TUGAS

ICE-492 TEKNOLOGI POLIMER DAN MEMBRAN

Disusun oleh:

Ari Irfandy (6209096)

Beatrice (6210014)

Jesslyn Yohansha (6211024)

Cahyadi Dwi Putra (6211040)

Yosua Pratama (6211074)

Ken Hashigata (6211078)

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS KATOLIK PARAHYANGAN

BANDUNG

2015

Polipropilena atau Polipropena (PP)

Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet).

Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Polipropena biasanya didaur-ulang, dan simbol daur ulangnya adalah nomor "5".

Ikatan dalam polipropilen yang kristalin merupakan intermolecular dispersion yang merupakan ikatan sekunder (adanya interaksi dalam molekul). Dispersi polipropilen merupakan polar - non polar (lemah) yang membuat perbedaan dari muatan netral menjadi tidak netral.

Berdasarkan sumbernya : sintetis

Berdasarkan strukturnya : linear

Berdasarkan sifat termalnya : termoplastik

Berdasarkan reaksi polimerisasinya : adisi

Berdasarkan jenis monomernya : homopolimer

Berdasarkan taktisitasnya : ataktik

Berdasarkan sifat mekaniknya (modulus Young): menengah

Berdasarkan kristalinitas : amorphous/ semi-kristalin/ kristalin

Fiber polipropilen tersusun atas region kristalin dan non-kristalin. Derajat kristalinitas PP umumnya antara 50-65%, tergantung pada kondisi proses. Kristalisasi terjadi antara glass transition temperature (Tg) dan equilibrium melting point (Tm). Laju kristalisasi PP meningkat dengan cepat pada suhu rendah. Laju kristalisasi menurun seiring dengan meningkatnya temperatur kristalisasi dan juga menurun seiring meningkatnya berat molekul.

Struktur kristalis PP memiliki berbagai bentuk, seperti bentuk , β, γ. form lebih stabil secara termodinamika dibandingkan bentuk lainnya.

Mekanisme reaksi yang terjadi terdiri dari 3 tahapan, yaitu:

1. Inisiasi

2. Propagasi, dan

3. Terminasi

Sebelum terjadi ketiga tahapan reaksi diatas. Katalis TiCl4 diaktifkan terlebih dahulu oleh ko – katalis Al(C2H5)3 sehingga akan terbentuk pusat aktif (active center) katalis seperti pada rekasi berikut:

Setelah katalis diaktifkan oleh ko-katalis membentuk radikal bebas Ti, maka monomer propilen akan menyerang bagian aktif ini dan berkoordinasi dengan logam transisi, selanjutnya ia menyisip antara metal dan grup alkil, sehingga mulailah terbentuk rantai polipropilen

Radikal propilen yang terbentuk akan menyerang monomer propilen lainnya terus menerus dan mementuk radikal polimer yang panjang. Pada tahap ini tidak terjadi pengakhiran, polimerisasi terus berlangsung sampai tidak ada lagi gugus fungsi yang tersedia

untuk bereaksi. Cara penghentian reaksi yang biasa dikenal adalah dengan penghentian ujung atau dengan menggunakan salah satu monomer secara berlebihan.

Pada tahap ini diinjeksikan sejumlah hidrogen yang berfungsi sebagai terminator. Hidrogen sebagai terminator akan bergabung dengan sisi aktif katalis sehingga terjadi pemotongan radikal polimer yang akan menghentikan polimerisasi propilen.

Proses pembuatan propena (monomer polipropilen):

Pembuatan propena terdiri dari 4 tahap besar. Pertama, persiapan bahan baku dari minyak mentah untuk mendapatkan monomer. Kedua, monomer mengalami polimerisasi pada produksi yang lebih besar. Ketiga, hasil dari polimerisasi terbentuk resin – resin (pelet / butiran). Keempat, Produk resin yang tebentuk akan diolah lebih lanjut untuk menjadi produk baru.

Reaktor dimana dalam reaktor terjadi reaksi polimerisasi propilen menjadi resin propilena dengan menggunakan fluidized bed reactor fasa gas, reaksi ini terjadi didalam unggun resin polipropilen yang terfluidakan dengan menggunakan unggun resin.

Tahapan Proses Pembuatan Polipropilena :

Reaktor

Product Discharge System

Persiapan Bahan Baku

Product

Silo and Bagging System

Product Receiver

Product Purge Bin

Pelletizing System

Bahan baku utama (feedstock) dari Polipropilena: Propena yang diambil dari minyak bumi untuk menjadi Polipropilena

Bahan baku penunjang antara lain:

1. Katalis (Kaminsky/ Ziegler-Natta/ metallocene)

2. Kokatalis (TEAL)

3. Selectivity Control Agent (NPTMS)

4. Hidrogen

5. Nitrogen

6. Carbon Monoxide, dan

7. Aditif

Proses pembuatan karpet dari polipropilena:

Pembuatan karpet dari polipropilen atau olefin fiber. Olefin fiber adalah fiber yang diproses dengan menggunkan polimer sintetis rantai panjang yang terdiri dari sekurang – kurangnya 85% etilen, polipropilen, atau jenis olefin lainnya. Olefin merupakan produk dari reaksi polimerisasi propilen dengan gas etilen. Reaksi polimerisasi pembentukan polipropilen merupakan reaksi polimerisasi adisi. Struktur polipropilen:

(-CHCH3-CH2-)n

atau

Polypropylene juga dibentuk dari monomer propylene dengan proses Ziegler-Natta polymerization atau metallocene catalysis polymerization.

Proses pembuatan polipropilen (PP) : dengan dua macam proses liquid pool slurry :

Low pressure liquid pool slurry phase processes Low pressure modular gas phase reactory

Selain itu, terdapat proses lain untuk membuat PP :

Slurry phase heavy-diluents stirred-tank reactor Slurry phase light-diluents stirred-tank reactor Tubular high-pressure process Solution phase medium-pressure adiabatic reactor

6 metode untuk membuat PP :

Injection molding Rotational molding Blow molding Extrusion Blown film extrusion Cast film extrusion

Diagram proses pembuatan produk :

Penjelasan gambar diatas :

1. Extrusion: L/D = 30, rasio kompresi = 1:3.52. Metering:Satu atau lebih gear berputar yang memompa dan menerima molten

polymer, yang kemudian dikirim ke spinning pack untuk di homogenize produknya. Umpan untuk spinning pack dimasukan dengan laju konstan dan mencegah fluktuasi (tidak konstan) selama proses screw extruder.

3. Spinning: Bagian spinning pack terdiri dari tiga bagian, yaitu: filters, distributor (which distributes the molten polymer over to die surface) dan the die. Diameter die berfariasi, mulai dari 0.5 to 1.5mm, bergantung pada kebutuhan denier.

4. Quenching: newly extruded filaments are cooled in a good " box" which will distribute 3 m3/min of cool air without damaging the filaments.

5. Finishing : to improve antistatic and reduce abrasion.6. Hot Stretching : to enhance the physico-mechanical properties.7. Crimping : to improve the bulk.8. Thermosetting: it is a treatment in hot air or steam that removes the internal

stresses and relaxes fibers. The resultant fibers are heat-set with increased denier.9. Cutting: fibers are cut into 20 to 120 mm length depending on whether they are

intended for cotton or woolen system.

Sifat fisik dari Polipropilen:

Sifat Kimia Propilen:

1. Propilen diproduksi melalui sistem cracking pada proses pemurnian minyak bumi yang juga menghasilkan etilen, metana dan hydrogen.

Rx: 2CH3CH2CH3 → CH3CH=CH2 + CH2=CH2 + CH4 + H2

2. Reaksi propilen dengan Ammonia menghasilkan akrilonitrit pada industri asam akrilit

Reaksi : CH3CH=CH2 + NH3 + 3/2 O2 → CH2=CHCN + 3H2O

3. Pada temperature tinggi klorinasi propilen dengan klorida memproduksi gliserol

Reaksi : CH3CH=CH2 + Cl2 770K→ CH2=CH2Cl + HCl

PET Polymer

Polyethylene terephthalate atau yang biasa disebut sebagai PET adalah polimer (chain

of repeating unit) yang tiap unit individunya tersambung/terhubung oleh ester linkages. PET

terdiri dari 2 buah monomer yaitu etilen glikol termodifikasi dan asam terephthalate yang

telah dipurifikasi. Degree of polymerization dari PET biasanya bernilai 30, dimana pada satu

molekul PET terdapat 30 repeating unit monmernya. PET merupakan polimer yang bersifat

termoplastik dimana PET bisa dileburkan dan dibentuk kembali bila diperlukan tanpa

mengalami kerusakan (dapat di re-cycle). PET pertama kali ditemukan di Inggris pada tahun

1941. Gambar berikut merupakan gambar molekul dari PET.

Gugus ester di dalam rantai polyester bersifat polar, dimana atom oksigen pada gugus

karbonil memiliki muatan negatif dan atom karbon pada gugus karbonil memiliki muatan

positif. Hal ini menyebabkan adanya tarik menarik antar molekul (gaya dipol-dipol). Gaya ini

menyebabkan gugus ester dari 2 molekul berbeda dapat terikat satu sama lain membentuk

struktur kristal dan membentuk fiber yang kuat.

Pembuatan PET umumnya diproduksi melalui du acara yaitu transesterifikasi dimetil

tereftalat (DMT) dengan etilen glikol (EG) dan esterifikasi langsung asam tereftalat murni

(TPA) dengan EG. Tahap pertama dari kedua cara itu akan menghasilkan campuran etilena

glikol ester asam tereftalat. Campuran oligomer linier (terutama bis hidroksietil tereftalat

(BHET)) akan terkena tahap lanjut yaitu polikondensasi yang menghasilkan polietilen

tereftalat yang berbentuk serat.

Pada sintesis PET terdapat dua tahap. Pada tahap pertama yaitu esterifikasi, yang

dihasilkan dari reaksi ini adalah gugus karboksilat dengan gugus alkohol. Karena gugus-

gugus ini terbentuk pada ujung senyawa bifunctional, maka PET dengan struktur yang linear

yang dihasilkan. Namun, ada senyawa yang harus dihilangkan (air dan metanol) selama

proses esterifikasi dan kesetimbangan akan bergeser ke arah produk kondensasi. Pada tahap

kedua terjadi proses yang mirip untuk proses pertukaran ester dan esterifikasi langsung.

Katalis ditambahkan ke campuran oligomer linier, campuran bebas glikol kemudian disuling

dengan menggunakan tekanan rendah sampai berat molekul yang diperlukan tercapai. Katalis

yang paling sering digunakan pada proses ini adalah antimony trioksida, meskipun

pentoksida antimony dan germanium dioksida juga digunakan.

Pada pembuatan PET ditambahkan juga aditif. Aditif yang digunakan antara lain

berguna untuk memberikan efek bening pada produk yaitu poliamida (harus tahan terhadap

suhu 310-330°C). Namun penambahan poliamida ini lama kelamaan akan menyebabkan

produk menjadi berwarna kekuningan.

Pada awal tahun 1980-an, produksi PET mulai menjadi signifikan di pasar semenjak

DuPont (Rynite) dan Mobay (Pelton) memperkenalkan produk dengan proses yang lebih

mudah.Diawal 1990-an, fiber polyester ada sekitar 40% dari total fiber buatan. Pertumbuhan

ini dapat dikaitkan dengan keseimbangan yang optimal dari polyester tentang sifat: kekuatan,

kemampuan campuran dan stabilitas dimensi. Selanjutnya, materi tersebut menunjukkan

keunggulan kinerja, sangat serbaguna, memiliki kapasitas yang besar untuk dimodifikasi dan

fiber yang murah.

Pada tabel berikut adapat dilihat sifat fisik dan sifat mekanik dari PET.

Sifat Fisik Satuan PET

Densitas Lbs/cu in. 0,0499

Penyerapan air dalam 24 jam % 0,1

Sifat Mekanik Satuan PET

Specific gravity g/cu cm 1,38

Tensile Strength (73°F) psi 11.500

Tensile Modulus (73°F) psi 4 x 105

Sifat Termal Satuan PET

Melting Point °F 175

Coefficient of linear thermal

expansionin/in.°F 3,9 x 105

Produksi PETyang ada saat ini ada dua cara yaitu secara batch dan secara kontinyu.

Perbandingan produksi antara batc dengan kontinyu adalah sebagai berikut:

1. Kapasitas produksi

Dengan kapasitas produksi sebanyak 45.000 ton/tahun biasanya produksi dilakukan

dengan kontinyu dan proses batch biasanya hanya memproduksi sebanyak 450 ton/tahun.

2. Kondisi operasi

Dengan lamanya waktu reaksi yang dilakukan biasanya produksi dilakukan dengan

reaktor batch. Namun dengan kapasitas yang besar, proses produksi bisa dilakukan

dengan proses kontinyu .

Keuntungan dan kelemahan proses kontinyu:

1. Dengan proses kontinyu kondisi proses dan volume dapat diseragamkan. Selanjutnya,

temperatur dapat dipertahankan sama di dalam vessel dan ini dapat mengurangi

degradasi dan atau mempercepat reaksi.

2. Pada proses kontinyu, elemen pemanas akan lebih kecil dan tidak ada beban puncak

yang ada pada proses batch.

3. Pada proses kontinyu karakteristik produk akan sama.

4. Pada proses kontinyu, derajat polimerisasi berlangsung pada rangkaian reaktor

esterifikasi.

Pada pembuatan botol dengan PET adalah stretch blow molding. PET dipanaskan dan

ditempatkan dakan cetakan, dimana akan terbentuk tabung panjang dan tipis. Tabung PET

kemudian disebut parison dan kemudian dipindahkan ke cetakan kedua yang berbentuk botol

cetakan. Sebuah batang baja tipis yang disebut mandrel yang didalamnya dialirkan udara

bertekanan tinggi dan kemudian blow molding dilakukan. Dengan dialirkannya udara panas,

maka PET akan mengikuti cetakan yang ada. Untuk memastikan bahwa bagian bawah botol

mempertahankan bentuk konsisten datar, komponen terpisah dari plastik secara bersamaan

digabungkan ke botol selama blow molding. Proses pencetakan harus didinginkan secara

cepat, sehingga komponen yang baru terbentuk secara teratur. Proses pendinginan dapat

dilakukan secara langsung maupun tidak langsung. Setelah pendinginan selesai, maka

kelebihan dari plastik yang tidak terpakai dapat dihilangkan dari botol yang terbentuk.

Polivinil klorida (PVC)

Polivinil chloride atau PVC diproduksi dari sumber alam yaitu garam dan gas atau minyak. Elektrolisis air garam menghasilkan chlorine (dengan penambahan soda kaustik dan hidrogen). Etilen dapat dihasilkan dari naptha yang berasal dari minyak yang telah dimurnikan atau dari natural gas. Chlorine dan etilen dapat dikombinasikan untuk mebentuk monomer vinyl chlorida. PVC dihasilkan dari polimerisasi vinyl chloride.

Gambar. Struktur monomer vinyl chloride

PVC merupakan thermoplastic, yang memiliki sifat bila dipanaskan menjadi lembut dan menjadi keras bila didinginkan. Bahan thermoplastic, dengan formulasi yang tepat dapat mengalami proses pemanasan dan pendinginan berulang tanpa mengubah struktur kimianya.

Gambar. Struktur polivinyl chloride

Monomer vinyl chloride (VCM) diproduksi melalui klorinasi secara langsung dari etilen dengan katalis melalui proses pirolisis menghasilkan etylene dichloride (1,2-dichloroethane; EDCL). VCM merupakan gas bertekanan tinggi dengan berat molekul 62,5 dan titik didih -13,9°C. Terdapat dua jalur untuk memproduksi VCM, yaitu dengan metode klorinasi secara langsung dan metode oxyklorinasi. Berikut merupakan reaksi yang terjadi dalam pembuatan VCM.

Pada unit oxychlorination, asam klorida didaur ulang dan direaksikan dengan ethylen dan oksigen dengan bantuan katalis untuk menghasilkan EDCL yang lebih banyak dengan hydrogen yang berlebih yang dioksidasi membentuk air. Operasi diintergrasikan untuk

mengkombinasikan ketiga reaksi diatas untuk menghasilkan vinyl chloride dari chlorine, ethylene dan oksigen. Berikut merupakan process flow diagram pembentukan VCM.

Gambar . Diagram alir proses pembentukan VCM

Polyvinyl chloride diproduksi melalui polimerisasi radikal bebas dari VCM menggunakan inisiator, seperti organik peroksida, high-pressure-rated steel vessels yang berdinding tebal. Reaksi sangat eksotermis oleh karena itu vessel harus diberi jacket dan mengunakan kondensor untuk memindahkan panas reaksi. Pemilihan metode polimerisasi yang digunakan bergantung pada keekonomisan proses dan aplikasi dari PVC tersebut.

Gambar . Reaksi polimerisasi pembentuka polyvinyl chloride

Pertama, VCM ditekan sehingga menjadi cair lalu diumpankan ke dalam reaktor polimerisasi yang telah berisi air dan suspending agent. Pada reaktor dilakukan pencampuran secara cepat. Selanjtunya inisiator untuk proses polimerisasi diumpankan ke dalam reaktor untuk memlangsungkan reaksi polimerisasi pembentukan PVC pada kondisi tekanan atmosfer dan temperatur 40-60°C. PVC yang terbentuk tersuspensi dalama air dengan diameter partikel 50-200 µm dalam bentuk slurry. Keluaran reaktor polimerisasi yang berbentuk slurry dikurangi kandungan air, dikeringkan dan dilakukan screening ukuran partikel. PVC yang terbentuk berupa serbuk yang berwarna putih. VCM yang tidak bereaksi akan dipisahkan melalui

proses stripping dan setelah dimurnikan VCM akan diumpan balikan ke dalam reaktor. Berikut merupakan diagram alir proses polimerisasi PVC.

Gambar. Diagram alir proses polimerisasi PVC

Bahan baku pada proses polimerisasi pembentukan PVC yaitu VCM. Selain bahan baku utama, terdapat juga bahan tambahan pada proses polimerisasi PVC yaitu :

KatalisKatalis berfungsi mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di dalam reaktor. Terdapat dua macam katalis yang digunakan yaitu di-(2-ethylhexyl) peroxy dicarbonate dan cumyl peroxy neodecanoate.

Suspending agentSuspending agent berfungsi sebagai pengontrol ukuran dan porositas partikel yang berupa poly(vinyl alkohol).

TerminatorTerminator berfungsi untuk menghentikan reaksi dalam proses polimerisasi. Terminator yang digunakan yaitu methyl phenol.

Buffer agentBuffer agent berfungsi untuk mengatur pH dalam proses polimerisasi. Buffer agent yang digunakan yaitu natrium carbonat.

Anti fouling agentAnti fouling agent ditambahkan ke dalam reaktor agar pada saat reaksi polimerisasi slurry tidak menempel pada dinding reaktor.

Satu tahap penting sebelum resin PVC bisa ditransformasikan menjadi berbagai produk akhir adalah pembuatan compound /adonan (compounding). Compound adalah resin PVC yang telah dicampur dengan berbagai aditif yang masing-masing memiliki fungsi tertentu, sehingga siap untuk diproses menjadi produk jadi dengan sifat-sifat yang diinginkan. Sifat-sifat yang dituju meliputi warna, kefleksibelan bahan, ketahanan terhadap sinar ultra violet (bahan polimer / plastik cenderung rusak jika terpapar oleh sinar ultra violet yang terdapat pada cahaya matahari), kekuatan mekanik transparansi, dan lain-lain. PVC dapat direkayasa hingga bersifat keras untuk aplikasi-aplikasi seperti pipa dan botol plastik, lentur dan tahan gesek seperti pada produk solsepatu, hingga bersifat fleksibel/lentur dan relatif tipis seperti aplikasi untuk wall paper dan kulit imitasi.

Gambar . Proses pembentukan pipa PVC

Bubuk PVC selanjutnya dibentuk sesuai dengan produk yang diinginkan yaitu pipa. Pertama bubuk PVC dilelehkan pada eksteruder, kemudian diinjeksikan melalui cetakan (die). Setelah keluar dari cetakan yang sesuai dengan bentuk yang diinginkan lalu dimasukkan ke dalam tangki air untuk didinginkan. Selanjutnya dimasukkan ke ban penarik (puller) kemudian dipotong-potong sesuai dengan ukuran yang diinginkan.

Ikatan intramolekular yang terdapat di PVC adalah ikatan kovalen. Ikatan jenis ini banak terdapat pada senyawa non-metalik, seperti PVC. Pada senyawa non-metal , dikarenakan elektron valensi yang lebih tinggi dari 4, maka lebih cenderung untuk membentuk anion dari pada kation. Hal ini lah yang menyabebakan senyawa polimer tidak dapat membentuk ikatan kation tetapi mereka akan saling berbagi elektron. Berikut adalah gambar dari ikatan kovalen

Gambar. Ikatan kovalen dari PVC

Ikatan intermolecular yang terdapat di PVC adalah ikatan dipol-dipol antara molekul karbon dengan molekul klorida. Ikatan dipol-dipol terjadi karena gaya elektrostatik yang terjadi antara 2 molekul (dalam PVC adalah ikatan C=Cl). Berikut adalah gambar dari interaksi dari ikatan antar molekul :

Dikarenakan adanya ikatan kovalen pada PVC, maka struktur yang dihasilkan adalah keras dan kaku pada temperatur ruangan, akan tetapi dikarenakan energi ikatan kovalen lebih lemah dari pada ikatan ion, maka apabila di panaskan, ikatan kovalen yang ada di PVC akan terputus, sehingga PVC berubah bentuk dari padatan menjadi jel. Ikatan dipol-diopl nantinya akan memebuat bahan apabila diregangkan, bahan tidak mudah untuk putus.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.napcor.com/PET/whatispet.html

http://www.chemguide.co.uk/organicprops/esters/polyesters.html

http://www.petresin.org/faq.asp

Handbook of Polymer Science and Technology, Volume 1

http://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/science/chemistry/introduction-

polymers/content-section-1.2.2

http://www.pslc.ws/macrog/pet.htm

http://www.thomasnet.com/articles/materials-handling/plastic-bottle-manufacturing

A Technical and Economic Feasibility Study of: Production of Polyethylene Terephthalate

by Direct Esterification Using Pervaporation. Yahya Banat, Ziad Abu El-Rub. Enschede,

April 2011.