TUGAS MATERIAL TEKNIK IVPOLIMER

DI SUSUN OLEH :

NAMA : DEDE JAYA NIM : 11.0483

FAKULTAS : TEKNIK PERMINYAKAN

Pengertian Polimer. Polimer (makromolekul) merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit unit berulang sederhana. Nama ini diturunkan dari bahasa yunani, yaitu : Poly yang berarti banyak, dan mer yang berarti bagian (Malcom Steven, 2004). Dan polimer juga merupakan bahan yang penting dalam pembuatan komposit. Polimer berfungsi sebagai matriks yang berfungsi mengikat penguat yang digunakan pada komposit. Beberapa contoh bahan polimer yaitu resin phenolformaldehyde, urea formaldehyde, poliester, epoksi dan lainnya. Pada umumnya polimer memiliki sifat yang menguntungkan karena massa jenisnya kecil, mudah dibentuk, tahan karat (Hyer, 1998). Akan tetapi polimer memiliki kekurangan seperti kekakuan dan kekuatan rendah. Oleh karena itu agar diperoleh komposit yang lebih baik, maka polimer tersebut dipadukan dengan bahan yang lain yang berfungsi sebagai bahan penguat seperti: serat (fiber), partikel (particulate), lapisan (lamina) dan serpihan (flakes). Pada saat ini berbagai industri telah menggunakan komposit yang diperkuat oleh serat mulai dari industri perabot rumah tangga (panel, kursi, meja), industri kimia (pipa, tangki, selang), alat-alat olah raga, bagian-bagian mobil yang salah satunya bumper mobil, alat-alat listrik, industri pesawat terbang (badan pesawat, roda pendarat, sayap dan baling baling helikopter) dan industri perkapalan (salah satunyabody speed boat).Klasifikasi Polimer Senyawa-senyawa polimer didapatkan dengan dua cara, yaitu yang berasal dari alam (polimer alam) dan di polimer yang sengaja dibuat oleh manusia (polimer sintetis). Polimer yang sudah ada dialam (polimer alam), seperti : 1. Amilum dalam beras, jagung dan kentang 2. Selulosa dalam kayu 3. Protein terdapat dalam daging 4. Karet alam diperoleh dari getah atau lateks pohon karet Karet alam merupakan polimer dari senyawa hidrokarbon, yaitu 2-metil-1,3-butadiena (isoprena). Ada juga polimer yang dibuat dari bahan baku kimia disebut polimer sintetis seperti polyetena, polipropilena, poly vynil chlorida (PVC), dan nylon. Kebanyakan polimer ini sebagai plastik yang digunakan untuk berbagai keperluan baik untuk rumah tangga, industri, atau mainan anak-anak.

Reaksi Polimerisasi Reaksi polimerisasi adalah reaksi penggabungan molekulmolekul kecil (monomer) yang membentuk molekul yang besar. Ada dua jenis reaksi polimerisasi, yaitu : polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi a. Polimerisasi Adisi Polimerisasi ini terjadi pada monomer yang mempunyai ikatan tak jenuh (ikatan rangkap dengan melakukan reaksi dengan cara membuka ikatan rangkap (reaksi adisi) dan menghasilkan senyawa polimer dengan ikatan jenuh. Mekanisme reaksi :

Contoh : 1. Pembentukan Polietena (sintesis) Polietena merupakan plastik yang dibuat secara sintesis dari monomer etena (C2H4) menurut reaksi adisi berikut :

Pembentukan Poli-isoprena (alami) Poli-isoprena merupakan karet alam dengan monomer 2- metil-1,3 butadiena. Reaksi yang terjadi dengan membuka salah satu ikatan rangkap dan ikatan rangkap yang lainnya berpindah menurut reaksi adisi :

Polimerisasi kondensasi Pada polimerisasi kondensasi ini, disamping menghasilkan senyawa polimer juga menghasilkan zat lain yang struktur molekulnya sederhana (kecil). Monomer + monomer +.. polimer + zat lain a. Pembentukan Nylon (sintesis) Pembuatan nylon dari monomer asam heksanadionat dengan 1,6-diamino heksana. Reaksi yang terjadi adalah gugus karboksilat (-COOH) bereaksi dengan gugus amino (-NH2) melalui ikatan peptida (HNCO) dan mengasilkan nylon serta molekul air. Contoh :

b. Pembentukan protein (alami)Protein terbentuk dari asam

SIFAT-SIFAT POLIMERSebelum membahas tentang faktor yang mempengaruhi sifat-sifat polimer, berikut akan dijelaskan terlebih dahulu tiga sifat polimer yang harus kita ketahui. 1. Termoplas Termoplas bersifat lunak jika dipanaskan dan dapat dicetak kembali menjadi bentuk lain. Hal ini dikarenakan termoplas memiliki banyak rantai panjang yang terikat oleh gaya antar molekul yang lemah. Contoh polimer yang memiliki sifat termoplas adalah PVC, polietena, nilon 6,6 dan polistirena 2. Termoset Termoset mempunyai bentuk permanen dan tidak menjadi lunak jika dipanaskan. Penyebabnya adalah termoset memiliki banyak ikatan kovalen yang sangat kuat diantara rantai-rantainya. Ikatan kovalen akan terputus serta terbakar jika dilakukan pemanasan yang tinggi. Polimer yang memiliki sifat termoset adalah bakelit 3. Elastomer Elastomer merupakan polimer yang elastic atau dapat mulur jika ditarik, tetapi kembali ke awal jika gaya tarik ditiadakan. Penyebabnya adalah tumpang tindih antara polimer yang memungkinkan rantai-rantai ditarik, dan ikatan silang yang akan menarik kembali rantai-rantai tersebut ke susunan tumpang tindihnya. Contoh elastomer adalah karet sintetis SBR.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT POLIMERSifat-sifat polimer seperti yang dipaparkan di atas ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu sebagai berikut: 1. Panjang rantai/jumlah monomer Kekuatan polimer akan bertambah dengan semakin panjangnya rantai/jumlah monomer karena terdapat semakin banyak gaya antar molekul antara rantai-rantai penyusunnya. 2. Susunan rantai satu terhadap lainnya Susunan rantai satu terhadap lainnya dapat bersifat teratur membentuk daerah kristalin dan acak membentuk daerah amorf. Polimer yang membentuk daerah kristalin akan lebih kuat karena rantairantainya tersusun rapat, meski kurang fleksibel. Sedangkan polimer yang membentuk daerah amorf akan bersifat lemah dan lunak. 3. Tingkat percabangan pada rantai Ketidakteraturan rantai-rantai polimer disebabkan oleh banyak cabang sehingga akan mengurangi kerapatan dan kekerasan polimer itu sendiri, namun akan menaikkan fleksibilitasnya. Terdapat dua contoh polimer yang dibedakan berdasarkan fleksibilitasnya yaitu LDPE (low density polyethene) dan HDPE (high density polyethene). Sesuai dengan namanya LDPE lebih fleksibel tapi kurang tahan panas dengan titik didih 105oC, sendangkan HDPE lebih kaku, tetapi kuat dan tahan panas pada kisaran suhu 135oC. 4. Gugus fungsi pada monomer Adanya gugus fungsi polar seperti hidroksida - OH dan amina - NH2 pada monomer dalam polimer akan mengakibatkan terbentuknya ikatan hydrogen. Akibatnya, kekuatan gaya antar molekul polimer meningkat dan akan menaikkan kekerasan polimer.

5. Ikatan silang (cross linking) antar rantai polimer Termoplas tidak memiliki cross linking, hanya gaya antar molekul yang lemah sehingga bersifat lunak. Sebaliknya termoset memiliki cross linking yang kuat berupa ikatan kovalen sehingga bersifat keras dan sulit meleleh. Sementara itu sifat elestomer dipengaruhi selain oleh tumpang tindih rantai, juga cross linking yang lebih sedikit disbanding termoset. 6. Penambahan zat aditif Sangat sedikit polimer yang digunakan dalam bentuk murninya, kebanyakan ditambah zat aditif untuk memperbaiki atau memperoleh sifat yang diinginkan. Zat plastis (plasticizer) yang digunakan untuk melunakkan polimer pada jenis polimer termoset; zat pengisi/penguat untuk menaikkan kekuatan polimer; stabilitator untuk menaikkan ketahanan terhadap dekomposisi oleh panas, sinar UV, dan oksidator; pigmen untuk pewarnaan; dan penghambat nyala api yang digunakan untuk mengurangi sifat mudah terbakar dan materi.

JENIS-JENIS POLIMER DAN MANFAATNYA

Karet alam atau karet mentah memiliki sifat fleksibel, harganya relative ringan tapi daya sambung dan daya rekat jauh lebih rendah disbanding karet sintesis bila dibuat perekat. Karet alam tidak bisa dipakai untuk penyambung plastic. Perekat yang dipakai dan terbuat dari karet sintesis atau karet alam tidak tahan terhadap bahan pelarut minyak bahan oksidasi dan sinar ultraviolet, mudah sekali rusak bila terkena panas. Tahan terhadap panas pada suhu 35-40 derajat Celsius sebelum divulkanisasi, jika divulkanisasi tahan terhadap panas 70 derajat Celsius. Karet alam larut dengan baik pada pelarut hidrokarbon. Perekat ini berguna untuk benda ringan seperti kain karet busa yang mengelupas pada bebang 3 kilogram/cm2 pada suhu kamar. Bila karet alam ini divulkanisir ia akan menjadi tahan panas dan kekuatan mengelupas sampai dengan 6 kilogram/cm2. Salah satu dari keunggulan dari solusi karet alam tidak beracun, pelarut yang dipakai tidak menyengat dan tidak mudah terbakar, viskositas dari solusi ini kira-kira 25 persen. Karet Stiren butadin adalah karet sintetik termasuk yang luas permukaannya dan pemakaiannya dan murah harganya dibangingkan dari karet alam. Karet Stiren Butadin termasuk perekat interior. Dari perekat ini berguna untuk karpet, karet busa dan konstruksi mobil untuk menyambung karet kelogan karet ini tidak berguna untuk PVC. Pelarut yang digunakan biasanya nafta.

Karet nitril karboksil adalah karet yang mengandung gugus asam karboksilat. Perekat yang dibuat dari bahan ini tidak saja memiliki daya rekat yang tinggi terhadap logam tapi juga mempercepat reaksi resinya terhadap senyawa lain yang gunanya member kekuatan adhesive dan kohesif, dan lebih tahan minyak. Karet alam adalah polimer hidrokarbon tak jenuh. Senyawa ini secara komersial diperoleh dari getah karet. Struktur kimianya sebagian dijelaskan pada abad ke 19 jika dipanaskan tanpa udara (isoprene)

Kebanyakan karet memiliki ikatan molekul lebih dari 10000000. Besarnya variasi menurut metode pengolahan. Karet mentah mengandung kira-kira -1, -2, -3 persen air dan sedikit bahan organic, serta poliisoprena. Penggolongan suatu jenis konvensional dilakukan dasar-dasar visualisasi atau sifat-sifat yang dapat dilihat oleh mata, misalnya warna karet, adanya endapan serta noda-noda lainnya. Sistem penggolongan tersebut sama sekali tidak memberikan informasi tentang sifat-sifat karet teknis dari karet mentahnya (terutama untuk barang-barang jadi karet mentahnya) dan tidak ada hubungan langsung antara warna gelombung udara dan noda-noda tertentu lainnya dengan sifat-sifat teknis karet yang menjadi persyaratan barang-barang jadi karet yang diproduksi. Polimer alami juga sangat penting untuk kehidupan organisme. Tanpa struktur polimer alam seperti sellulosa pada tanaman atau protein bahwa konstruksi urat dan otot hewan. Hewan tidak hidup serta tanaman tidak dapat berdiri diatasnya tali gravitasi. Kita semua diciptakan laut, dimana membrane halus kita didukung oleh aliran di dalam air. Enzim tanaman dan hewan bahwa katalis semua reaksi biokimia penting sebagai polimer asam amino. Terakhirnya, dioksiribosanukleat (DNA) merupakan bahan genetic. Warisan semua tanaman dan hewanhwan adalah polimer asam nukleat. Bentuk polimer datang dari yunani (poly) dan menunjukkan sebuah molekul besar yang dibuat dari banyak bagian makromolekul adalah suatu bentuk sinonim dari polimer. Polimer-polimer dibuat oleh garis bersama molekul sederhana yang disebut dengan monomer (bagian tunggal).

Macam-macam PolimerMenurut : Jons Jacob Berzelius,

senyawa dengan rumus empiris sama, tetapi massa molekulnya berbeda dinamakan polimer. Polimer didefinisikan sebagai senyawa dengan massa molekul besar dan merupakan gabungan dari monomermonomer pembentuknya. Polimer yang berasal dari alam disebut polimer alam. Polimer yang dapat dibuat di laboratorium maupun diproduksi dalam jumlah besar di industri, dikenal dengan polimer sintetik. a. Polimer Alam Polimer yang terjadi secara alami dikenal sebagai polimer alam, seperti selulosa, protein, dan karet alam. Berikut dibahas secara lebih terperinci mengenai polimer alam. 1) Struktur Selulosa Selulosa merupakan polisakarida yang banyak dijumpai dalam dinding sel tanaman. Selulosa merupakan polimer yang terbentuk dari monomer Dglukosa melalui ikatan (1 4) glikosidik. Panjang rantai beragam, dari ratusan sampai ribuan unit glukosa.

Kayu mengandung sekitar 50% berat selulosa dan kapas hampir 90% mengandung selulosa. Selulosa dariserat kayu mengandung banyak pengotor yang dapat dimurnikan dengan cara melarutkannya ke dalam campuran NaOH dan CS2. Dalam proses pelarutan ini akan terbentuk cairan kental. Jika cairan kental itu dimasukkan ke dalam pipa berpori pada bak asam, dihasilkan fiber selulosa yang dikenal sebagai rayon. Proses serupa digunakan untuk membuat film tipis selulosa yang dikenal sebagai kertas selofan.

Pada setiap monomer selulosa mengandung tiga gugus OH yang dapat bereaksi dengan asam nitrat membentuk ester nitrat dan dikenal dengan selulosa nitrat. John Wesley Hyatt (1869) menemukan bahwa campuran selulosa nitrat dan yang dilarutkan dalam alkohol menghasilkan plastik yang dinamakan seluloid. Selulosa nitrat atau seluloid digunakan sebagai bahan baku pembuatan sisir hingga bola bilyar. Selulosa nitrat mudah terbakar sehingga saat ini sudah banyak digantikan oleh plastik jenis lain.

2) Karet Alam Karet alam tersusun atas satuan monomer cis1,4isoprena dengan panjang rantai rata-rata sekitar 5.000 satuan isoprena. Masalah utama karet alam adalah taktisitas atau cara penyusunan polimer yang teratur (isotaktik).

ISOPRENAMasalah taktisitas karet alam dapat diselesaikan oleh Charles Goodyear (1839). Dia menemukan metode vulkanisasi karet alam dengan belerang sehingga karet alam dapat diubah elastisitasnya. Vulkanisasi karet alam melibatkan pembentukan ikatan silang SS di antara rantai poliisoprena. Vulkanisasi karet berguna untuk menghasilkan karet alam dengan derajat elastisitas sesuai harapan.

Pada vulkanisasi karet alam, penyisipan rantai-rantai pendek dari atom belerang akan mengikat secara silang di antara dua rantai polimer karet alam. Jika jumlah ikatan silang relatif besar, polimer dari karet alam menjadi lebih tegar.

Gambar 10.8 Pada vulkanisasi karet alam, makin banyak ikatan silang, makin tegar karet yang terbentuk b. Polimer Sintetik Hampir semua peralatan terbuat dari bahan polimer, mulai dari alat-alat dapur sampai alat picu jantung buatan. Sampai saat ini, penelitian dan pengembangan bahan polimer masih terus dilakukan dalam

upaya menemukan aneka penerapan bahan polimer. Sesuai dengan mekanisme pembuatannya, polimer sintetik tinggi dapat digolongkan menjadi polimer adisi dan polimer kondensasi. 1) Polimer Adisi Polimer adisi adalah polimer yang terjadi melalui reaksi adisi, yaitu reaksi yang melibatkan senyawa yang mengandung ikatan rangkap, kemudian diubah menjadi ikatan tunggal. Contoh polimer adisi adalah polietilen(PE), polipropilen (PP), politetrafluoroetilen, polivinilklorida (PVC), dan akrilik. a) Polietilen (PE) Secara kimia, PE sangat inert. Polimer ini tidak larut dalam pelarut apapun pada suhu kamar, tetapi dapat menggembung dalam cairan hidrokarbon (bensin) dan karbon tetraklorida (CCl4). PE tahan terhadap asam dan basa, tetapi dapat rusak oleh asam nitrat pekat. Jika dipanaskan secara kuat, PE membentuk ikatan silang yang diikuti oleh pemutusan ikatan secara acak pada suhu lebih tinggi, tetapi tidak terdepolimerisasi. PE dibagi menjadi dua jenis, yaitu PE kerapatan tinggi (HDPE) dan PE kerapatan rendah (LDPE) seperti di tunjukkan padaGambar 10.9. Plastik HDPE bersifat kenyal, tidak mudah sobek, dan tahan terhadap kelembapan. Bahan kimia plastik HDPE banyak digunakan untuk pembungkus, dus, isolator listrik, pelapis kabel, dan lain-lain.

STRUKTUR POLIETLIEN

LDPE

HDPE

Tabel 10.1 Sifat-Sifat Fisik Polietilen

SifatDapat dipotong dengan mudahTidak pecah Dapat dilipat Tenggelam dalam air Menjadi lunak akibat panas

Polietilen HDPE

HDPE

TidakYa Tidak Ya Tidak

YaYa Ya Tidak Ya

c) Politetrafluoroetilen (Teflon) Politetrafluoroetilen tahan terhadap korosi dan pelarut organik. Dari hasil pengujian, hanya lelehan logam alkali atau alkali yang dilarutkan dalam amonia yang dapat mendegradasi polimer ini. Politetrafluoroetilen banyak digunakan untuk insulator listrik, peralatan kimia, dan peralatan rumah seperti pada Gambar 10.10 sebab tahan terhadap air dan suhu tinggi hingga 350C.

Polimer PE PP PVC PS (polistiren) Teflon PMMA

Produk Kantong plastik, lembaran plastik, dan alat-alat dapur Botol, jeriken, dan kursi Pipa air, waterproof, isolasi listrik, dan rak susun Kemasan (tempat minum) bantalan, dan styrofoam Pot, alat dapur, dan wadah Pengganti gelas/kaca

d) Polivinilklorida (PVC) Sekitar 20% klorin digunakan untuk membuat monomer vinilklorida (CH2=CHCl), sebagai bahan baku plastik poliviliklorida (PVC). Substituen klorin pada rantai polimer menjadikan PVC lebih tahan terhadap api dibandingkan PE. Plastik PVC memiliki gaya tarik antara rantai polimer sehingga meningkatkan kekerasan plastik jenis ini. Sifat-sifat PVC dapat divariasikan sesuai fungsinya dengan cara mengubah sifat keplastisan, stabilisasi, pengisi, dan celupannya sehingga menjadikan PVC sebagai plastik serbaguna

e) Polimetilmetakrilat (Polimer Akrilik) Salah satu polimer akrilik adalah polimetilmetakrilat (PMMA), dikomersialkan dengan nama dagang Lucite danPlexiglass. PMMA berupa kristal bening yang sangat ringan sehingga banyak digunakan untuk jendela pesawat terbang dan lensa cahaya. PMMA yang sangat transparan digunakan untuk contact lens seperti pada Gambar 10.11.

2) Polimer Kondensasi Polimer kodensasi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi kondensasi. Reaksi ini melibatkan pembentukan senyawa tidak jenuh dari senyawa jenuh. Plastik sintetis pertama adalah bakelit, yang dikembangkan olehBaekland (1905). Monomer bakelit merupakan hasil reaksi formaldehid (H2CO) dan fenol (C6H5OH) membentuk fenol tersubstitusi. Pada suhu di atas 100C, fenol-fenol ini terkondensasi membentuk polifenoksi. Polifenoksi digunakan untuk membuat asesoris, seperti gantungan kunci. Untuk pengerasnya digunakan katalis. Carothers dan koleganya (1920) menemukan rumpun polimer kondensasi yang dikenal sebagai poliamida dan poliester. Poliamida diperoleh melalui reaksi diasilklorida dan diamina.

Alkilen diamina Alkilen diasilklorida poliamida Poliester dibuat melalui reaksi alkil diasilklorida dengan dihidroksi. Reaksi polimerisasinya adalah sebagai berikut.

Alkilen dihidroksi Alkilen diasilklorida Poliester Fiber sintetik yang pertama dibuat adalah nilon. Fiber ini dapat dilihat dengan cara menuangkan larutan heksametilen diamina dalam pelarut air ke dalam larutan adipoilklorida dalam pelarut CH 2Cl2.

Polimer nilon-6,6 terbentuk pada antarmuka antara kedua fasa pereaksi membentuk film tipis. Jika film itu disentuh, kemudian ditarik, akan tampak serat nilon seperti benang (perhatikan Gambar 10.12). Polimer tersebut dinamakan nilon6,6 sebab polimer dibentuk dari diamin yang memiliki enam atom karbon dan adipoil yang juga mengandung enam atom karbon.

Gambar 10.12 Nilon6,6.

Polikarbonat terbentuk melalui polimerisasi esterkarbonat dan suatu alkohol. Polikarbonat yang dihasilkan dipasarkan dengan nama dagang Lexan. Lexan memiliki ketahanan tinggi terhadap panas dan cuaca sehinggabanyak digunakan untuk pengaman gelas, rangka jendela, dan helm

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.