vp/Vi (bila tidak terjadi transfer)
DPn = Vp/(Vt + Vtr.M) (bila terjadi transfer ke monomer)
Kasus:
Apakah semua monomer bisa dipolimerisasi secara kationik atau anionik?
Inisiator:a. Basa, organomineral, turunan Na, Li, Mg,
merupakan nukleofil. Rantai propagasi merupakan karbanioncontoh: n-BuLi, s-BuLi, t-BuLi
b. Logam alkali Kekurangan: tahap inisiasi, fase heterogen, tahap propagasi, fasenya homogen, akibatnya polidispersitas meningkat. Logam alkali diganti dengan senyawa logam alkali yang dapat larut seperti: natrium naftalena
C. Polimerisasi Anionik
Polimerisasi anionik dikatakan sebagai polimer hidup (living polymer) karena pertumbuhan rantai dapat berlangsung jika dilaksanakan di ruang vakum tinggi dan
tidak kontak dengan H2O, CO2, dan O2
sehingga proses polimerisasi dapat berlangsung.
Kinetika polimerisasi anionik
Polimerisasi anionik biasa terjadi tanpa terminasi.
Vp = kp [Mn-][M]
bila Vi >>> Vp, maka [Mn-] = [I]
Jadi; Vp = kp [I][M]
Panjang rantai polimer:a. Inisiator monofungsional: Dpn = [M]/[I]b. Inisiator bifungsional: DPn = 2.[M]/[I]
Katalis Ziegler-Natta:1. Senyawa logam transisi golongan 4 – 8 (katalis)
TiCl3, Ti(O-C4H9)4, VCl42. Senyawa organologam golongan 1,2 dan 13
(kokatalis)Al(C2H5)3, Al(i-C4H9)3
Contoh: polimerisasi olefin (TiCl3 dan AlEt3)
polimerisasi asetilena (Ti(O-C4H9)4 dan AlEt3)
Contoh: Al(C2H5)3 + H2C=CH2 Al(C8H17)3
Ni
( CH2 CH2 )n
D. Polimerisasi Ziegler-Natta (ZN)
Hasil dari polimerisasi ZN menghasilkan:
- struktur polimer teratur (sindiotaktik dan
isotaktik)- kristalinitas tinggi (kristalin,
semikristalin)- sifat mekanik lebih baik- Tg tinggi- tahan terhadap pelarut dan zat kimia- percabangan rantai sedikit- reaksi transfer sedikit
Mekanisme Polimerisasi ZN
a. Mekanisme monometalik (Alrman dan Cossee)pusat aktif berada pada logam transisi
b. Mekanisme bimetalik (Rodriguez dan van Looy)pusat aktif merupakan kompleks antara katalis dan kokatalis
Jenis Reaksi Polimerisasi Berbagai Monomer
Monomer Radikal Kationik Anionik Koordinasi
Etilena + - + +
1-Alkiletilena - + - +
1,1-Dialkiletilena - + - -
1,3-Diena + + + +
Stirena + + + +
α-Me-Stirena + + + +
Akrilat, Metakrilat + - + -
Akrilonitril, Metakrilonitril + - + -
Akrilamida, metakrilamida + - + -
Olefin terhalogenasi + - - -
Vinil ester + - - -
Vinil eter - + - +
N-vinilkarbasol + + - -
N-vinilpirolidon + + - -
Faktor penting dalam proses produksi polimer:
a. Faktor teknis: penghilangan panas, pengadukan, kontrol temperatur, pengeluaran hasil samping, prosen konversi, kenaikan viskositas, kontrol DP, dan sifat polimer (termoplastis atau termoset)
b. Faktor ekonomis: desain dan ukuran peralatan, optimasi kondisi operasional, dan recycling
B. TEKNIK POLIMERISASI
Memiliki fasa homogenKelebihan:a. Teknik yang paling sederhanab. Kemurnian polimer tinggic. Rendemen tinggid. Tidak memerlukan proses pemisahane. Peralatan sederhana
Kekurangan:f. Reaksi rantai eksotermikg. Kontrol temperatur sulith. Kontrol Mn sulit
d. Viskositas meningkat dengan waktu e. Transfer panas sulit
1. Teknik Polimerisasi Massa
Pemakaian komersial polimerisasi massa adalah dalam menuang folmulasi-formulasi dan polimer-polimer berat molekul rendah untuk dipakai sebagai perekat, pemlastis, bahan pelengket, dan bahan tambahan pelumas
2. Teknik Polimerisasi LarutanMemiliki fasa homogenMonomer + inisiator/katalis + pelarut polimerKelebihan:
a. Kontrol temperatur mudah
b. Transfer panas mudah
c. Pengadukan lebih mudah dibanding teknik massa
d. Bisa dipakai langsung sebagai larutan
e. Viskositas rendah
Kekurangan Teknik Polimerisasi Larutan:
a. Biaya produksi lebih besar dari polimerisasi massa
b. Biaya peralatan lebih besar dari polimerisasi massa
c. Pelarut sulit dihilangkand. Transfer rantai memungkinkan ke pelarut,
sehingga Mn menurun.e. Jarang digunakan untuk mendapatkan polimer
keringf. Polusi lingkungan
I M
Berlangsung dalam fasa heterogenMonomer + inisiator/katalis + pelarut + stabilisator
polimer
Monomer dan polimer tidak larut dalam medium.Inisiator larut dalam monomer, tidak larut dalam
medium- - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - -
3. Teknik Polimerisasi Suspensi
P
Kelebihan teknik polimerisasi suspensi:a. Transfer panas mudahb. Kontrol temperatur mudahc. Dapat digunakan untuk proses kontinud. Polimer langsung dipakai, didapat dalam
bentuk butiran.e. Viskositas rendahKekurangan:f. Kemurnian polimer rendahg. Rendemen rendahh. Teknologi recovering (polimer) sulit dan
mahal
Berlangsung dalam fasa heterogenmonomer + inisiator/katalis + emulgator
polimer
Monomer tidak larut dalam mediumInisiator larut dalam medium
4. Teknik polimerisasi emulsi
Kelebihan teknik polimerisasi emulsi:a. Panas cepat terdispersib. Viskositas rendahc. Bisa diperoleh BM tinggid. Bisa dipakai langsung sebagai emulsie. Bekerja baik dengan polimer-polimer lengket
Kekurangan:f. Kontaminasi oleh pengemulsi dan bahan
lainnyag. Sering terjadi reaksi transferh. Diperlukan pencucian dan pengeringan.