L/O/G/O

Struktur Kimia dan Sifat-sifat Polimer

RULIANI ANSARF1C1 12 031

KIMIA POLIMER

Pokok Bahasan

1. Metode fabrikasi2. Sifat Mekanik3. Stabilitas panas4. Daya nyala dan ketahanan nyala5. Ketahanan kimia6. Degradabilitas7. Konduktivitas listrik8. Bahan tambahan

®Pada umumnya polimer dibentuk dari tiga teknik dasar yaitu pencetakan, ekstruksi atau penuangan yang dikerjakan pada suhu rendah dibandingkan untuk membentuk baja, aluminium atau kaca.

®Konduktifitas termal dari senyawa polimer jelek dan lambat melebur sehingga peralatan ban berjalan yang digunakan dipanaskan secara merata.

1. Metode Fabrikasi

a. Cetak kompresi

Proses pencetakan dasar

Menggunakan panas dan tekanan untuk menekan polimer cair yang dimasukkan antara permukaan-permukaan cetakan berpasangan yang bergerak, menjadi bentuk cetakan.

b. Cetak injeksiPolimer leburan dibentuk ke dalam ruang cetakan tertutup. Suatu ban berjalan digunakan untuk mengumpan polimer kedalam cetakan. Cetak injeksi lebih cepat dibandingkan cetak kompresi.

Cetak injeksi reaksi (RIM)

Produk akhir dibuat langsung dari prekusor polimer berat molekul rendah yang dicampur dengan cepat atau diinjeksikan kedalam cetakan ketika rekasi polimerisasi sedang berlangsung.

Cetak tiup

Tabung polimer (parison) ditiup dengan udara bertekanan atau ditarik oleh vakum menjadi bentuk cetakan. Khusus digunakan untuk botol-botol manufaktur.

® Ekstruksi melibatkan penekanan yang kompak terhadap polimer cair untuk memberikan objek yang diinginkan.

® Serat (fiber) dibuat melalui pemintalan yang mirip proses ekstruksi.

Ekstruksi

Polimer dilewatkan ke pelat berlubang sambil ditekan. Pemintalan dikerjakan baik dengan polimer lebur (pemintalan lebur) dengan larutan polimer, filamen-filamen didinginkan dengan cepat oleh udara dingin dalam tangki proses. Ketika dipakai larutan polimer, pelarutnya dihilangkan dalam tangki proses oleh evaporasi dengan panas (pemintalan kering).

® Beberapa metode fabrikasi yang lebih khusus yaitu penggulungan filamen (filamen winding) untuk membuat komposit-komposit yang diperkuat serat dan peniupan (blowing) untuk membuat busa.

2. Sifat mekanik®Kekuatan tarik mengacu kepada

ketahanan terhadap tarikan®Kekuatan kompresif adalah ukuran

sampai dimana suatu polimer bisa ditekan sebelum rusak

®Kekuatan fleksur adalah ukuran dari ketahanan terhadap patahan atau cepat patah.

Suatu polimer linier khas yang memiliki unit ulang seragam dan gugus-gugus ujung berbeda. Pada berat molekul rendah, gugus-gugus ujung secara signifikan mempunyai kontribusi ke seluruh struktur dan hal ini dimanifestasikan dalam sifat-sifat seperti kerapatan, indeks refraksi, dan absorpsi spektroskopik yang bervariasi dengan berat molekul. Ketergantungan pada berat molekul diperlihatkan pada gambar disamping.

Kekuatan tarik diukur dengan rumus : Dimana : σ = tegangan tarik

F = gayaA = luas penampang

Sedangkan untuk perpanjangan tarik yaitu perubahan panjang sampel dibagi dengan panjang awal.

Perbandingan tegangan terhadap perpanjangan disebut modulus tarik E

AF

ll

E

Dimana : = perubahan panjangΔl = gayal = luas penampang

Kurva tegangan terhadap perpanjangan perbedaan antara serat, plastik dan elastomer

Plastik dan serat sama-sama memperlihatkan gradien yang curam tetapi serat bisa mempertahankan tegangan yang lebih besar sebelum putus. Elastomer awalnya memiliki modulus rendah tetapi sekali teregang modulusnya naik dengan tajam.

Kurva umum tegangan tarik terhadap perpanjangan untuk plastik seperti polietilena

Awalnya modulus tinggi hingga mencapai titik berdeformasi (yield), sebelum mencapai titik tersebut perpanjangan dapat balik. Pada titik tersebut juga diperlihatkan tegangan yang cukup untuk membuat molekul-molekul terurai dan mengaliri satu sama lain, dan perpanjangan lebih lanjut bersifat tidak dapat balik. Merupakan kasus pada suhu tetap.

Jika suhu dinaikkan, modulus tersebut akan tetap tinggi hingga dipuncak suhu transisi gelas, pada titik dimana modulus turun dengan tajam.

Modulus yang sangat tinggi merupakan karakteristik dalam keadaan gelas, tetapi akan menurun tajam saat molekul-molekul memperoleh kebebasan gerak yang besar. Sampel ini tetap dalam keadaan karet hingga suhu cukup tinggi untuk menimbulkan aliran.

Log E = skala modulusTg = suhu transisi gelas

1. Krip (aliran dingin) merupakan ukuran dari perubahan perpanjangan ketika suatu sampel polimer dikenai tegangan yang konstan.

2. Relaksasi tegangan, mengacu pada penurunan tegangan ketika suatu sampel diperpanjang ke suatu ke perpanjangan yang konstan

Selain ketergantungan pada suhu, terdapat dua sifat penting yang tergantung pada waktu

Semakin tinggi berat molekul maka semakin tinggi pula suhu yang diperlukan untuk mengatasi meningkatnya belitan-belitan, sebaliknya suatu polimer yang terikat silang tidak akan mengalir. Semakin tinggi kerapatan ikat sillang maka modulus akan semakin besar (perpanjangan makin berkurang) dalam keadaan karet.

Ilustrasi kelakuan modulus terhadap suhu untuk beberapa sifat polimer.

Tabel 1. Sifat-sifat mekanik dari homopolimer umum

Sifat Sifat-sifat tarik pada patah Kekuatan komprrensif

(MPa)

Kekuatan fleksur(MPa)

Kekuatan impak(N/cm)

Kekuatan(MPa)

Modulus(MPa)

Perpanjangan(%)

Polietilena, massa jenis rendahPolietilena, massa jenis tinggiPolipropilenaPoli(vinil klorida)PolistirenaPoli(metil metakrilat)PolitetrafluoroetilenaNilon 66Poli(etilena tereftalat)Polikarbonat

8,3-3122-3131-4141-5236-5248-7614-3476-8348-7266

172-2831070-10901170-17202410-41402280-32802240-3240

400-552-

2760-41402380

100-65010-1200100-60040-801,2-2,52-10200-40060-30050-300110

-20-2538-5555-9083-90

72-12412

10376-103

86

--

41-5569-11069-10172-131

-42-11796-124

93

Tidak patah0,23-2,30,23-0,570,23-1,30,20-0,260,17-0,341,70,46-1,20,14-0,379,1

Polimer

Jenis serat Keuletan(N/teks)

Gaya berat spesifik

AlamKapasWol

SintesisPoliesterNilonPoliamida aromatik (aramid)PolibenzimidazolaPolipropilena Polietilena (kekuatan tinggi)

Anorganik GelaBaja

0,26-0,440,09-0,15

0,35-0,530,40-0,711,80-2,00,270,44-0,792,65

0,53-0,660,31

1,501,30

1,381,141,441,430,900,95

2,567,7

Tabel 2. Sifat-sifat serat

3. Stabilitas Panas

®Stabilitas panas utamanya merupakan fungsi dari energi ikatan.

®Karena struktur yang kaku, polimer-polimer aromatik secara karakteristik memperlihatkan suhu-suhu transisi gelas yang sangat tinggi dan kelarutan rendah.

®Polimer yang mengandung gugus-gugus “fleksibilisator” , biasanya memiliki stabilitas panas yang rendah.

Tabel 3. Polimer-polimer stabil panas representatif

Tipe StrukturSuhu

dekomposisi (°c)

Poli(p-fenilena) 660

Polikuinoksalin 650

Polioksazola 620

Politiadiazola 490

O

N

O

N

HN

N

NH

N

S

∆

N

N

N

N

Ar

Ar

Sintesis polikwinoksalin melalui reaksi-reaksi sikloadisi

Tg = 215°C

Tg = 265°C

N

N N

N*

C C ArAr

*

C C Polikuinoksalin aromatik

4. Daya nyala dan ketahanan nyala

®Pada dasarnya beberapa polimer tidak dapat nyala dan polimer yang memiliki kandungan halogen tinggi.

®Polikarbonat dan poliuretana akan terbakar sepanjang sumber nyala hidup tetapi terhenti ketika sumber nyala dimatikan.

®Beberapa polimer bisa segera terbakar ketika sumber panas dari luar menaikkan suhu ke suhu dimana polimer tersebut mulai terurai dan melepaskan gas-gas yang mudah terbakar dan berlangsung cukup cepat

Tabel 4. Gugus-gugus ujung reaktif untuk mengkonversi oligomer-oligomer aromatik ke polimer-polimer jaringan

Tipe Struktur EtinilFeniletinil ϕFenilbutadinil ϕFenilbuteninil ϕ

Bifenilena

Stiril

Maleimida

C CH

C C

C C C C

C C CH CH

CH CH2

N

O

O

Gambaran sederhana dari pembakaran polimer yang mirip dengan lilin sebagai suatu siklus tertutup dengan pembakaran gas-gas yang berdifusi menghasilkan panas yang meradiasi kembali untuk mempertahankan pirolisis.

1. Menahan proses pembakaran dalam fasa uap,

2. Menimbulkan pembentukan “arang” dalam daerah pirolisis dan

3. Menambahkan bahan-bahan yang terurai baik untuk memberikan gas-gas tak dapat nyala atau secara endotermik untuk mendinginkan zona pirolisis.

Strategi pendekatan untuk memperbaiki ketahanan nyala bahan-bahan polimer yaitu :

®Pembentukan arang pada permukaan polimer dapat mengurangi daya nyala dengan bereaksi sebagai penghalang untuk menghalangi produk-produk gas dari berdifusi ke nyala serta melindungi permukaan polimer dari aliran panas.

®Pembentukkan produk-produk dan asap penguraian yang beracun merupakan hal terpenting dalam mempertimbangkan daya nyala.

ARIGATO