BAB IV BAHAN PO LIMER Polimer (polymer) berasal dari bahasa Greek (Yunani) yaitu dari suku kata poly (banyak) dan meros (bagian). Polimer digunakan untuk nama suatu bahan yang tersusun dari satuan (unit) yang berulang dengan jumlah banyak, biasanya ribuan. Polimer tersusun dari unsur C sehingga merupakan senyawa organik. Polimer dibedakan menjadi 2 yaitu : Polimer alam : kayu, karet, wool dan sutra Polimer sintetis : plastik dan bahan fiber Molekul Hidrokarbon Kabanyakan polimer berupa hidrokarbon yaitu senyawa antara C dan H yang berbentuk rantai lurus (hidrokarbon aliphatic) atau cincin benzena. Gambar 4.1. Molekul hidrokarbon Atom C mempunyai 4 elektron terluar (elektron valensi) sehingga membentuk ikatan kovalen yaitu ikatan yang terjadi karena pemakaian bersama elektron terluar. Tanda, = dan menunjukkan ikatan ikatan kovalen tunggal, ganda dan tripel. Ikatan kovalen ganda dan tripel disebut tak jenuh karena atom C tidak mengikat 4 (maksimum) atom lain. Dengan demikian, hidrokarbon dengan ikatan tunggal dinamakan hidrokarbon jenuh dimana setiap atom C mengikat atom lainnya. Gambar 4.2. (a) Normal butana dan (b) isobutana
Senyawa hidrokarbon dengan komposisi yang sama bisa mempunyai susunan atom yang berbeda sehingga dinamakan isomerism sebagai contoh adalah butana (C 4 H 10 ) ) seperti pada gambar 4.2. di atas. Reaksi Polimerisasi Reaksi polimerisasi dibedaka an menjadi 2 yaitu : 1. Polimerisasi rantai (chain polymerization) Reaksi penggabungan dari monomer-monomer sebagai akibat dari pemecahan ikatan ganda oleh bahan lain yang dinamakan initiator. Gambar 4.3. Polimerisasi rantai 2. Polimerisasi bertahap (step reaction polymerization) Reaksi penggabungan 2 monomer yang berbeda dengan produk samping berupa air (H 2 0).
Gambar 4.4. Polimerisasi bertahap Jenis-jenis Polimer Elastomer Elastomer merupakan merupakan salah satu dan kelompok dari polimer amorphous (non kristal) dan biasanya digunakan digunakan pada suhu di atas T g Struktur molekul terdiri dan ikatan kovalen ganda yang dapat dipecah dengan bantuan unsur tertentu seperti belerang (S). Contoh : elastomer polyisopropene atau dinamakan karet (ditemukan oleh Charles Goodyear, tahun 1839). Gambar 4.5. Elastomer polyisopropene Polimer Thermosetting Polimer, yang sekali reaksi polimerisasi selesai dengan bantuan papas atau katalis, tidak mengalami deformasi lanjutan. Contoh : prepolymer phenolic resin seperti terlihat pada gambar 4.6 di bawah.
Gambar 4.6. Reaksi pembentukan phenol-formaldehyde resin Struktur Kristal Potimer 1. Jika polimer dengan rantai lurus (tinier) dipanaskan hingga mencair maka molekulmolekulnya tersusun secara acak atau tidak mempunyai struktur kristal tertentu atau random (amorphous) seperti terlihat pada gambar 4.7(a). 2. Jika polimer tersebut didinginkan maka molekul-molekulnya akan membentuk struktur kristal pada suhu T. (melting point) berupa rantai yang berjajar, lihat gambar 4.7 (b). 3. Pada keadaan tertentu, polimer tidak membentuk struktur seperti no.2 akan tetapi berbentuk bulat (spherulite) seperti gambar 4.7(c). 4. Jika polimer ditarik selama pendinginan maka akan terbentuk struktur memanjang seperti kebab, gambar 4.7(d). Gambar 4.7. Struktur kristal polimer
Hubungan T. (titik cair) dan Suhu Transisi Gelas (T g ) Titik cair (T m ) dan suhu transisi gelas (T 8 ) sangat penting pada fabrikasi polimer dan didefinisikan sbb. : Titik cair (T m ) : suhu terjadinya transformasi dari zat padat (kristal) menjadi zat cair dengan susunan molekul acak saat pemanasan. Suhu transisi gelas (T g ) ) : suhu dimana tidak terjadi pembentukan kristal saat pendinginan. Biasanya terjadi pada polimer amorphous atau polimer gelas. Bahan non kristal (gelas) Perubahan volume jenis pada T m bersifat kontinyu tetapi terjadi perubahan gradien pada T g Bahan Kristal Terjadi perubahan volume jenis secara mendadak (discontinuity) pada titik cairnya T m Gambar 4.8. Kurva volume jenis vs suhu Sifat-sifat Mekanis Polimer Kekuatan tank bahan polimer dapat dinyatakan dengan kurva cs s seperti pada gambar 4.9 di bawah.
Gambar 4.9. Kurva a s pada berbagai suhu Gambar (a) : bahan polimer menjadi getas pada suhu di bawah T g Gambar (b) : peningkatan suhu menyebabkan turunnya modulus elastisitas sehingga kekuatan tank turun pula Gambar (c) : terbentuknya hysteresis loop dimana deformasi elastis saat kenaikan dan penurunan beban berbeda. Sifat Alir Polimer Jika polimer dipanaskan maka mlekul-molekulnya dapat bergerak satu terhadap lainnya hingga menyerupai aliran zat cair. Pada kondisi ini berlaku persamaan fluida sbb. : Gambar 4.10. Sifat alir polimer dengan i adalah tegangan geser, rl koefisien viskositas, y = dv/dh gradien kecepatan, A konstanta bahan, E energi aktivasi, R tetapan gas dan T suhu. Viskositas meningkat jika berat molekul bertambah karena ikatan sekunder bertambah banyak. Sifat alir polimer sangat penting di dalam proses pengolahan polimer.
Proses Pengolahan Polimer Beberapa metode yang biasanya digunakan untuk pengolahan polimer adalah : Pengecoran (Casting) Bahan polimer dipanaskann hingga mencair kemudian dituang ke dalam cetakan hingga membeku. Cetakan Tekan (Compressio on Molding) Bahan polimer dimasukkan ke dalam cetakan kemudian dipanaskan sehingga bersifat viscous (seperti zat cair) lalu ditekan seperti pada gambar di bawah. Injection Molding Injection molding paling banyak digunakan dalam proses pengolahann polimer. Bahan polimer dalam bentuk peletet dan diumpankan dari hopper masuk ke dalam silinder oleh gerakan lengan (ram). Pelet kemudian masuk ruang pemanas sehingga mencair dan didorong ram masuk rongga cetakan. Tekanan dipertahankan sampai bahan polimer membeku dan kemudian cetakan dibuka. Gambar 4.11. Compression molding
Gambar 4.12. Injection molding