Polimer

Kata Polimer berasal dari bahasa Yunani:

• poli = banyak, beberapa
• mere = unit berulang atau unit fundamental

Polimer adalah rantai unit berulang atau monomer (dari bahasa Yunani mono = satu, unit) yang bergabung dan berulang untuk membentuk molekul makro (puluhan juta unit berulang) atau polimer.

Namun, sebelum memahami polimer, penting untuk memahami bagaimana polimer itu terbentuk dan ini berasal dari molekul.

Molekul adalah gugus netral elektrik dari dua atau lebih atom yang dihubungkan oleh ikatan Molekul dibedakan dari ion karena kurangnya muatan listriknya.

Atom yang paling umum membentuk resin plastik adalah 3: karbon, yang simbol kimianya adalah C dengan 4 ikatan, Hidrogen, yang simbol kimianya adalah H dan memiliki satu ikatan, dan Oksigen yang simbol kimianya adalah O dengan 2 ikatan.

Ada atom lain yang kurang umum seperti klor (Cl) yang merupakan unsur penting dalam molekul PVC.

Karbon mungkin merupakan atom terpenting dalam pembentukan resin plastik karena ia membentuk apa yang telah menjadi tulang punggung dengan mengambil 2 ikatan untuk menggabungkan satu karbon dengan karbon lainnya dan meninggalkan 2 ikatan untuk bergabung dengan atom lain.

Pada contoh berikut kita dapat melihat molekul etilen (CH2 = CH2), molekul-molekul ini, jika dikenai tekanan dan suhu di dalam reaktor, akan bergabung membentuk polimer polietilen, proses ini dikenal sebagai polimerisasi.

Ada beberapa golongan polimer seperti plastik, karet dan serat. Ciri-ciri yang membedakan polimer adalah:

• Jenis monomer;
• Jumlah monomer atau unit berulang;
• Jenis koneksi antara monomer;
• Bagaimana rantai mereka bercabang

Bagaimana polimer dibuat?

Polimer dibuat dari berbagai sumber bahan baku, bisa dari sumber alami seperti selulosa, etanol yang lebih dikenal dengan etil alkohol, karet, dll.

Gas Alam dan Batubara:

Gas alam merupakan sumber bahan mentah dalam produksi polimer, dari mana etilen dilepaskan dari mana polipropilena terbentuk dan metana yang diubah menjadi formaldehida dari mana resin fenolik dibuat.

Dari tar, diperoleh benzena yang diubah menjadi fenol yang akhirnya dapat diubah menjadi poliuretan dan polistiren.

Asetilena diekstraksi dari kokas, yang darinya ia juga dapat digunakan untuk mendapatkan etilen dan menghasilkan polietilen dan vinil klorida untuk menghasilkan polivinil klorida, yang lebih dikenal sebagai PVC karena akronimnya dalam bahasa Inggris.

Minyak bumi:

Naphtha diekstraksi dari minyak, ini mungkin sumber bahan baku terpenting dalam produksi polimer, di bawah ini adalah diagram dari semua produk minyak bumi di mana basis dari beberapa polimer umum dapat diamati di pasaran.

Karbon mungkin merupakan atom terpenting dalam pembentukan resin plastik karena ia membentuk apa yang telah menjadi tulang punggung dengan mengambil 2 ikatan untuk menggabungkan satu karbon dengan karbon lainnya dan meninggalkan 2 ikatan untuk bergabung dengan atom lain.

Pada contoh berikut kita dapat melihat molekul etilen (CH2 = CH2), molekul-molekul ini, jika dikenai tekanan dan suhu di dalam reaktor, akan bergabung membentuk polimer polietilen, proses ini dikenal sebagai polimerisasi.

Nafta mengalami proses kimia yang disebut cracking dimana molekulnya dipecah untuk menghasilkan senyawa yang lebih sederhana seperti pada skema di atas.

Polimerisasi:

Setelah Anda memiliki monomer, Anda melanjutkan ke polimerisasi, ada berbagai jenis reaksi polimerisasi, berikut adalah daftar yang paling umum:

Polimerisasi Rantai –

Sebuah monomer diaktifkan dan polimerisasi menyebar dengan aktivasi monomer tetangga. Prosesnya sangat cepat dan polimer dengan berat molekul tinggi dapat dicapai dengan cepat melalui proses ini.

Polimerisasi Langkah –

Mekanisme di mana monomer bi-fungsional atau multi-fungsi bereaksi untuk membentuk dimer pertama, kemudian trimer, oligomer, dan akhirnya polimer rantai panjang. Polimer yang diproduksi secara bertahap antara lain poliester, poliamida (nilon) dan poliuretan.

Polimerisasi Antarmuka –

Ini adalah jenis polimerisasi dalam langkah-langkah di mana polimerisasi terjadi pada antarmuka antara larutan berair yang mengandung salah satu monomer dan larutan organik dengan monomer kedua. Polimer yang paling umum dibuat dengan metode ini adalah poliamida (nilon), di mana diamina dan asam klorida bereaksi membentuk poliamida dan asam klorida.

Polimerisasi Massa –

Penambahan inisiator atau katalis ke monomer dalam keadaan cair. Inisiator ini larut dalam monomer. Reaksi dimulai dengan pemanasan atau paparan radiasi. Ketika reaksi terjadi, campuran menjadi lebih kental, reaksinya eksotermik dan dapat menghasilkan berbagai macam massa molekul.

Polimerisasi Emulsi –

Polimerisasi emulsi adalah jenis polimerisasi radikal yang umumnya dimulai dengan emulsi yang menggabungkan air, monomer, dan surfaktan (surfaktan). Jenis polimerisasi emulsi yang paling umum adalah emulsi minyak-dalam-air, di mana tetesan monomer (minyak) diemulsi (dengan surfaktan) dalam fase air yang kontinu. Polimer yang larut dalam air, seperti polivinil alkohol atau hidroksietil selulosa tertentu, juga dapat digunakan untuk bertindak sebagai pengemulsi atau penstabil. Nama “polimerisasi emulsi” adalah istilah yang keliru yang muncul dari kesalahan historis. Alih-alih terjadi dalam tetesan emulsi, polimerisasi terjadi pada partikel lateks yang secara spontan terbentuk dalam beberapa menit pertama proses.

Partikel-partikel tersebut dapat dihentikan dari koagulasi satu sama lain karena setiap partikel dikelilingi oleh surfaktan (‘sabun’); muatan pada surfaktan mengusir partikel lain secara elektrostatis. Saat menggunakan polimer yang larut dalam air sebagai penstabil daripada sabun, tolakan antar partikel muncul karena polimer yang larut dalam air ini membentuk “lapisan bercabang” di sekitar partikel yang menolak partikel lain, karena mendorong partikel bersama-sama akan menyiratkan kompresi rantai partikel.

Mekanisme

• Sebuah monomer terdispersi (diemulsi) dalam larutan surfaktan dan air untuk membentuk tetesan monomer yang relatif besar dalam air.
• Surfaktan berlebih menciptakan misel di dalam air.
• Sejumlah kecil monomer berdifusi melalui air ke misel.
• Inisiator yang larut dalam air dimasukkan ke dalam fase berair di mana ia bereaksi dengan monomer di misel.
• Luas permukaan total misel jauh lebih besar daripada total luas permukaan tetesan monomer, oleh karena itu, inisiator biasanya bereaksi pada misel dan bukan pada tetesan monomer.
• Monomer di misel berpolimerisasi dengan cepat dan rantai yang tumbuh berakhir. Pada titik ini misel monomer yang bengkak telah berubah menjadi partikel polimer.
• Lebih banyak monomer yang diturunkan dari tetesan berdifusi ke dalam partikel yang tumbuh, di mana lebih banyak inisiator yang pada akhirnya akan bereaksi.
• Akhirnya, tetesan monomer bebas menghilang dan semua monomer yang tersisa ditemukan dalam partikel.
• Bergantung pada benda kerja dan monomer, lebih banyak monomer dan inisiator dapat ditambahkan secara terus menerus dan perlahan untuk mempertahankan levelnya dalam sistem seiring pertumbuhan partikel.

Polimerisasi emulsi digunakan untuk membuat beberapa polimer penting secara komersial. Banyak dari polimer ini digunakan sebagai bahan padat dan harus diisolasi dari dispersi berair setelah polimerisasi. Dalam kasus lain, dispersi itu sendiri adalah produk akhir. Dispersi yang dihasilkan dari polimerisasi emulsi sering disebut lateks (terutama jika berasal dari karet sintetis) atau emulsi (walaupun “emulsi” secara ketat mengacu pada dispersi cairan yang tidak dapat larut dalam air).

Contoh polimer yang dihasilkan oleh emulsi adalah:

• Synthetic Styrene Butadiene Rubber (SBR) (beberapa jenis)
• Polibutadiena
• Polikloroprena (Neoprena)
• Karet Nitril
• Karet Akrilik
• Polyvinyl Chloride (PVC) (beberapa kelas)
• Polystyrene – beberapa nilai
• Polimetil metakrilat, akrilik (PMMA) (beberapa tingkat)
• Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)
• Polyvinylidene Fluoride (PVDF)
• Tetrafluoroethylene (PTFE atau Teflon®)
• Dispersi encer dari polivinil asetat, lateks akrilik, dll.

Polimerisasi Suspensi –

Ini adalah polimerisasi radikal heterogen yang menggunakan agitasi mekanis untuk mencampur monomer atau campuran monomer dalam fase cair, seperti air, sedangkan monomer mempolimerisasi dan membentuk bola polimer.

Proses ini digunakan dalam produksi berbagai resin komersial seperti polivinil klorida (PVC), resin stirenik seperti polistiren, polistiren yang diperluas, polistiren berdampak tinggi serta polistiren akrilonitril dan polimetil metakrilat (lebih dikenal sebagai akrilik).

Polimerisasi Kondensasi – Ini adalah reaksi kimia pertumbuhan bertahap, di mana dua atau lebih monomer (molekul kecil) bergabung, membentuk produk samping setiap kali dua monomer bergabung. Dalam banyak kasus, produk sampingan ini adalah air atau zat sederhana lainnya. Reaksi ini dikenal sebagai reaksi kondensasi.

Polimer kondensasi adalah yang dibentuk oleh reaksi ini, seperti kondensasi alkid, fenol formaldehida atau resin fenolik. Polimer kondensasi kehilangan atom tertentu yang ada di monomer tempat mereka terbentuk.

Tidak seperti polimer kondensasi, polimer adisi tidak kehilangan atom ini karena terbentuk dari monomer tak jenuh.

Polimer kondensasi termasuk poliamida (nilon), poliasetal (asetal, POM), dan poliester.

Jenis produk yang dihasilkan tergantung pada jumlah gugus fungsi yang dapat bereaksi pada monomer. Monomer dengan hanya satu kelompok reaktif mengakhiri rantai yang tumbuh, dan oleh karena itu menghasilkan produk akhir dengan berat molekul yang lebih rendah. Polimer linier dibuat menggunakan monomer dengan dua kelompok ujung reaktif dan monomer dengan lebih dari dua kelompok reaktif menghasilkan polimer tiga dimensi yang saling berhubungan.

Sintesis dehidrasi sering melibatkan penggabungan monomer dengan gugus -OH (hidroksil) dan -H yang terionisasi bebas di setiap ujungnya (seperti hidrogen dari -NH2 dalam nilon atau protein). Biasanya, dua atau lebih monomer berbeda digunakan dalam reaksi. Ikatan antara gugus hidroksil, atom hidrogen, dan atomnya masing-masing terputus untuk membentuk air dari hidroksil dan hidrogen, serta polimer.

Poliester dibuat melalui hubungan ester antara monomer, yang melibatkan gugus fungsi karboksil dan hidroksil (asam organik dan monomer alkohol).

Nilon adalah polimer kondensasi umum lainnya. Itu dapat dibuat dengan mereaksikan di-amina dengan turunan karboksil. Dalam hal ini, turunannya adalah asam di-karboksilat, tetapi di-asil klorida juga digunakan. Metode lain yang digunakan adalah reaksi monomer di-fungsional, dengan amina dan gugus asam karboksilat pada molekul yang sama.

Polimer kondensasi, tidak seperti polimer adisi, dapat terurai secara hayati. Ikatan peptida atau ester antar monomer dapat dihidrolisis oleh katalis asam atau enzim bakteri yang memutus rantai polimer menjadi bagian-bagian yang lebih kecil.

Secara umum, polimer kondensasi terbentuk lebih lambat daripada polimer adisi, seringkali membutuhkan panas. Mereka umumnya memiliki berat molekul yang lebih rendah. Monomer dikonsumsi di awal reaksi; gugus fungsi terminal tetap aktif selama reaksi dan rantai pendek bergabung membentuk rantai yang lebih panjang. Tingkat konversi yang tinggi diperlukan untuk mencapai bobot molekul yang tinggi menurut persamaan Carothers.