TINJAUAN UMUMPerkembangan Material

Abad PurbakalaZaman Batu (Keramik)

Abad PertengahanZaman Besi, Perunggu (Logam)

Abad ModernZaman Plastik (Polimer)

Abad selanjutnyaComposite Material (Polymer Matrix Composites, PMCs)

DEFINISIPolimer : Poli banyak, mer(os) bagian Polimer : suatu senyawa yang terbentuk dari susunan unit ulang yang kecil dan sederhana. Unit ulang tersebut disebut monomer. Polimer : makromolekul dengan massa molekul > 104 yang tersusun dari ulangan monomer.

PENAMAAN POLIMERReaksi pembentukan polimer disebut reaksi polimerisasimonomer polimer

Tatanama yang sudah populer adalah yang berdasarkan monomernya. Tatanama IUPAC tidak digunakan secara luas. Beberapa struktur polimer sedemikian rumit (adanya percabangan, crosslinking, dsb), sehingga menemui kesulitan di dalam menamai secara sistematis.

PENAMAAN POLIMER (CONTD)Poliadisi etena/etilena polietilen/PE

propena/propilena polipropilena/PP

kloroetena/vinilklorida poli(vinilklorida)/ PVC

feniletena/stirena polistirena/PS

tetrafluoroetena poli(tetrafluoroetena)/PTFE

metil metakrilat poli(metilmetakrilat)/PMMA

POLIKONDENSASI

asam tereftalat + etilenglikol poli(etilentereftalat)/PET suatu poliester

kaprolakton poli(kaprolakton)/PCL suatu poliester yang biodegradable

asam adipat + heksametilendiamin poli(heksametilenadipatamida) suatu poliamida kaprolaktam poli(kaprolaktam)

diisosianat + diol poliuretan/PU

DERAJAT POLIMERISASI (DP)Derajat Polimerisasi (DP) (dalam rumus polimer dilambangkan dengan huruf n), adalah jumlah pengulangan monomer. Bila n = 1 monomer; n = 2 20 oligomer; n > 20 polimer. Nila DP sangat berpengaruh pada sifat mekanik polimer, bila DP bertambah (BM bertambah) maka akan meningkatkan kekuatan mekanik dari polimer, tetapi setelah DP tertentu (BM tertentu) sifat mekanik tidak banyak berubah.

KLASIFIKASI POLIMERBerdasarkan sumberPOLIMER ALAM: Langsung disediakan oleh Alam Tumbuhan: selulosa, karet alam, kapas. Hewan: sutra, wool, protein. Mineral: Asbes

POLIMER SINTETIK

Poliadisi: PE, PP, PVC, PS, PMMA, dll. Polikondensasi: Nylon, PET, Tetoron, dll. Polimer sintetik yang pertama kali ditemukan adalah BAKELIT (suatu resin fenolik) pada tahun 1908 oleh LEO HENDRIK BAEKELAND.

POLIMER SEMISINTETIK: Polimer alam yang dimodifikasi, misalnya nitroselulosa, selulosa asetat, dll.

Cellulose nitrate (acetate): esterification of hydroxyl group on cellulose with nitric acid (or acetic acid).H O H H HO O H H OH CH2OH

MICROBIAL POLYMERS/BIOPOLYMERS:Polimer yang dihasilkan dari proses metabolisme mikroorganisme: PHA, PLA, dll

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan Struktur RantaiPOLIMER RANTAI LURUS (LINEAR) POLIMER BERCABANG (BRANCHED) POLIMER BERIKATAN SILANG (CROSSLINKED)

EFEK DARI STRUKTURBERAT MOLEKUL (BM): LINEAR & BRANCHED < CROSSLINKED SIFAT TERMAL: LINEAR & BRANCHED: TERMOPLASTIS CROSSLINKED: TERMOSET KELARUTAN: CROSSLINKED < LINEAR < BRANCHED SIFAT MEKANIK CROSSLINKED > LINEAR > BRANCHED

Untuk memutuskan ikatan silang diperlukan energi tambahan, sehingga mempunyai kekutan mekanik tinggi. Pada polimer linear ikatan antar molekul lebih kuat daripada polimer bercabang.

PROSES PELARUTANProses pelarutan polimer meliputi 2 tahap (Suatu proses yang lambat) 1. Pelarut merembes secara perlahan ke dalam polimer untuk menghasilkan suatu gel yang menggembung (swelling) 2. Gel berangsur-angsur pecah membentuk larutan. Proses tahap (2) dapat dipercepat dengan pengadukan.Pada polimer berikatan silang (melalui ikatan kovalen atau ikatan hidrogen yang kuat) atau mempunyai kristalinitas yang tinggi, hanya penggembungan yang terjadi. Pada polimer linear, molekul-molekul polimer akan tersusun berlapis secara teratur sehingga mempunyai derajat kristalinitas tinggi. Pada polimer bercabang, molekul-molekul polimer terletak berjauhan, yang menyebabkan derajat kristalinitasnya rendah sehingga molekul pelarut akan lebih mudah mengelilingi molekul polimer dan terjadilah pelarutan.

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan Geometri TERDAPAT 2 JENIS1. KONFIGURASI: Perubahan struktur disertai dengan pemutusan ikatanbentuk cis trans bentuk H T (head to tail) Taktisitas (isotaktik, sindiotaktik, ataktik)

2.

KONFORMASI: Perubahan struktur berubah karena perputaran dalam molekul tunggalEclipsed (cis) staggered (trans)

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan KristalinitasPOLIMER KRISTALIN: Rantainya tersusun secara teratur satu terhadap yang lain. POLIMER AMORF: Rantainya tersusun secara acak satu terhadap yang lain. POLIMER SEMIKRISTALIN: Mempunyai fasa kristalin dan amorf bersama-sama.

Struktur linear: umumnya kristalin Struktur branched: umumnya amorf Tapi sebagian besar polimer berfasa semikristalin.

CARA PENENTUAN KRISTALINITAS dengan melalui XRDKRISTALIN: Pola Difraksinya teratur (tajam) AMORF: Pola Difraksinya tidak jelas (baur)

% fasa kristalin derajat kristalini tas % kristalin % fasa amorf

luas (A) kristalin % kristalin x 100% A kristalin A amorfKekuatan Mekanik: kristalin > amorf Elastisitas: kristalin < amorf

Perlakuan Orientasi: bertujuan menaikkan kristalinitas

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan Sifat TermalPOLIMER TERMOPLASTIS

Pada pemanasan sampai suhu tertentu dapat melunak dan meleleh. Dapat didaur ulang, proses pembuatan mudah, tidak merusak instrumen. Digunakan di bawah suhu pencetakan (suhu leleh) Tidak dapat meleleh, malah dapat membentuk ikatan silang bila dipanaskan. Dapat digunakan di atas suhu pencetakannya. Sulit didaur ulang, dapat merusak instrumen.

POLIMER TERMOSET

PARAMETER TERMAL YANG BERHUBUNGAN DENGAN SIFAT POLIMERTITIK (SUHU) TRANSISI GELAS (Tg)

Suhu dimana polimer yang bersifat seperti gelas berubah menjadi bersifat karet (elastis). Suhu transisi gelas berkaitan dengan fasa amorf.

TITIK (SUHU) LELEH (Tm)

Suhu dimana terjadi perubahan fasa padat menjadi cair. Suhu leleh berkaitan dengan fasa kristalin.

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan Komposisi(jenis monomer yang menyusunnya)

HOMOPOLIMER

Dibentuk dari satu jenis unit ulang (monomer) Polikondensasi termasuk homopolimerDibentuk dari lebih satu jenis unit ulang (monomer) Jenis Kopolimer KOPOLIMER BLOK (BLOCK COPOLYMERS) KOPOLIMER BERGANTIAN (ALTERNATING COPOLYMERS) KOPOLIMER CANGKOK/TEMPEL (GRAFTING COPOLIMERS) KOPOLIMER ACAK (RANDOM COPOLYMERS)

KOPOLIMER

KLASIFIKASI POLIMER (contd)Berdasarkan PenggunaanELASTOMER

Bila ditegangkan dapat mencapai perpanjangan sebesar 3 10 kali lipat. Bila tegangan dilepaskan, kembali ke bentuk semula (sifat elastis besar). Bahan yang dapat digunakan sebagai elastomer adalah yang berfasa amorf. Struktur rantai 3D, tetapi derajat ikatan silang tidak boleh terlalu besar, karena akan meningkatkan kekakuan. Pada penggunaannya, temperatur penggunaan harus di atas titik transisi gelasnya, Tg < Tuse

SERAT

Kekuatan tarik dan Modulus Young (Modulus Elastisitas) yang tinggi. Mempunyai derajat kristalinitas yang tinggi. Perbandingan diameter dengan panjang lebih besar dari 100

PLASTIK

Sifat diantara elastomer dan serat.

Elastomer Poliisiprena poliisobutilen

PS, PU, PVC Poliamida PoliesterSerat poliakrilonitril

Plastik PE, PP, PTFE, PMMA