Proses Radiasi Kimia dan Polimer

Teknokimia NUklir 2011Proses Radiasi Kimia dan PolimerTugas Makalah Kimia Radiasi

Risha Diah Rhamadhani011100299

PROSES RADIASI KIMIA DAN POLIMER

Dalam hal ini akan dibahas proses radiasi kimia senyawa anorganik dan senyawa organik. A. PROSES RADIASI KIMIA SENYAWA ANORGANIKProses ini terjadi pada bahan-bahan ataupun senyawa-senyawa anorganik yang terkandung dalam bahan-bahan seperti gas, cair dan larutan, ion exchange dan lain lain.1. Senyawa Anorganik Pada GasProses radiasi kimia ini dapat membentuk ozon jika bereaksi dengan oksigen. Ozon dapat diproduksi dan radiasi oksigen dengan harga L.E.T. Yang tinggi, dan dengan hasil G = 6. Dekomposisi ozon pada ikatan kimia dapat terjadi pada harga G = 103 104 dengan tekanan gas yang tinggi. Kemudian juga sintesa hydrazine. Hidrazine merupakan senyawa anorganik dengan rumus N2H4. Ini adalah cairan yang mudah terbakar berwarna dengan bau seperti amonia. Hidrazine dapat diproduksi dengan irradiasi amonia dengan tambahan hasil nitrogen dan hidrogen, kecepatan reaksi dapat lebih baik dengan menambahkan gas Kr dan katalisator Pt ( lihat gambar 16 diatas ). Senyawa hidrazine ini banyak digunakan bakar roket. Selain itu hidrazine juga digunakan untuk mengontrol kelarutan oksigen dalam pembangkit listrik tenaga uap maupun PLTN, hal ini untuk mencegah terjadinya korosi.2. Proses Radiolisa AirMekanisme dari radiolisa air sangat penting dalam reaktor nuklir pada pendingin reaktor ( pendingin primer / sekunder ). Jika sistem larutan air adalah larutan encer maka praktis yang dipelajari untuk kimia radiasi larutan tersebut adalah radiolisa air. Ada dua (2) macam teori tentang mekanisme radiolisa air:a) Samuel & Magee ( 1953 ) Elektron yang dilepaskan pada pengion air akibat pemaparan dengan radiasi energi tinggi tidak dapat terlepas dari gaya tarik ion positip.b) Lea Gray Platzman ( 1951 1955 ) Teorinya bertentangan dengan Samuel & Magee, mereka berpendapat bahwa sebagian besar elektron yang terbentuk pada proses pengionan dapat meninggalkan ion positip, mengingat tetapan dielektrikum air cukup tinggi.

3. Proses Pada Ion ExchangeSejumlah mineral clay atau sintesa zeolit yang mengandung titanium, timbal, krom, zirkonium, garam dari logam polivalensi, asam polivalensi, oksida dan oksida hidrat dari logam polivalen, asam heteropoli, kompleks siano dll merupakan senyawa yang relative tahan terhadap radiasi. Hal ini penting untuk diketahui untuk proses olah ulang bahan nuklir.

B. PROSES RADIASI KIMIA SENYAWA ORGANIKProses ini akan membahas tentang proses radiasi senyawa hidrokarbon dan polimer.1. Proses Radiasi Bahan HidrokarbonPenelitian tentang kimia radiasi senyawa hidrokarbon biasanya dilakukan dalam industri plastik, resistensi struktur pada alat gosok/potong dengan minyak, material reaktor. Tabel 17. dibawah ini menggambarkan informasi radiasi pada senyawa hidrokarbon.HidrokarbonFaseHidrogenFragmen*

Formasi G, molekul/100 eV

Alkane alifatik metane propane n-heksane 3-metilpentane n-heptane 2,2,4-trimetilpentaneGasCairCairCairCairCair5,74,95,03,44,93,5-2,02,14,71,98,0

Siklo alkane Siklopropane Siklobutane Sikloheksane Metilsikloheksane SikloheptaneCairCairCairCairCair1,11,75,64,85,82,26,00,30,30,2

Olefin alifatik Etilene 1-butane 1-heksane 3,3 dimetil-1-butane 1,5 heksadiene 1-oktaneGasCairCairCairCairCair1,30,70,90,40,51,00,20,80,60,60,20,3 148

Reaksi primer akan sangat penting pada radiolisis alkane (parafin) dimana :

a) CnH2n+2CnH2n + H2alkana alkena

Tabel 17. Dekomposisi hidrokarbon akibat Radiasi

HidrokarbonFaseHidrogenFragmen*

Formasi G, molekul/100 eV

Sikloolefin Siklobutane Sikloheksane 3-metilsikloheksane 1,4-Sikloheksadiene Sikloheptene SiklooktatetraeneCairCairCairCairCairCair0,61,21,30,91,00,023,00,20,4< 0,10,10,02

Aromatik Benzene Toluene NaftaleneCairCairCair0,040,140,090,020,03< 0,02

Alkane dengan adanya hidrogen akan memberikan hidrokarbon tidak jenuh dengan massa molekular lebih besar atau lebih kecil dari induknya, selain itu dapat menghasilkan juga gas, oligomer dan polimer. Dengan irradiasi yang lama akan dapat terbentuk senyawa tak larut dan senyawa non leleh.Hidrokarbon dengan massa molekul yang rendah akan naik massa molekulnya menjadi 102 103 apabila diiradiasi dengan dosis yang tinggi, diindikasikan dengan terbentuknya Crosslinking .

Gambar 1. Proses Terjadinya Crosslinking

Bagian ini sebuah foton energi tinggi atau partikel melalui materi mengarah ke proses kompleks jeram yang menghasilkan disipasi energi awal, akhirnya menjadi energi termal dan reaksi kimia (1-5). Jika sumber radiasi terdirifoton energi tinggi, energi tersebut disimpan dengan cara yang sangat tidak seragam melalui sejumlah proses. Dalam polimer organik mekanisme yang paling penting adalah kehilangan energi hamburan Compton, di mana foton berinteraksi dengan elektron mengakibatkan pengusiran defleksi elektron dan foton dengan mengurangi energi. Probabilitas foton yang mengalami hamburan Compton dan resultan energi elektron dikeluarkan dan foton tersebar tergantung pada insiden energi foton dan kepadatan elektron yang melintasi melalui material itu.Efek fotoelektron kurang penting untuk foton energi tinggi, seluruh energi foton ditransfer ke elektron tunggal, dikeluarkan dengan energi sepadan dengan energi photon yang kurang mengikat energi elktron. Jugamerupakan hal yang kurang penting untuk sumber komersial sebagian besar radiasi ionisasi adalah mekanisme produksi pasangan. Hal ini juga melibatkan kejadian penyerapan energi foton lengkap, dan hasil dalam pembentukan elektron-positron pasangan. Kombinasi dari dua hasil partikel dalam emisi 0,51 MeV dua--ray, yang boleh menjalani interaksi lebih lanjut dengan material sebagaimana dijelaskan di atas. produksi pasangan hanya penting ketika foton memiliki energi lebih besar dari 1,02 MeV.Jika di sisi lain sumber ionisasi adalah elektron energi tinggi, langkah awal terhadap kehilangan energi untuk bahan melibatkan tabrakan inelastis mengakibatkan ionisasi dan eksitasi material dan kehilangan energi partikel insiden. Pada pengusiran elektron sekunder, resultan proses yang terjadi adalah identik dengan yang terjadi pada radiasi dengan foton energi tinggi.

2. Proses Radiasi Senyawa PolimerJika dikenai radiasi maka pada senyawa polimer akan terbentuk 2 reaksi yakni crosslinking dan degradasi. Crosslinking adalah ikatan yang menghubungkan satu rantai polimer yang lain. Mereka dapat ikatan kovalen atau ikatan ion. 'Rantai polimer' dapat merujuk polimer sintetis atau alami polimer (seperti protein). Ketika pembentukan ikatan pertautan istilah 'silang' istilah ini digunakan di bidang ilmu polimer sintetis, ini biasanya merujuk kepada penggunaan Cross-link untuk mempromosikan perbedaan dalam sifat-sifat fisik polimer. Ketika 'pertautan silang' digunakan di bidang biologi, ia merujuk kepada penggunaan probe untuk menghubungkan protein bersama-sama untuk memeriksa interaksi antar protein , serta metodologi cross-linking kreatif lainnya. Cross-linking digunakan di kedua polimer sintetis kimia dan di ilmu biologi. Meski istilah ini digunakan untuk merujuk ke ' menghubungkan dari rantai polimer yang ' untuk kedua sciences, tingkat crosslinking dan specificities dari agen crosslinking bervariasi. Tentu saja, dengan semua ilmu, ada tumpang tindih, dan mengikuti delineations adalah titik awal untuk mengerti seluk-beluk. Ketika cross link ditambahkan untuk panjang karet molekul, fleksibilitas menurun, kekerasan meningkat dan titik leleh juga meningkat.Degradasi adalah suatu reaksi perubahan kimia atau peruraian suatu senyawa atau molekul menjadi senyawa atau molekul yang lebih sederhana secara bertahap. Misalnya, pengurangan panjang polimer makromolekul atau perubahan gula menjadi glukosa dan akhirnya membentuk alcohol.Degradasi polimer dasarnya berkaitan dengan terjadinya perubahan sifat karena ikatan rantai utama makromolekul. Pada polimer linear, reaksi tersebut mengurangi massa molekul atau panjang rantainya. Sesuai dengan penyebabnya, kerusakan atau degradasi polimer ada beberapa macam. kerusakan termal (panas), fotodegradasi (cahaya), radiasi (energi tinggi), kimia, biologi (biodegradasi) dan mekanis. Dalam artian peningkatan berat ukuran molekul ikat silang dapat dianggap lawan degradasi. Pada kerusakan termal (termokimia) ada peluang aditif, katalis atau pengotor, turut bereaksi meskipun dari segi istilah seakan-akan tidak ada senyawa lain yang tidak terlibat. Fotodegradasi polimer lazim melibatkan kromofor yang menyerap daerah uv di bawah 400 nanometer. Radiasi energi tinggi misalnya sinar X, gamma, atau partikel, tidak khas serapan. Segenap bagian molekul dapat kena dampak, apabila bila didukung oleh faktor oksigen, aditif, kristalin, atau pelarut tertentu. Degradasi mekanis dapat terjadi saat pemrosesan maupun ketika produk digunakan oleh gaya geser, dampak benturan dan sebagainya. Degradasi polimer menyebabkan terjadinya perubahan dalam sifat - kekuatan tarik, warna, bentuk, dll - dari suatu polimer atau produk berbasis polimer di bawah pengaruh dari satu atau lebih faktor-faktor lingkungan seperti panas, cahaya atau bahan kimia. Perubahan-perubahan ini biasanya tidak diinginkan, seperti perubahan selama penggunaan, cracking dan depolymerisation produk atau, lebih jarang, diinginkan, seperti dalam biodegradasi atau sengaja menurunkan berat molekul suatu polimer untuk daur ulang. Perubahan dalam sifat sering disebut "penuaan".

Contoh Aplikasi Teknik Nuklir Pada bidang Polimer :Iradiasi gamma maupun berkas elektron dapat dimanfaatkan untuk proses polimerisasi dengan mekanisme pengikatan silang rantai polimer, proses degradasi yaitu proses pemutusan rantai polimer sehingga diperoleh rantai yang lebih pendek dan proses pencangkokan dengan menambahkan gugus fungsi aktif pada rantai panjang polimer.Keunggulan Pemakaian Teknik Iradiasi untuk modifikasi bahan Hasil proses bersih, karena tidak mengandung residu dari bahan kimia misalnya katalisator Proses mudah, karena dapat dilakukan pada suhu kamar, dan mudah dikontrol Efisien, karena mempunyai kedapat-ulangan yang relatif tinggi

Penelitian yang telah dikembangkan dan diaplikasikan1) Kegiatan modifikasi khitin dan khitosan (dimulai tahun 1998)Pengolahan limbah polimer alam (limbah kulit udang dan kepiting) menjadi bahan yang bernilai tinggi (chitin dan turunannya) kemudian dimodifikasi dengan mempergunakan teknik iradiasi untuk dapat diaplikasikan di bidang pertanian dan industri, dengan kegiatan utama sebagai berikut :a) Isolasi khitin dari kulit udang dan kepiting/rajungan, dilanjutkan dengan pembuatan khitosan.b) Modifikasi khitosan menjadi oligokhitosan dengan iradiasi gamma untuk berbagai tujuan antara lain : Penginduksi pertumbuhan (growth promotor) Adsorben dan membran penukar ion khitosan larut air : karboksil metil khitosan bahan dasar bioplastik

Limbah Kulit udangKitin

OligokitosanKitosan

Sifat Oligo khitosan: Oligo chitosan adalah khitosan dengan masa molekul relatif rendah Dimodifikasi dengan teknik radiasi Kelarutannya yang lebih tinggi dalam senyawa organic Viskositas dapat diatur, sehingga memudahkan aplikasinya Tidak beracun Mudah di biodegradasi oleh lingkunganContoh aplikasi sebagai bahan penginduksi pertumbuhan tanaman cabe, kerjasama dengan kelompok petani di daerah Jawa Barat (Ciwidey, Cisarua) dan Jawa Timur (Malang).

Label penggunaan Oligokitosan pada tanaman cabe

2) Lateks alam iradiasi (Radiation Vulcanized Natural Rubber latex /RVNRL)Lateks alam iradiasi atau RVNRL, proses vulkanisasi dilakukan dengan penyinaran lateks karet alam dengan sinar gamma dari sumber Co-60. Produk RVNRL ini tidak bersifat radio aktif, dan aman untuk dipakai. Yang menarik adalah prosesnya sederhana, tidak diperlukan bahan vulkanisat seperti Sulfur, zinc oksida, ZDC dan bahan pencepat lain. Hal ini akan mendukung produk yang ramah lingkungan. Dari percobaan untuk industri rumah tangga dan skala yang lebih besar diperoleh hasil bahwa RVNRL mempunyai prospek yang cerah khususnya untuk produk-produk, sesuai dengan teknik dan standar yang telah mapan.

Beberapa keunggulan dari RVNRL adalah : RVNRL mempunyai kestabilan tinggi, sehingga dapat dipakai dalam jangka panjang Tidak mengandung nitrosamin yang bersifat karsinogen dan protein alergen yang berpotensi terhadap alergi Produk mudah untuk perwarnaan (clarity-better colouration) Proses yang ramah lingkungan karena bebas dari berbagai macam polutan Rendah kadar abu dan rendah produksi gas bila RVNRL telah dipakai (sebagai sampah) Bebas protein alergiProduksi lateks alam iradiasi yang telah uji produksi skala pabrik : kondom, sarung tangan, tensimeter.

Contoh kondom, sarung tangan, tensimeter3) Perekat kopolimer lateks karet alamTeknik pembuatan perekat kopolimer lateks karet alam seperti KOLAS 50, KOLAM 50 dan KOLAM 100 telah dikuasai dan siap untuk diaplikasikan ke industri. Metodanya adalah sebagai berikut ; getah dari pohon karet dicampur dengan monomer (bahan plastik) pada perbandingan tertentu, kemudian diradiasi dengan sinar gamma atau berkas elektron dengan dosis antara 5 sampai dengan 30 kGy, maka akan terbentuk kopolimer karet alam yang jika ditambah sedikit bahan pelenglet akan menjadi perekat.Perekat yang dihasilkan ini secara langsung dapat dipergunakan untuk perekat pada pembuatan panel kayu, yaitu kayu lapis, kayu sambung, papan partikel dari serbuk gergaji atau tongkol jagung. Disamping itu juga bisa dipergunakan untuk pembuatan papan berbagai macam papan serat seperti papan sabut kelapa, serta bias digunakan sebagai perekat sepatu, tas kain, kulit dan sebagainya.Keunggulan dari perekat ini adalah tidak beracun, tidak mengandung bahan penyebab kanker, tidak mencemari lingkungan, dan dapat disimpam dalam jangka waktu yang lama. Oleh karena itu jenis perekat ini dapat diaplikasikan baik untuk industri besar maupun industri rumah tangga.4) Pelapisan permukaan dengan teknik radiasi Salah satu teknik pelapisan permukaan kayu adalah dengan menggunakan radiasi berkas elektron energi rendah (