Kimia Polimer

Slide 1

KIMIA POLIMER

Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

POLIMER ???Contoh polimer dalam kehidupan sehari-hari ??

PP Gloves

PP ChairPS Foam

Rigid PVC pipes

Flexible PVC Gumboot

PTFE coated fry panSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer


Polimer HIBRID ??Geopolimer ??Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Mengapa polimer ada yang keras dan ada yang elastis ??Apa saja sifat-sifat polimer yang Anda ketahui ??Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Sifat-sifat Polimer Crystallinity (kristalinitas)Thermosetting dan Thermoplastic (daya tahan terhadap panas)Branching (percabangan)Tacticity (taktisitas)Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia PolimerKristalinitasStruktur polimer yang tidak tersusun secara teratur umumnya memiliki warna transparan.Semakin tinggi derajat kristalisasinya semakin sedikit cahaya yang dapat melewati polimer tersebut.

Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia PolimerSIFAT TERMALTermoplas 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 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 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

Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia PolimerBranching (percabangan)Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil titik leleh polimer berkurang dan elastisitasnya bertambah,,karena gaya intermolekulnya semakin lemah

Linier: lentur, Mr lebih kecil, termoplastis tiga dimensi: kaku, Mr tinggi, termoset


TaktisitasMenggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai karbon. Ada tiga jenis taktisitas:Isotaktik dimana gugus substituennya terletak pada satu sisi yang samaSindiotaktik dimana gugus substituennya terletak lebih teraturAtaktik dimana gugus substituennya terletak pada sisi yang acakSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT-SIFAT POLIMER1. 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 DP 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 rantai-rantainya 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. Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia PolimerFAKTOR YANG MEMPENGARUHI SIFAT-SIFAT POLIMER4. 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.


PROSES POLIMERISASIPolimerisasi Kondensasi (Step Polymerization)Polimerisasi Addisi (Chain Polymerization)Polimerisasi radikal bebasPolimerisasi ionSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

POLIMERISASI KONDENSASITerjadi pada 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 produk samping (penyingkiran molekul kecil)(seperti air) Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer


Polimerisasi kondensasi hampir selalu berlangsung secara tahap dengan reaksi antara pasangan gugus fungsi sehingga terbentuk dimer, trimer, tetramer, dan seterusnya hingga terbentuk polimer.


POLIMERISASI ADDISIPolimerisasi addisi 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 addisi adalah turunan etena berbentuk CH2=CHX atau CH2=CXY yang disebut dengan monomer vinil.Reaksi pada proses ini berlangsung sangat cepat (beberapa detik).Reaksi keseluruhannya memakan waktu lama karena penelitian menunjukkan bahwa reaksi rantai berlangsung dalam suatu deret reaksi cepat.Addition PolymerAddition polymers form :When unsaturated carbon (organic) molecules react to form a long chain polymer molecule and no small molecules or atoms are eliminated during the reaction

Mechanism ofChain-growth polymerization

21

Chain-Growth Polymers

Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia PolimerPolimerisasi KondensasiPolimerisasi AddisiReaksi terjadi dengan adanya dua jenis molekulReaksi memanjang dengan adanya pengulangan unit monomer setiap saatMonomer dapat dihilangkan lebih awal di dalam reaksi; pada saat DP = 10, kurang dari 1 % monomer sisaKonsentrasi monomer menurun perlahan sesuai dengan reaksi steadyBerat molekul polimer terjadi dengan adanya reaksi Steady (tetap) secara perlahanPolimer tinggi terbentuk sekali yaitu pada saat polimer terjadi perubahan BM sudah tinggi. Lama waktu reaksi menyebabkan yield tinggi namun BM menjadi kecilLama waktu reaksi sangat penting untuk mencapai berat molekul tinggiReaksi pencampuran hanya berisi monomer tinggi, kira-kira seperseribu bagian dari rantai yang memanjangBeberapa tahap molekul akan didistribusikanPolimerisasi AddisiPolimerisasi Radikal BebasPolimerisasi IonInisiasiPropagasiTerminasi

Radical: a molecule or ion containing one or more unpaired electronsTo account for the polymerization of alkenes in the presence of peroxides, chemists propose a three-step radical chain mechanism(1) chain initiation(2) chain propagation(3) chain terminationMechanism ofChain-growth polymerizationRADICAL CHAIN GROWTH

Among the initiators used for radical chain-growth polymerization are organic peroxides, which decompose as shown on mild heatingfishhook arrow: a curved and barbed (fishhook) arrow used to show the repositioning of a single electron

RADICAL CHAIN GROWTHStep 1: chain initiation

a step in a radical chain reaction characterized by formation of radicals from nonradical compounds

Step 2: chain propagation

Chain propagation: a step in a radical chain reaction characterized by the reaction of a radical and a molecule to give a new radicalChain length, n: the number of times the cycle of chain propagation steps repeats in a chain reaction

Step 3: chain termination

a step in a radical chain mechanism that involves destruction of radicals

one type of chain termination is radical coupling

RADICAL CHAIN GROWTHSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi Radikal BebasInisiasi (tahap pemicuan)Pemicuan dapat dipandang sebagai penguraian pemicu dan addisi molekul monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Jika merupakan pemicu, R sebagai radikal bebas dan molekul monomer dinyatakan dengan CH2=CHX. Reaksinya ???Propagasi (tahap perambatan)Pada tahap ini terbentuk rantai radikal, dan dapat berturut-turut bereaksi dengan monomer sehingga memperbanyak rantai. Reaksi ini berjalan terus menerus sampai suplai monomer habis. Reaksinya ??Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi Radikal BebasTerminasi (tahap pengakhiran)Tahap terminasi dapat tercapai dengan dua cara, yaitu:

-kombinasi atau coupling-disproporsionasitransfer hidrogen menghasilkan dua bentuk akhir molekul jenuh dan tak jenuh.Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi IONPolimerisasi ion dapat berlangsung dengan mekanisme yang tidak melibatkan radikal bebas. Misalnya pembawa rantai dapat berupa ion carbonium (polimerisasi kation) dan polimerisasi anionSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi KationPada 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).Polimerisasi kation umumnya berlangsung pada suhu rendah (radikal bebas suhu tinggi)

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. Sedangakan radikal bebas umumnya netral.Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi KationPolimerisasi kation sering terjadi pada monomer yang mengandung gugus pelepasan elektron (mudah melepaskan elektron). Dengan katalis asam, proses dapat digambarkan sebagai berikut :Inisiasi H HA + CH2=CHX CH3-C+ + A- XSuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi KationHA adalah molekul asam seperti asam sulfat, asam klorida, asam perklorat. Pada tahap pemicuan ini, proton dialihkan dari asam ke monomer sehingga menghasilkan ion karbonium.

PropagasiTahap perambatan ini berupa adisi monomer pada ion karbonium yang dihasilkan tadi. Reaksinya ??

Oleh karena katalis Friedel-Crafts tidak mengandung hidrogen, polimerisasi memerlukan bantuan katalis (co-katalis) berupa air. Adanya air menyebabkan alih proton terjadi.BF3 + H2O BF3.H2ORekasinya ??


Polimerisasi KationTerminasiPengakhiran rantai paling sederhana dan nyata adalah penggabungan ion karbonium dan anion pasangannya (ion lawan).Reaksinya ??Suriati Eka Putri, S.Si, M.SiKimia Polimer

Polimerisasi AnionPada polimerisasi anion, H2C=CHX dan karbanion (C-) bertindak sebagai pembawa rantai. Monomer pembawa rantai adalah yang memiliki gugus dengan keelektronegatifan tinggi.Monomer yang dapat mengalami polimerisasi seperti propenitril (akrilonitril), 2-metil propenoat (metil metakrilat), feniletena (stirena).

Seperti polimerisasi kation, reaksi polimerisasi anion optimum pada suhu rendah. Katalis yang dipakai meliputi logam alkali, alkil, aril, dan amida logam alkali.

Salah satu penerapannya pada pembuatan karet sintetis dari butadiena dengan katalis logam alkali.


Polimerisasi AnionInisiasiAmida logam alkali seperti kalium amida (KNH2) dalam pelarut amonia cair terionisasi kuat. Reaksinya ??


Polimerisasi AnionPropagasi


Polimerisasi AnionTerminasiPolimerisasi hanya berhenti ketika seluruh monomer pereaksi habis terpakai. Walaupun demikian, pusat aktif (karboanion) tidak rusak dan jika lebih banyak monomer ditambahkan, maka dapat dipicu lagi.Untuk mengakhiri pertumbuhan rantai, hanya diperlukan sedikit air, karbondioksida dan alkohol.


Polimerisasi AnionKatalis utama bagi polimerisasi anion adalah katalis Zieglar-Natta yang ditemukan oleh Ziegler pada tahun 1953, ia menggunakan katalisnya untuk polimerisasi ethylene.Selanjutnya Natta pada tahun 1955 menggunakan katalis tersebut untuk polimerisasi propilen dan monomer jenuh lainnya.

Katalis Ziegler-Natta dapat dibuat dengan mencampurkan alkil atau aril dari golongan I-III pada susunan berkala dengan halida unsur transisi. Misalnya tri isobutil aluminium yang jika ditambahkan ke dalam Ti(IV) klorida dalam pelarut heksana, menghasilka endapan coklat hitam yang dapat mempercepat polimerisasi etena pada tekanan rendah.

Documents

Kimia Polimer