Resin urea-formaldehid adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adhesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk furnitur, panel dan lain-lain.

Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai urea-metanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah.

Reaksi urea-formaldehid merupakan reaksi kondensasi antara urea dengan formaldehid. Pada umumnya reaksi menggunakan katalis hidroksida alkali dan kondisi reaksi dijaga tetap pada pH 8-9 agar tidak terjadi reaksi Cannizaro, yaitu reaksi diproporsionasi formaldehid menjadi alkohol dan asam karboksilat. Untuk menjaga agar pH tetap maka dilakukan penambahan ammonia sebagai buffer ke dalam campuran.

Reaksi ini secara umum berlangsung dalam 3 tahap yakni inisiasi, propagasi (kondensasi), dan proses curing.

1. Tahap metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea

2. Tahap selanjutnya propagasi, yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus

3. Tahap terakhir adalah proses curing yaitu ketika kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi resin thermosetting. Resin thermosetting mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, serta tidak dapat melarut dan meleleh. Temperatur curing dilakukan pada sekitar temperatur 120 Celcius dan pH < 5

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Urea-Formaldehid

Katalis

Penggunaan katalis pada suatu reaksi akan meningkatkan laju reaksi tersebut. Begitu juga yang terjadi pada reaksi urea-formaldehid ini. Laju reaksinya akan meningkat jika digunakan katalis. Katalis yang diguanakan pada percobaan ini adalah NH4OH karena reaksi ini berlangsung pada kondisi basa.

Temperatur

Kenaikan temperatur selalu mengakibatkan peningkatan laju suatu reaksi. Namun, kenaikan temperatur ini dapat mempengaruhi jumlah produk yang terbentuk, bergantung pada jenis reaksi tersebut (eksoterm atau endoterm). Oleh karena itu, diperlukan suatu optimasi untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Kenaikan temparatur juga dapat menurunkan berat molekul (Mr) resin urea-formaldehid. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.

Waktu Reaksi

Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan dari suatu reaksi juga dipengaruhi oleh waktu reaksi. Makin lama waktu reaksi, jumlah produk yang dihasilkan makin banyak akibatnya, resin yang dihasilkan akan berkadar tinggi dan memiliki Mr tinggi.

Pembuatan resin urea – formaldehid skala laboratorium dapat dilakukan dengan langkah kerja sebagai berikut:

1. Masukkan 500 ml formalin (37%-w/w ) ke dalam labu bundar berleher yang dilengkapi kondensor, termometer, agitator, dan water bath (heater)

2. Tambahkan 2 gram Na2CO3H2O sebagai buffering agent

3. Tambahkan 206,5 ml NH4OH sebagai katalis4. Tambahkan 3,8 mol Urea kemudian aduk

secara teratur hingga tampak homogen5. Panaskan larutan secara perlahan sampai

mendidih6. Setelah mendidih, akan terjadi refluks7. Setelah terjadi refluks, atur temperatur heater

menjadi 65 oC8. Panaskan selama 3 jam sejak terjadi refluks

pertama9. Setelah 3 jam, ambil larutan secukupnya

kemudian dimasukkan ke dalam wadah yang tahan panas misalnya cawan penguap

10. Masukkan larutan dalam cawan penguap ke dalam oven dengan temperatur pemanasan sekitar 120 oC selama 24 jam hingga larutan mengeras membentuk resin

Gambar rangkaian alat

Reaksi kondensasi ini dilakukan dalam sebuah labu berleher yang dilengkapi kondensor ohm meter, termometer, agitator. Kondensor berfungsi mengembunkan air yang menguap selama proses polimerisasi. Hal ini dimaksudkan untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan reaksi. Agitator berfungsi membuat larutan tetap homogen selama proses berlangsung.

Kerugian penggunaan urea-formaldehid sebagai resin dibandingkan polimer lain adalah resistensinya terhadap

kadar air (moisture) apalagi jika dikombinasikan dengan panas. Kondisi ini dapat menyebabkan reaksi balik dan melepaskan monomer – monomer yang belum sempurnya bereaksi membentuk polimer. Monomer ini biasanya beracun misalnya formaldehid yang dapat menyebabkan kanker. Oleh sebab itu, ada baiknya bila kita akan menggunakan peralatan makan yang terbuat dari bahan polimer, sebaiknya peralatan tersebut direndam dahulu dengan air panas dengan tujuan agar monomer – monomer yang belum sempurna bereaksi terlepas pada air rendaman.

Sumber:

Billmeyer Jr.,F.W.,Textbook of Polymer Science, John Wiley and Sons, 1994, pp.186-219

D’Alelio, G.F., Experiment Plastics and Synthetic Resins, John Wiley and Sons, 1952, pp. 163-166

http://www.fpl.fs.fed.us/documnts/pdf1996/ conne96a.pdf

Definisi polimer

Polimer merupakan suatu golongan bahan kimia yang penting dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. Kita akan melihat bahwa polimer adalah suatu makromolekul yang terbentuk dari molekul-molekul sederhana yang kita sebut sebagai monomer.

Polimer berasal dari kata poly yang artinya banyak, dan meros yang artinya bagian. Sedangkan monomer memiliki awalan mono yang artinya satu.Polimer merupakan suatu golongan bahan kimia yang penting dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. Kita akan melihat bahwa polimer adalah suatu makromolekul yang terbentuk dari molekul-molekul sederhana yang kita sebut sebagai monomer.

Tabel Polimer di alam

Polimer Monomer Sumber

Amilum Glukosa Beras, gandum

Selulosa Glukosa Kayu

Glikogen Glukosa Jaringan otot dan hati

Protein Asam amino Wol, enzim

Asam nukleat Nukleotida DNA dan RNA

Karet alam Isoprena Getah karet

 

Polimer dibedakan menjadi polimer organik dan polimer anorganik. Disini kita akan membahas polimer organik,

yakni polimer yang tersusun dari atom-atom C membentuk rantai karbon yang panjang. Polimer organik yang terjadi secara alamiah seperti amilum, selulosa,. Dan protein disebut juga polimer alam (biopolimer). Polimer alam telah dikenal dan digunakan sejak jaman dulu.

Akan tetapi, hampir seratus tahun yang lalu peran polimer telah digantikan oleh polimer sintesis. Polimer sintesis, seperti PVC, nilon, dan poliester mempunyai aplikasi penting dalam kehidupan sehari-hari.

REAKSI POLIMERISASI

Proses pembentukan polimer disebut juga  reaksi polimerisasi. Berdasarkan jenis reaksinya terdapat dua  macam  polimerisasi, yaitu polimerisasi  adisi dan polimerisasi kondensasi.

1. Polimerisasi adisi, yaitu bergabungnya monomer-monomer yang berikatan rangkap. Ikatan rangkap akan menjadi  jenuh tatkala  monomer-monomer itu berikatan  satu sama lain. Pada polimerisasi  adisi, tidak ada molekul yang hilang.

2. Polimerisasi kondensasi, yaitu bergabungnya monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsional. Pada polimerisasi  kondensasi, ada molekul yang hilang, misalnya pelepasan air.

SIFAT DAN KEGUNAAN POLIMER

Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa berdasarkan sifatnya polimer terdiri dari dua  macam yaitu termoplastik dan termoset. Suatu polimer termoplastik bersifat kenyal (liat) apabila dipanaskan dan dapat dibentuk menurut pola yang diinginkan. Setelah pendinginan, polimer kehilangan sifay kekenyalan dan mempertahankan bentuknya yang baru. Proses ini dapat diulangi dan kita dapat mengubahnya menjadi bentuk yang lain.                           Polimer termoset merupakan polimer yang pada mulanya kenyal tatkala dipanaskan, tetapi sekali didinginkan tidak akan dapat dilunakkan lagi, sehingga tidak dapat diubah menjadi bentuk lain. Di bawah ini diuraikan beberapa sifat  dan kegunaan dari bermacam-macam polimer yang ada.

           Tabel  Polimer, Sifat dan Kegunaannya

Nama Polimer Monomer Sifat Kegunaan

Polietilena etilena Tembus cahaya, buram,

Untuk pembungkus  dan

fleksibel, berlilin, mudah dipotong, melunak dalam air panas, sangat mudah terbakar

pengaman

Polivinilklorida

vinilklorida Tembus cahaya, keras, kaku, mudah dipotong, sukar terbakar

Untuk pipa saluran dan perabot rumah tangga

Polipropilena propilena Kuat, fleksibel, kerapatan besar, dapat terbakar

Untuk serat, tali dan bahan perahu

Teflon tetrafluroetena Sangat keras, tahan asam, tidak dapat terbakar, lentur, gesekannya kecil

Untuk pengganti logam

Akrilan sianoetena Kuat, fleksibel, dapat terbakar

Untuk pengganti logam

Polistirena feniletena Putih, kenyal, sukar dipotong, dapat  terbakar

Untuk pembungkus, insulator listrik, sol sepatu dan berbagai peralatan

Persfek metilmetakrilat Permukaan halus, terang, keras, kaku, mudah dipotong, dapat terbakar

Untuk gelas, jendela pesawat terbang, peralatan bedah, kacamata debu, reflector di jalan raya

Neoprena kloropena Tahan terhadap oksidasi, sinar matahari,

Untuk  selang bensin, kemasan barang

minyak, uap dan nyala api

insulator kawat dan kabel

Polibutadiena 1,3-butadiena Kurang elastis dibandingkan karet alam

Campuran dengan jenis karet alam atau karet sintetis

Buna-S (butadiena stirena)

stirena Sama seperti neoprena

Untuk bahan kendaraan bermotor

Buna N (butadiene nitril)

1,3 butadiena (75%)Akrilonitril(25%)

Tahan terhadap minyak dan nyala api

Untuk selang bensin dan saluran minyak-minyak

Thiokol Etilen diklorida dan natrium disulfida

Tahan terhadap  minyak  dan pelarut apapun

Untuk pembungkus  kabel kemasan barang , zat perekat dan lapisan pelindung

APLIKASI POLIMER

Teflon adalah merek dagang dari plastic politetrafluoroetena. Plastic ini bersifat keras, kaku, tahan panas (titik leleh 3200C), dan tahan terhadap bahan kimia. Teflon digunakan sebagai pelapis alat masak, setrika dan alat-alat yang digunakan dalam proses produksi makanan, minuman serta bahan kimia.

Teflon merupakan salah satu dari polimer yang banyak digunakan oleh manusia. Teflon tidak mengandung atom hydrogen, hanya karbon dan fluor. Sifat ini menyebabkan hamper tak ada zat yang dapat bereaksi dengan Teflon. Sifat lainnya, Teflon memiliki koefisien gesek yang rendah dan tidak basah jika dimasukkan zat cair. Itulah sebabnya mengapa Teflon digunakan sebagai alat masak.

PENGGOLONGAN POLIMER

 Polimer  adalah senyawa yang besar  dan terbentuk  dari hasil penggabungan  sejumlah unit-unit  molekul yang kecil.

1. Penggolongan PolimerBerdasarkan sumbernya polimer diklasifikasikan menjadi dua;a.  Polimer alam yaitu polimer yang terdapat di alam.

Misalnya karet alam, pati, protein, selulosa, wol, sutra, katun dan glikogen.b   Polimer buatan yaitu polimer yang disintetik dan tidak terdapat di alam. Misalnya polietena, polipropilena, polivinilklorida (PVC), polietilen, nilon, teflon, dakron.Berdasarkan jenis monomernya, polimer dibedakan menjadi;a   Homopolimer yaitu polimer yang tersusun  dari monomer pembentuk sejenis. Misalnya PVC, protein dan karet alamb   Kopolimer yaitu polimer yang tersusun dari monomer pembentuk berbeda.Misalnya nilon 66.

Berdasarkan sifatnya, polimer dapat  digolongkan menjadi  termoplastik dan termoseta Polimer termoplastik, yaitu polimer  yang bersifat  kenyal (liat) apabila dipanaskan  dan dapat dibentuk menurut pola yang diinginkan. Setelah  pendinginan, polimer kehilangan sifat kenyal dan mempertahankan  bentuknya yang baru.b Polimer termoset, yaitu polimer  yang pada mulanya  kenyal ketika dipanaskan, tetapi sekali didinginkan  tidak dapat diuraikan lagi.

Sifat fisik dan kimia bahan baku

a. Urea

Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO. Urea juga dikenal dengan nama carbamide yang terutama digunakan di kawasan Eropa. Nama lain yang juga sering dipakai adalah carbamide resin, isourea, carbonyl diamide dan carbonyldiamine. Senyawa ini adalah senyawa organik sintesis pertama yang berhasil dibuat dari senyawa anorganik, yang akhirnya meruntuhkan konsep vitalisme.

Rumus Molekul (NH2)2CO

Rumus bangun NC(=O)N

Massa atom 60.07 g/mol

Berat Jenis and phase 1.33·103 kg/m3 [1], solid

Kelarutan di dalam air 108 g/100 ml (20 °C)167 g/100 ml (40 °C)251 g/100 ml (60 °C)400 g/100 ml (80 °C)733 g/100 ml (100 °C)

Titik lebur 132.7 °C (406 K) decomposes

Titik didih n.a.

Keasaman (pKa) 0.18

Kebasaan (pKb) 13.

Kelembaban relatif kritis 81% (20 °C)73% (30 °C)

b. Etanol

Etanol, disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi yang paling tua.

Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5).

Fermentasi gula menjadi etanol merupakan salah satu reaksi organik paling awal yang pernah dilakukan manusia. Efek dari konsumsi etanol yang memabukkan juga telah diketahui sejak dulu. Pada zaman modern, etanol yang ditujukan untuk kegunaan industri dihasilkan dari produk sampingan pengilangan minyak bumi.[1]

Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada parfum, perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia lainnya. Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar

Rumus molekul C2H5OH Massa molar 46,07 g/mol Penampilan cairan tak berwarna Densitas 0,789 g/cm3 Titik leleh −114,3Titik didih 78,4Kelarutan dalam air tercampur penuh Keasaman (pKa) 15,9 Viskositas 1,200 cP (20 °C) Momen dipol 1,69 D (gas)

c. Asam sulfat

Asam sulfat, H2S O 4, merupakan asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan dan merupakan salah satu produk utama industri kimia. Produksi dunia asam sulfat pada tahun 2001 adalah 165 juta ton, dengan nilai perdagangan seharga US$8 juta. Kegunaan utamanya termasuk pemrosesan bijih mineral, sintesis kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyakRumus molekul H2SO4 Massa molar 98,08 g/mol Penampilan cairan bening, tak berwarna, tak berbau Densitas 1,84 g/cm3, cair Kelarutan dalam air tercampur penuh Keasaman (pKa) −3 Viskositas 26,7 cP (20 °C)

d. Formalin

Senyawa kimia formaldehida (juga disebut metanal, atau formalin), merupakan aldehida dengan rumus kimia H2CO, yang berbentuknya gas, atau cair yang dikenal sebagai formalin, atau padatan yang dikenal sebagai paraformaldehyde atau trioxane. Formaldehida awalnya disintesis oleh kimiawan Rusia Aleksandr Butlerov tahun 1859, tapi diidentifikasi oleh Hoffman tahun 1867.

Pada umumnya, formaldehida terbentuk akibat reasi oksidasi katalitik pada metanol. Oleh sebab itu, formaldehida bisa dihasilkan dari pembakaran bahan yang mengandung karbon dan terkandung dalam asap pada kebakaran hutan, knalpot mobil, dan asap tembakau. Dalam atmosfer bumi, formaldehida dihasilkan dari aksi cahaya matahari dan oksigen terhadap metana dan hidrokarbon lain yang ada di atmosfer. Formaldehida dalam kadar kecil sekali juga dihasilkan sebagai metabolit kebanyakan organisme, termasuk manusia.

Titik nyala -53 °CRumus molekul CH2O Massa molar 30,03 g·mol−1

Penampilan gas tak berwarna Densitas 1 kg·m−3, gas Titik leleh -117 °C (156 K)Titik didih -19,3 °C (253,9 K)Kelarutan dalam air > 100 g/100 ml (20 °C

e. Natrium sulfat

Na2SO4 = garam

Glauberit adalah suatu mineral yang terdiri dari campuran natrium sulfat dan kalsium sulfat, Na2SO4.CaSO4. Karena kelarutannya, seringkali mineral ini terpisah dari matriksnya dan meninggalkan suatu rongga sehingga terisi oleh mineral lain sehingga terbentuk suatu

kristal baru. Natrium sulfat, dengan rumus

kimia Na2SO4, atau sering disebut dengan salt cake, merupakan padatan berbentuk kristal putih, yang larut dalam air dan gliserol. Natrium sulfat tidak beracun and tidak mudah terbakar.

Natrium sulfat biasanya diproduksi melalui proses Hargraves, dengan reaksi pembentukan sebagai berikut:

4NaCl + 2SO2 + 2H2O + O2 --> 2Na2SO4 + 4HCl

Natrium sulfat banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan industri, antara lain di industri pulp dan kertas, deterjen, pembuatan flat glass, tekstil, keramik, farmasi, zat pewarna dan sebagai reagent di laboratorium kimia.

Selain melalui proses Hargraves, natrium sulfat juga dapat dihasilkan dengan cara pemurnian garam natrium sulfat (pertambangan) atau sebagai produk samping dari produksi fenol. Sementara itu di Indonesia natrium sulfat umumnya diperoleh sebagai produk samping dari industri viscose rayon.

f. Natrium karbonat

Natrium bikarbonat adalah senyawa kimia dengan rumus NaHCO3. Dalam penyebutannya kerap disingkat menjadi bicnat. Senyawa ini termasuk kelompok garam dan telah digunakan sejak lama.Senyawa ini disebut juga baking soda (soda kue), Sodium bikarbonat, natrium hidrogen karbonat, dan lain-lain. Senyawa ini merupakan kristal yang sering terdapat dalam bentuk serbuk. Natrium bikarbonat larut dalam air. Senyawa ini digunakan dalam roti atau kue karena bereaksi dengan bahan lain membentuk gas karbon dioksida, yang menyebabkan roti "mengembang".Senyawa ini juga digunakan sebagai obat antasid (penyakit maag atau tukak lambung). Karena bersifat alkaloid (basa), senyawa ini juga digunakan sebagai obat penetral asam bagi penderita asidosis tubulus renalis (ATR) atau rhenal tubular acidosis (RTA).

NaHCO3 umumnya diproduksi melalui proses Solvay, yang memerlukan reaksi natrium klorida, amonia, dan karbon dioksida dalam air. NaHCO3 diproduksi sebanyak 100 000 ton/tahun (2001).[1]

Soda kue juga diproduksi secara komesial dari soda abu (diperoleh melalui penambangan bijih trona, yang dilarutkan dalam air lalu direaksikan dengan karbon dioksida. Lalu NaHCO3 mengendap sesuai persamaan berikutNa2CO3 + CO2 + H2O → 2 NaHCO3