Presentasi PTK 2 3. Pembuatan Bakelite Kondensasi Polimerisasi Fenol dan Formaldehid Group A Daniel11 Vincent S. / 5203011001 Yovita Djojorahardjo / 5203011004 Boby Setia G. / 5203011012
Polimer Polimer terbentuk melalui suatu proses yang disebut polimerisasi. sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, daya hantar listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam kebisingan, kesesuaian desain dan manufaktur. Reaksi Polimerisasi dibedakan menjadi 2: Polimerisasi adisi Polimerisasi Kondensasi
Polimer adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomermonomernya yang membentuk ikatan tunggal. monomer-monomer yang mengandung ikatan rangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain, membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi adisi mengandung semua atom dari monomer awal. Reaksi ini tidak disertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H₂O atau NH₃.(Madja, 2009) Polimerasi Adisi
Inisiasi tahap ini dimulai dari penguraian inisiator dan adisi molekul monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Propagasi dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer pada radikal monomer yang terbentuk dalam tahap inisiasi Terminasi reaksi antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal mula-mula yang terbentuk dari inisiator atau antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal polimer lainnya, sehingga akan membentuk polimer dengan berat molekul tinggi. (Madja 2009) Mekanisme polimerisasi adisi
Pada tiap monomer harus mempunyai dua gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung ke unit lainnya dari rantai tersebut. (Madja, 2009) Dapat terjadi pada monomer yang sama ataupun yang berbeda. Monomer yang dapat mengalami reaksi polimerisasi secara kondensasi adalah monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsi, seperti gugus -OH; -COOH; dan NH₃. (Madja, 2009) Terkadang disertai dengan terbentuknya molekul kecil seperti H₂O, NH₃, atau HCl. Polimerisasi Kondensasi
Fenol Fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air, yakni 8,3 gram/100 ml. Fenol didapatkan melalui oksidasi sebagian pada benzena atau asam benzoat. Fenol biasa digunakan sebagai antiseptik Karakteristik Fenol: a. Mengandung gugus OH, terikat pada sp2-hibrida b. Mempunyai titik didih yang tinggi c. Mempunyai rumus molekul R-OH, dimana R adalah gugus aril d. Larut dalam pelarut organik e. Berupa padatan (kristal) yang tidak berwarna f. Mempunyai massa molar 94,110 g/mol g. Mempunyai titik didih 181,9 C h. Mempunyai titik lebur 40,9 C
Formaldehide Dapat dioksidasi oleh oksigen atmosfer Formaldehida menampilkan sifat kimiawi lebih reaktif daripada aldehida lainnya. Berfungsi sebagai disinfektan,sebagai bahan pengawet dan pembersih Karakteristik Formaldehid: Rumus molekul CH2O Massa Molar 30,03 g/mol Gas tidak berwarna Massa jenis 1 kg/m ^3, gas Titik lebur -117 C Titik didih -19,3 C Bentuk molekul trigonal planar Mudah terbakar, beracun
Resin fenol formaldehid Resin fenol formaldehid merupakan suatu senyawa dengan struktur rantai yang panjang dan silang yang beraneka ragam. Oleh karena itu, resin fenol formaldehid tidak akan memiliki titik leleh yang tetap melainkan biasanya akan memiliki sebuah kisaran titik leleh atau suhu dekomposisi tertentu yang sangat tinggi(tergantung pada strukturnya masing-masing). Berdasarkan perbandingan mol reaktan dan jenis katalis yang digunakan, resin phenol formaldehid dibagi menjadi 2 jenis yaitu novolak dan resol. Novolak yang bersifat termoplast dan resol yang bersifat termoset. Produk phenol formaldehid ada yang memberikan warna jernih kekuning-kuningan tetapi ada juga yang kecoklatan sampai kemerahmerahan.
Resin Resol Resol merupakan hasil reaksi antara phenol dengan formaldehid ekses oleh adanya katalis basa. Jenis katalis basa yang sering digunakan adalah natrium hidroksida dan ammonium hidroksida pada ph = 8-11. [5] Produk phenol formaldehid yang dihasilkan dengan katalis natrium hidroksida akan mempunyai sifat larut dalam air dan apabila katalis yang digunakan ammonium hidroksida akan memberikan sifat tidak larut dalam air yang dikarenakan terbentuk bis dan tris hydroksylbenzylamin (Martin, 1956).
Tahap Reaksi Dalam Pembentukan Resol [5] a. Reaksi Adisi (Methylolasi) Pada tahap pertama, phenol dan formaldehid akan bereaksi secara adisi membentuk monomethylol phenol. Pada monomethylol phenol ini masih ada 2 gugus reaktif yang dapat bereaksi lagi dengan formaldehid menjadi dimethylol phenol.
*Lanjutan (Tahap Reaksi Dalam Pembentukan Resol) dan pada akhirnya membentuk trimethylol phenol.
**Lanjutan (Tahap Reaksi Dalam Pembentukan Resol) b. Reaksi Kondensasi Polimerisasi.
Resin Novolak Novolak merupakan hasil reaksi antara phenol ekses dengan formaldehid oleh adanya katalis asam. Jenis katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat, asam klorida, dan asam oksalat dengan konsentrasi rendah. Hasil reaksi akan membentuk produk yang termoplast dengan berat molekul 500-900. [5] Agar novolak menjadi bersifat termoset maka membutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967). Pada novolak, reaksi polikondensasi dapat berlangsung sempurna sampai membentuk rantai dengan struktur methylene link dan phenol terminate tanpa adanya gugus fungsional dan tidak dapat cure dengan sendirinya. Pada suasana asam, raeksi kondensasi (pembentukan jembatan methylene) berjalan cepat dibanding pembentukan gugus methylol (Hesse, 1991).
Tahap Reaksi dalam Pembentukan Novolak [5] a. Reaksi Adisi (Methylolasi) Pada tahap pertama, phenol dan formaldehid akan bereaksi membentuk monomethylol phenol.
* Lanjutan (Tahap Reaksi dalam Pembentukan Novolak) b. Reaksi Kondensasi Polimerisasi (Methylenasi) Pada tahap ini, gugus methylol akan bereaksi dengan phenol membentuk jembatan methylene dan air.
Termoplast Polimer yang bersifat kenyal (liat) atau melunak jika dipanaskan sehingga polimer jenis ini dapat dibentuk ulang. Bahan-bahan yang bersifat termoplastik mudah untuk diolah kembali karena setiap kali dipanaskan, bahan-bahan tersebut dapat dituangkan ke dalam cetakan yang berbeda untuk membuat produk plastik yang baru. [4] Polietilen (PE) dan polivinilklorida (PVC) merupakan contoh jenis polimer ini. [4]
Termoset Polimer yang tidak melunak jika dipanaskan sehingga polimer jenis ini tidak dapat dibentuk ulang. (Soelasmono, 2011) Plastik-plastik termosetting biasanya bersifat keras karena mereka mempunyai ikatan-ikatan silang. Plastik termoset menjadi lebih keras ketika dipanaskan karena panas itu menyebabkan ikatan-ikatan silang lebih mudah terbentuk. [4] Sekalipun polimer-polimer termoseting lebih sulit untuk dipakai ulang daripada termoplastik, namun polimer tersebut lebih tahan lama. Polimer ini banyak digunakan untuk membuat alat-alat rumah tangga yang tahan panas. [4] Bakelit, poli(melanin formaldehida) dan poli (urea formaldehida) adalah contoh polimer ini. [4]
Perbedaan Sifat Plastik Termoplas dan Plastik Termoset Perbedaan sifat-sifat plastik termoplas dan termoset disimpulkan pada tabel berikut: [4]
Bakelite Bakelite merupakan jenis resin fenol formaldehide polar yang bersifat Termoset (Resol). Bakelite merupakan jenis plastik yang hanya dapat dipanaskan satu kali yaitu hanya pada saat pembuatannya. Bakelit merupakan salah satu dari banyak plastik termoset yang tidak memiliki titik leleh, melainkan memiliki sesuatu titik dekomposisi yang cukup tinggi. Titik dekomposisi adalah suatu kondisi titik suhu tertentu dimana terjadi perubahan reaktan menjadi produk yang rumus molekul yang lebih sederhana. Salah satu contoh, Bakelit Manufactured Jiacheng Chem Enterprises Ltd. memproduksi bakelit dengan titik dekomposisi yang berkisar antara 240-280 C. Biasa digunakan untuk instalasi listrik dan alat-alat yang tahan suhu tinggi. Karakteristik Bakelit: Bersifat termoset Merupakan plastik padatan keras, kuat, tahan panas titik dekomposisinya sangat tinggi Jenis polimer yang memiliki ikatan silang Tahan terhadap asam lemah dan basa Terurai oleh asam pengoksidasi dan basa kuat Pada suhu diatas 300 C bakelit akan terbakar tanpa melalui proses pelelehan Berwarna, umumnya warna gelap (hitam, coklat)
Penggolongan Produk Hasil Proses Pembuatan Bakelit [7] Produk hasil pembuatan bakelit terdiri dari 3 fase produk: - Bakelite "A" merupakan produk awal kondensasi. Dalam suhu normal, bakelit A berbentuk cairan kental, pucat ataupun juga dapat berbentuk padat. Padatan Bakelite "A" dengan suhu normal bersifat sangat rapuh. Bakelit ini dapat larut dalam alkohol, aseton, gliserin, larutan hidroksida fenol dan natrium, dengan campuran dallam berbagai proporsi. Bakelite "A" adalah produk awal bakelit yang cenderung berwarna kuning. - Jika bakelite dipanaskan lebih lanjut, maka akan terbentuk Bakelite "B", yang merupakan produk setengah jadi untuk produk infusible dan bersifat tidak larut dalam pelarut pada Bakelit A. Dalam kondisi normal, Bakelite "B bersifat keras dan rapuh, walau memiliki kepadatan lebih keras daripada Bakelite "A". Dalam aseton, fenol dan terpeneole bakelit B hanya akan membengkak/mengembung. Ketika dipanaskan lebih lanjut, bakelit tidak akan meleleh, tapi justru akan semakin melunak, berubah menjadi plastik karet, yang ketika didinginkan lagi menjadi keras dan rapuh. Saat dipanaskan, dengan pemanasan lanjut, dalam kondisi tertentu, bakelit akan mengeras lagi, dan mencapai tingkat akhir dari kondensasi, membentuk produk infusible yang tidak larut dalam pelarutnya. - Bakelite "C" merupakan produk akhir polimerisasi kondensasi bakelit, bersifat infusible, dan tidak larut dalam semua jenis pelarut. Jika produk kondensasi primer dipanaskan sampai 100, reaksi pengerasan akan terjadi dengan pembebasan produk gas dan Bakelite "C" yang dihasilkan akan berbentuk spons atau gelembung massa. Oleh karena itu, pemanasan harus dilakukan hati-hati.
Struktur kimia Bakelite
Tahap reaksi pembuatan Bakelit (Nukman, 2011)
Fungsi Penambahan Amonia dalam Pembuatan Bakelit Bakelit merupakan Resin Fenol Formaldehid yang tergolong dalam jenis Resin Resol yang bersifat termoset. Amonia pekat ditambahkan pada proses pembuatan Bakelit karena resol sendiri hanya dapat dibuat dengan adanya katalis basa. Pada suasana basa reaksi addisi berjalan dengan cepat sedangkan reaksi kondensasi (pembentukan jembatan methylen) berjalan lambat sehingga produk yang terbentuk bersifat termoset. [5]
Fungsi Penambahan Asam Asetat dalam Proses Pembuatan Bakelite Proses polimerisasi berlangsung secara terus menerus sampai tidak ada lagi gugus fungsi yang dapat membentuk polimer. Namun demikian, proses polimmerisasi dapat dihentikan dengan menggunakan proses penghentian ujung. Penambahan asam asetat dapat digunakan untuk proses penghentian ujung. Asam asetat memiliki gugus fungsional tunggal, sekali asam asetat bereaksi dengan ujung rantai polimer yang sedang tumbuh, maka tidak akan terjadi lagi reaksi polimerisasi lebih lanjut.
Penggunaan Aseton dalam Proses Pembilasan Bakelite Aseton digunakan untuk membilas peralatan percobaan karena aseton sangat baik digunakan untuk mengencerkan resin kaca serat, membersihkan peralatan kacagelas, dan melarutkan resin epoksi dan lem super sebelum mengeras. Dalam percobaan, aseton digunakan karena aseton merupakan senyawa yang bersifat sebagai pelarut aportik polar dalam kebanyakan reaksi organik, seperti reaksi SN 2. Oleh karena polaritas aseton yang menengah, ia dapat melarutkan berbagai macam senyawa. Sehingga seringkali aseton ditampung dalam botol cuci dan digunakan sebagai untuk membilas peralatan laboratorium.
Tes Uji Kelarutan Bakelit Menggunakan Aseton, Toluene, dan Methanol Saat sejumlah bakelit hasil percobaan (dalam sejumlah massa tertentu) dapat larut dalam pelarut methanol ataupun pelarut aseton, maka dapat disimpulkan bahwa bakelit tersebut masih tergolong bakelit pada fase A. Toluene tidak dapat digunakan sebagai pelarut untuk bakelite. Saat sejumlah bakelit hasil percobaan (dalam sejumlah massa tertentu) tidak larut oleh pelarutnya, namun justru membengkak/ mengembung saat diberi aseton, maka dapat disimpulkan bakelit tersebut telah berada dalam kondisi fase B. Saat sejumlah bakelit hasil percobaan (dalam sejumlah massa tertentu) tidak larut ataupun tidak terjadi perubahan saat diberi pelarut, maka dapat dikatakan bahwa bakelit tersebut telah berada dalam kondisi fase C.
Daftar Pustaka [1] Madja. 2009. Polimerisasi [Online]; Available: http://smk3ae.wordpress.com/2009/05/28/polimerisasi/. [2] Soelasmono. 2011. Polimer [Online]; Available: http://www.soelasmono.com/?p=55. [3] Nukman. 2011. Kimia Polimer [Online]; Available: megakimiapascaunp.files.wordpress.com/2011/05/bab-8-polimer2.ppt. [4] Azizah, U. 2009. Polimer Berdasarkan Sifat Thermalnya [Online]; Available : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-polimer/klasifikasi-polimer/polimerberdasarkan-sifat-thermalnya/ [5] Rhokati, N. & Prasetyaningrum, Aji. 2008. Pembuatan Resin Phennol Formaldehid Terhadap Aplikasinya Sebagai Vernis. Semarang, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNDIP. [6] Anonim. 2012. Sifat Aseton, Etanol, Etilen [Online]; Available : file:///e:/sifat%20aseton,%20etanol,%20etilen%5d.htm [7] Anonim. 2011. I need to dissolve Bakelite [Online]; Available : http://www.sciencemadness.org/talk/viewthread.php?tid=16240 [8] Setiabudi, Agus. 2007. Mudah dan Aktif Belajar Kimia, hal.226 [Online]; Available :http://books.google.co.id/books?id=do6htxscvnac&pg=pa226&lpg=pa226&dq=fungsi+p enambahan+asam+asetat+dalam+polimerisasi&source=bl&ots=b01bn929tr&sig=1v2tqglpif rxqhkf26s7jibggse&hl=id#v=onepage&q=fungsi%20penambahan%20asam%20asetat%20d alam%20polimerisasi&f=false. PT. Setia Purna Inves. [9] Anonim. 2012. Wiki Answer Melting Point of Phenol Formaldehide? [Online]; Available : http://wiki.answers.com/q/melting_point_of _Phenol_formaldehyde#ixzz25wezJZko.