BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Poliamida

Polyamide (Poliamida) adalah polimer yang terdiri dari monomer amida yang

tergabung dengan ikatan peptida.

Gambar 2.1 Struktur Poliamida

Poliamida pertama kali dibuat oleh W.Carothers pada tahun 1928 dengan

nama dagang nylon. Poliamida dibuat dari hasil reaksi senyawa diamina dan

dikarboksilat. Poliamida yang pertama dibuat dari heksametilendiamina dan asam

adipat. Serat yang dihasilkannya disebut nylon 66, dimana persamaan reaksinya

sebagai berikut :

NH2(CH2)6NH2 + COOH(CH2)4COOH NH2(CH2)6NHCO(CH2)4COOH + H2O

Angka dibelakang nama nylon menunjukkan jumlah atom karbon penyusun

dari senyawa amina dan senyawa karboksilatnya. Serat nylon lain yang dibuat

adalah dari asam sebasat dan heksametilendiamina yang hasil reaksinya

dinamakan nylon 6.10.

4

Ikatan amida dihasilkan dari reaksi kondensasi gugus amino dan asam

karboksilat atau gugus asam klorida. Suatu molekul kecil, biasanya air atau

hydrogen klorida dieliminasi. Kelompok amino dan kelompok asam karboksilat

bisa berada pada monomer yang sama, atau polimer dapat dibentuk dari dua

monomer bifungsional yang berbeda. Satu dengan dua gugus amino, dan yang

lain dengan dua asam karboksilat atau gugus asam klorida. Asam amino dapat

diambil dari monomer tunggal (jika perbedaan antara kelompok R diabaikan)

bereaksi dengan molekul identik untuk membentuk poliamida. Persamaan

reaksinya dapat terlihat pada gambar berikut :

Gambar 2.2 Reaksi Pembentukan Poliamida

Pembentukan poliamida dari gugus monomer juga dapat terlihat pada

pembuatan aramid (aromatic polyamide) sebagai berikut :

Gambar 2.3 Reaksi Pembentukan Aramid (aromatic polyamide)

Sifat poliamida tergantung dari senyawa penyusunnya. Secara umum, serat

poliamida mempunyai penampang membujur berbentuk silinder dan penampang

melintang bulat. Serat nylon dibuat untuk berbagai tujuan, seperti untuk keperluan

industri dibuat serat dengan kekuatan tinggi dan mulur kecil, sedangkan untuk

5

tekstil pakaian dibuat dengan kekuatan yang tidak terlalu tinggi dan mulur yang

agak tinggi.

Sifat Fisik dan Kimia dari poliamida :

1) Variasi kilau: nilon memiliki kemampuan untuk menjadi sangat berkilau,

semilustrous atau membosankan.

2) Durabilitas: serat yang tinggi keuletan digunakan untuk sabuk pengaman, ban

tali, kain balistik dan penggunaan lainnya.

3) Elongasi tinggi

4) Ketahanan abrasi yang sangat baik

5) Sangat tangguh (kain nilon yang panas-set)

6) Membuka jalan untuk memudahkan perawatan pakaian

7) Resistensi tinggi terhadap serangga, jamur, hewan, serta bahan kimia cetakan,

jamur, membusuk dan banyak

8) Digunakan dalam karpet dan stoking nilon

9) Mencair bukan terbakar

10) Transparan terhadap cahaya inframerah (-12dB)

11) Titik lebur 363-367oF

12) Kekerasan rockwell 106

13) Konduktivitas termal 2,01 BTU di/fthoF

14) Panas laten difusi 35,98 BTU/lb

15) Koefisien ekspansi linier 5,055 x 10-5 /OF

16) Kekuatan tarik pada hasil 4496-4786 psi

17) Koefisien gesekan 0,10-0,30

6

18) Kepadatan 1,15 g/cm3

19) Konduktivitas listrik 10-12 S/m

Serat poliamida tahan terhadap serangan jamur, bakteri dan serangga. Serat ini

juga sangat tahan basa, rusak dalam asam kuat.dan dapat dicelup dengan zat

warna dispersi asam dan basa.

Serat poliamida dipintal dengan pemintalan leleh, seperti halnya serat buatan

lainnya. Poliamida mempunyai penampang melintang yang bermacam-macam,

tetapi yang paling umum bentuk trilobal dan bulat.

Faktor yang mempengaruhi laju reaksi polimerisasi pada umumnya adalah

konsentrasi gugus fungsi. Dengan demikian laju reaksi polimerisasi pada

polyamides ditentukan oleh faktor konsentrasi gugus fungsinya yaitu: konsentrasi

–NH, -CO.

2.2 Proses Pembuatan Poliamida

Sintesis poliamida mempunyai tipe yang berbeda sesuai dengan jenis

poliamida yang diinginkan. Sintesis Poliamida termasuk dalam polimer

kondensasi dimana dapat mengalami step grow polymerization dan solid state

polymerization . Pada skala laboratorium dapat mengalami kedua tipe sintesis

tersebut. Namun pada skala industri (sejauh ini) hanya tipe sintesis step grow

polymerization. Step Grow Polimerization adalah sintesis polimer yang mengacu

pada mekanisme bi-fungsional atau multifungsi monomer bereaksi untuk

membentuk dimer, kemudian trimer , oligomer dan akhirnya memebentuk rantai

panjang polimer. Solid state polymerization adalah polimerisasi yang dilakukan

dengan mengkontakan molekul (monomer) dengan padatan (biasanya Kristalin).

Selanjutnya molekul yang telah berikatan tersebut disentesis dalam reaktan.

Reaktor yang digunakan biasanya bed reactor fluidisasi. Berikut ini contoh

polymerization untuk Polyamide jenis nylon:

7

Nilon dibentuk dari dari reaksi kondensasi hexametilen diamin dan sebuah

asam dikarboksilat. Berdesarkan panjang rantai karbonnya polyamide (nilon)

mempunyai sifat yang beraneka ragam. Sifat nylon yang beraneka ragam tersebut

disebabkan adanya sifat fisikan yang berbeda. Sebagai contoh, nilon 6.6

dimanfaatan untuk bahan tekstil, sedangkan nilon 10 dimanfaatkan untuk

pembuatan peralatan olahraga. Sintesis nilon 6.6 dimulai dengan mencampurkan

asam adipat dengan hexamethylene diamine pada suhu 280 C dengan tekanan

tinggi. Sedangkan sintesis asam adipat sendiri berasal dari oksidasi sikloheksena

dengan asam nitrat. Berikut ini urutan reaksi pembentukan nylon 6.6.

Gambar 2.4 Sintesis Poliamida

Sedangkan pada skala laboratorium secara umum mempunyai tipe yang sama

untuk sintesis polyamide. Perbedaannya pada penggunaan oksidator untuk sintesis

asam adipat. Pada skala laboratorium lebih sering menggunakan Kalium

permanganat untuk menintesis asam adipat dari sikloheksena

Sintese nilon 6.6 dari industri tradisional melibatkan asam adipin dan

hexamethylene diamin untuk membentuk suatu garam yang meleleh, pada suhu

180oC. Adipin dan hexamethylena diamin diubah menjadi poliamida dengan

pemanasan sampai suhu 280oC di bawah tekanan, yang menghilangkan air. Asam

adipik dengan menggunakan polymerisasi ini pada umumnya diperoleh dengan

oksidasi perpecahan cyclohexena dengan asam nitrat, suatu cuka mengoksidasi

sangat kuat. Ada beberapa corak yang diinginkan reaksi inti ini jika seseorang

mempertimbangkan besar produksi nilon meliputi seluruh dunia. Asam Nitrat

8

bereaksi dengan cepat deangan kandungan organik yang bermacam-macam,

sebagai faktor kehadiran keselamatan dari kimia berbahaya.. Hal ini juga

memberikan beberapa resiko lingkungan yaitu mengakibatkan emisi dari Nitro

oksida (N2O mengandung nitrogen), gas rumah kaca, dan produksi skala asam

adipin yang industri juga dipercaya mengubah 10% dari semua tidak alami emisi

nitro oksida (“ NOx”). Tekanan tinggi dibutuhkan untuk polymerisasi mugkin juga

bersikap menjadi keselamatan jika reaktor tidaklah dengan baik dibangun dan

dirawat.

Berikut ini merupakan gambaran proses pembuatan poliamida 66:

Gambar 2.5 Skema pembuatan poliamida

9

2.3 Klasifikasi Poliamida

Adapun klasifikasi poliamida adalah poliamida 66 dan poliamida 11.

a) Poliamida 66

Poliamida 66 atau nilon 66 merupakan hasil produk yang terbentuk

dari reaksi polimerisasi antara dua monomer yang memiliki atom

karbon berjumlah 6. Monomer tersebut antara lain :asam adipat dan

1,6-Diaminoheksana (hexamethylenediamine).

Gambar 2.6 Reaksi pembuatan poliamida 66

Reaksi yang terjadi merupakan reaksi polimerisasi kondensasi

dimana terbentuk air sehingga terbentuk ikatan amida setelah terbentuk

air. Pada polimerisasi poliamida 66 hexamethylenediamine dan asam

adipic membentuk garam hexamethylenediammonium adipate 1:1.

Garam ini dilarutkan dalam air dan ditambahkan ke dalam autoclave

dengan 0,5-1 mol% asam asetat sebagai stabiliser viskositas. Tekanan

operasi 250 psi dan temperatur dinaikan menjadi 270-280oC. Tekanan

kemudian diturunkan sampai tercapai keadaan vakum. Setelah total

waktu 3-4 jam, tekanan nitrogen digunakan untuk mencetak nilon

menjadi suatu pita melalui suatu valve di dasar autoclave. Pita

kemudian dipotong-potong menjadi kubus.

b) Poliamida 11

Poliamida 11 atau nilon 11 merupakan poliamida yang sering

digunakan untuk membentuk plastik yang berasal dari minyak nabati.

Namun sifatnya tidak biodegradasi, sehingga sulit untuk diaplikasikan

secara langsung. Sifatnya mirip dengan poliamida 12 namun memiliki

10

dampak lingkungan yang rendah, menggunakan konsumsi tenaga yang

lebih sedikit. Biasanya poliamida 11 digunakan untuk keperluan –

keperluan tertentu seperti di dalam otomotif, elektronik komponen,

pipa gas, dan lainnya. Poliamida terdiri atas monomer asam 11-

aminoundekanoat yang disintesis dari asam 12-oksododekanoat

oxime . Proses untuk mensitesis poliamida :

Penyusunan Beckmann

Degradasi Hofmann

Hidrolisis

Asam aldoxime dihidrolisis dengan keberadaan nikel asetat

tetrahidrat menghasilkan asam 11-carbamoylundekanoat. Selanjutnya

asam 11-carbamoylundekanoat diproses dengan larutan sodium

metoksida dan bromin pada 70 – 80oC sehingga menghasilkan asam 11

- (metoksikarbonilamino) undekanoat, yang kemudian dengan

hidrolisis dasar dan netralisasi akan menghasilkan asam 11 -

aminoundekanoat.

2.4 Fabrikasi Poliamida

Nilon 6

Nilon 6 (polikaprolaktam) umumnya diproduksi dari polimerisasi -

caprolactam (HN(CH2)5CO). Rute produksi yang paling signifikan

dalam membuat nilon 6 menggunakan tiga bahan baku fenol,

sikloheksana, dan toluena. Rekasi dimulai dengan hidrogenasi fenol

menjadi sikloheksanol yang kemudian dioksidasi menjadi

sikloheksanon. Selanjutnya sikloheksanon direaksikan dengan

hidroksilamin sehingga menjadi sikloheksanon oksim. Sikloheksanon

oksim kemudian mengalami Beckmann rearrangement dalam 20%

oleum pada 100-120 0C dan terkonversi menjadi ԑ-caprolactam.

Skema sintesis ԑ -caprolactam ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

11

Gambar 2.7 Skema proses pembuatan nilon 6

Terdapat dua jalur polimerisasi ԑ-caprolactam yang umum digunakan dalam

industri. Jalur yang paling sering digunakan adalah polimerisasi hidrolitik dimana

digunakan air untuk membuka cincin ԑ-caprolactam sehingga menjadi molekul

linear berupa asam aminokaproik (H2N(CH2)5COOH). Polimerisasi kemudian

diproses dengan mekanisme step growth dari senyawa-senyawa asam

aminokaproik sehingga terbentuk polimer linear (H(HN(CH2)5CO)nOH) dan air.

Proses hidrolik kontinyu banyak digunakan dalam manufaktur nilon 6. Pada

Crude Oil

Propylene Toluene

Benzene

CyclohexanaCumene

Phenol

Cyclohexanone

Cyclohexanone oxime

Caprolactam

12

proses BASF digunakan tiga tahap utama yang dibedakan menjadi melt-

polymerization, extraction, dan solid-state polymerization. Gambar skema

prosesnya sebagai berikut:

Gambar 2.8 flowsheet pembuatan nilon 6 menggunakan proses BASF. a) Feed

tank; b) VK tube; c) Pourer; d) Pelletizer; e) Water bath; f) Extractor; g) Solid-

state reactor

Pada melt-polymerization, ԑ-caprolactam dan air diumpankan ke bagian atas

kolom VK (Vereinfacht Kontinuierliches Rohr). Kolom VK berupa tube vertical

yang beroperasi pada tekanan atmosfir. Umpan masuk dari bagian atas kolom dan

dipanaskan sampai 220-270 0C menggunakan HE dalam bentuk internal gratings.

Pada bagian atas kolom, ԑ-caprolactam dan air terevaporasi secara kontinyu.

Gelembung-gelembung uap terbentuk dan menyebabkan agitasi ketika bergerak

ke atas untuk mereflux kondenser yang nantinya terkondensasi dan kembali

menjadi monomer. Polimer keluar dari kolom VK kemudian didinginkan di water

bath dan dibuat menjadi pellet di pelletizer. Padatan pellet kemudian menuju ke

extraction stage untuk menghilangkan monomer yang tidak bereaksi dan senyawa

siklik lainnya dengan dicuci menggunakan air pada suhu 100 0C. Karena jumlah

13

air yang dapat dihilangkan terbatas selama melt-polymerization stage, maka

massa molar polimer yang terbentuk menjadi terbatas sesuai kesetimbangan

polimidasi. Untuk menghilangkan kondensat secara efisien dan menggeser

kesetimbangan poliamidasi ke arah massa molar polimer yang tinggi serta

memperbaiki properties polimer maka dibutuhkan proses final yaitu solid-state

polymerization yang menggunakan moving packed-bed reactor. Pada proses ini

padatan pellet terpolimerisasi lebih lanjut dengan memanaskannya menggunakan

aliran counter-current gas inert panas pada keadaan panas dibawah melting point

dan diatas suhu glass transtition-nya.

Prinsip dasar solid-state polymerization adalah pemaksimalkan luas

permukaan untuk perpindahan massa tanpa menggunakan bantuan peralatan

mixing yang powerful. Reaksi degradasi tidak diuntungkan karena suhu reaksi

yang rendah dan preservasi bentuk geometri membuat solid-state polymerization

dilakukan pada polimer yang sudah terbentuk. Main drawback membutuhkan

waktu tinggal yang lama (10-100 jam) karena laju reaksi lambat.

Jalur kedua polimerisasi ԑ -caprolactam adalah dengan mekanisme anionic

chain growth yang mengunakan NaOH, laktamat alkali metal, dan pentaalkil

guanidine sebaga inisiator. Keutamaan polimerisasi anionic adalah konversi yang

cepat sehingga dapat mereduksi harga unit polimerisasi dan dapat menggunakan

molds yang tidak mahal dalam desain yang komplek. Hal ini membuat volum

produksi menjadi rendah tapi tidak ekonomis jika untuk produksi pada skala

besar.

Nilon 6-6

Nilon 6-6 dapat dibuat dengan dua cara. Pertama nilon 6,6 dapat dibuat

dengan mereaksikan adipoyl chloride dengan hexamethylene diamine.

Kedua dapat dibuat dengan mereaksikan adipic acid dengan

hexametylene diamine. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

14

1) Reaksi adipoyl chloride dengan hexametylene diamine

Gambar 2.9 Skema reaksi pembuatan nilon 6-6 dari adipoyl chloride

2) Reaksi adipic acid dengan hexametylene diamine

Gambar 2.10 Skema reaksi pembuatan nilon 6-6 dari asam adipat

Mekanisme reaksi adipic acid dengan hexametylene diamine adalah sebagai

berikut:

a) Molekul adipic acid memprotonasi karbonil oksigen adipic acid lainnya

Pasangan elektron bebas oksigen pada asam adipat menyerang atom hidrogen

pada gugus karboksilat dari molekul asam adipat lain. Molekul asam adipat

yang diserang mengalami kelebihan elektron pada atom oksigen yang terikat

pada gugus karboksilat seperti yang tertera pada gambar dibawah. Molekul

asam adipat yang lain mengalami kekurangan elektron pada atom oksigen

yang terikat pada gugus karboksilat seperti yang terlihat pada gambar.

15

Gambar 2.11 Mekanisme molekul adipic acid memprotonasi karbonil oksigen

adipic acid lainnya

b) Hexamethylene diamine menyerang karbonil karbon pada adipic acid dan

membentuk ammonium intermediet.

16

Gambar 2.12 Mekanisme hexamethylene diamine menyerang karbonil karbon

pada adipic acid dan membentuk ammonium intermediet.

Hexamethylene diamine menyerang asam adipat di gugus karboksilat dimana

terdapat atom oksigen yang kekurangan elektron. Hasilnya terbentuk ammonium

intermediet dimana salah satu gugus amine-nya mengalami kekurangan elektron.

c) Perpindahan elektron pada ammonium intermediet.

Struktur ammonium intermediet yang tidak stabil dikarenakan salah satu atom

nitrogen pada gugus amine kekurangan electron mengakibatkan terjadinya

perpindahan elektron. Awalnya pasangan elektron bebas dari oksigen pada gugus

karboksilat yang berikatan dengan amine menyerang atom oksigen yang terikat

pada nitogen yang kekurangan elektron. Hal ini membuat atom nitrogen tidak

kekurangan elektron lagi tetapi hal ini membuat oksigen tersebut menjadi

kekurangan elek tron. Atom oksigen yang kekurangan elektron menarik elektron

atom karbon sehingga terjadi pelepasan molekul H2O. Oleh karena atom karbon

mengalami kekurangan elektron maka atom oksigen yang terikat padanya

memberikan elektronnya dan menarik elektron dari atom hidrogen sehingga

terjadi pelepasan ion H+. Pada akhirnya perpindahan elektron ini akan

menghasilkan amida dimer disertai pelepasan H2O dan ion H+.

17

Gambar 2.13 Mekanisme perpindahan elektron pada ammonium intermediet

d) Amida dimer bereaksi dengan molekul adipic acid atau hexamethylene diamine

lainnya

Selanjutnya amida dimer yang telah terbentuk akan bereaksi dengan asam adipat

atau dengan hexamethylene diamine yang lain untuk membentuk amida trimer.

e) Pembentukan polimer nilon 6,6

Reaksi-reaksi seperti diatas terjadi terus-menerus dan pada akhirnya akan

membentuk polimer 6,6.

Gambar 2.14 Rumus struktur nilon 6-6 (polyamida)

18

Gambar 2.15 Skema proses produks nilon 6-6

(sumber: www.pall.jp/pdf/PPG3a.pdf)

Umpan yang digunakan pada industri pembuatan polimer nilon 6,6 adalah adipic

acid, hexamethylene diamnine, dan air. Adipic acid, hexamethylene diamine, dan air

kemudian dimasukkan ke reaktor untuk direaksikan menjadi hexamethylene

diammonium adipate yang biasa disebut nilon salt solution. TiO2 Slurry kemudian

ditambahkan ke nilon salt solution untuk mendeluster fiber. Pendelusteran fiber ini

bertujuan untuk memberi warna pada nilon yang akan dibentuk. Larutan garam yang

telah dicampur dengan TiO2 slurry dimasukkan ke dalam evaporator dan dievaporasi

untuk menghilangkan kandungan air berlebih. Larutan garam yang sudah jenuh

dimasukkan ke reaktor dimana terjadi reaksi polimerisasi dan terbentuk

polyhexamethylene adipamide atau yang biasa dikenal dengan nilon 6,6. Polimer

nilon 6,6 kemudian dipisahkan ke dalam dua jalur dimana jalur yang satu polime

nilon 6,6 dimasukkan ke unit cutter dan dibentuk menjadi nilon 6,6 chip. Pada jalur

yang lain nilon cair 6,6 diekstrusi melalui spinneret dan mengalami proses

pemintalan. Nilon tersebut kemudian didinginkan untuk dibentuk menjadi filamen.

19

2.5 Contoh Aplikasi Poliamida

Manufaktur

Nylon 66 merupakan bahan sintetik serbaguna yang dapat dibentuk

menjadi serat, lembaran, filamen atau bulu. Ini pada gilirannya dapat

digunakan dalam produksi kain, benang dan pintal. Sebagai contoh, baik

filamen nilon 66 yang digunakan dalam pembuatan kaus kaki, rajutan

pakaian dan parasut. Nylon 66 bulu yang digunakan untuk memproduksi

sikat gigi dan sisir sikat. Sebagai komposit dengan polimer lain, nilon 66

juga digunakan dalam produksi produk cetakan seperti mobil mainan,

skate-board roda dan frame pistol.

Industri Benang

Dengan ketahanan tarik tinggi kekuatan, kelelahan dan

ketangguhan, satu aplikasi utama untuk nilon 66 adalah dalam pembuatan

benang industri. Adhesi unggul untuk karet membuat sebuah media yang

ideal untuk memproduksi kain ban kabel, media untuk memperkuat bias-

ply ban bus dan truk. Terlebih lagi, dapat dicampur dengan polietilena

(PE), polimer lebih murah, untuk menghasilkan biaya rendah benang

industri tanpa secara signifikan menurunkan kualitas produk akhir.

Tekstil

Nylon 66 digunakan secara luas dalam industri tekstil untuk

memproduksi kain non-woven. Kain yang terbuat dari nilon 66 adalah

warna-warni dan ringan namun kuat dan tahan lama

Penyerapan UV

Nylon 66 film plastik sering diproduksi dengan kapasitas serapan

UV, sebuah properti yang bermanfaat signifikan dalam pengendalian

penyakit virus menular .Industri lain yang menggunakan nilon 6 film

untuk serapan UV yang meliputi rekayasa, medis, dan pertanian.

Perlengkapan Rumah

Alas tidur, karpet, atap dan perkakas rumah lainnya.

20

Peralatan Industri

Tali Ban, Pipa karet, Alat pengangkutan Dan Ikat pinggang di

pesawat, Parasut, Dawai-Dawai Raket, Tali temali dan jaring, kantong

tidur, kain terpal, tenda, benang, bulu sikat gigi. Poliamida dapat

digunakan sebagai sistem perpipaan dalam pendistribusian gas alam

dikarenakan pipa dari poliamida ini memiliki karakteristik yang mampu

menahan suhu dan tekanan dari gas alam tersebut. Pipa dari poliamida ini

memiliki keuntungan yaitu tahan terhadap korosi sehingga biaya

pemeliharaannya lebih murah dan harga jualnya juga lebih murah

dibandingkan dengan pipa dari logam. Kekurangan dari pipa poliamida

adalah sifatnya yang dapat menyerap moisture (cairan) yang terdapat

dalam gas alam maupun udara.hal ini dapat mengakibatkan kerusakan

pada bagian sambungan antar pipa dan menyebabkan kebocoran pada

sistem perpipaan.

Penggunaan Poliamida sebagai Pipa saluran gas pada terkanan tinggi

mempunyai beberapa kelebihan antara lain :

- Lebih murah dalam biaya pemasangan dan perawatan dibandingkan

dengan pipa besi, sebagaimana telah diterapkan di Amerika Utara.

- Tidak mengurangi aktivitas aliran udara dalam tanah

- Proses penyambungan lebih mudah daripada pipa besi atau pipa

polyetilen.

- Tidak adanya proses korosi sehingga penggunaan lebih lama

dibandingkan dengan pipa besi.

Kekurangan dari pipa poliamida ini adalah sifatnya yang dapat menyerap

moisture (cairan) yang terdapat dalam gas alam maupun udara. Hal ini

dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian sambungan antar pipa dan

menyebabkan kebocoran pada sistem perpipaan.