Metode Sintesis Polimer

Oleh Horison Ningsih Tamzil, 0906556931

Polimerisasi merupakan suatu jenis reaksi kimia dimana monomer-monomer bereaksi untuk

membentuk rantai yang besar. Pada dasarnya ada 2 sistem yang digunakan untuk memproduksi

polimer, yaitu sistem homogen dan heterogen. Sistem homogen dapat dilaksanakan melalui

polimerisasi massa (bulk) dan larutan, sedangkan sistem heterogen dilaksanakan melalui polimerisasi

emulsi dan suspensi.

Polimerisasi Massa (Bulk Polymerization)

Cara langsung dan paling sederhana untuk mengubah monomer menjadi polimer adalah

polimerisasi massa. Biasanya umpan untuk proses ini terdiri dari monomer, sejenis inisiator yang

dapat larut dalam monomer, dan suatu agen pemindah raintai (chain-transfer agent). Teknik ini pada

umumnya digunakan untuk memperoleh benda-benda dengan bentuk yang diinginkan dengan

melaksanakan polimerisasi langsung dalam cetakan. Polimerisasi ini digunakan secara luas untuk

memproduksi resin-resin thermosetting, yang dilaksanakan sampai suatu tingkat konversei mendekati

gel point dalam reaktor. Ada dua kemungkinan yang ada pada tipe polimerisasi ini, yaitu (1) Jika

polimer tidak larut dalam monomer, maka tahap inisiasi, propagasi, dan terminasi mungkin terjadi

pada fasa monomer. Contoh: polistirena; (2) Jika polimer larut dalam monomer, maka konsentrasi

monomer akan terus berkurang secara konstan dan viskositas berubah. Contoh: vinylidine chloride.

Sebagian besar polimerisasi massa dilakukan secara homogen. Namun, jika polimer yang

dihasilkan tidak larut dalam monomernya dan mengendapa saat reaksi berlangsung, proses tersebut

terkadang disebut sebagai polimerisasi massa heterogen (heterogeneous bulk) atau polimerisasi

pengendapan. Contoh: PVC, diproduski secara komersial dengna polimerisasi massa heterogen, yang

memungkinkan pengontrolan ukuran partikel dan porositas untuk absorpsi plasticizer.

Keunggulan polimerisasi massa:

1. Karena hanya melibatkan monomer, inisiator, dan (mungkin) bahan pemindah rantai (chain-

transfer agents), maka polimer semurni mungkin dapat dihasilkan. Hal ini penting dalam aplikasi

di bidang listrik dan optik.

2. Menghasilkan hasil (yield) per volume reaktor paling besar

3. Recovery polimer mudah

4. Menyediakan pilihan / variasi penuangan campuran polimer menjadi bentuk akhir produk

Kekurangan polimerisasi massa antara lain:

1. Sulit menghilangkan sisa monomer yang tidak bereaksi. Hal ini akan menjadi sangat penting bila

polimer yang dihasilkan berasal dari monomer yang bersifat racun. Contohnya pada plastik yang

menjadi wadah makanan (food packaging), hal ini perlu diperhatikan.

2. Untuk dapat dikendalikan, proses polimerisasi ini harus dilakukan perlahan-lahan, dimana secara

ekonomis hal ini jelas tidak menguntungkan

3. Polimerisasi massa memiliki bahaya sendiri, contohnya disipasi panas. Diketahui bahwa

konduktivitas termal monomer dan polimer rendah, dan seiring bertambahnya viskositas, maka

kemampuan transfer panas secara konveksi menurun drastis. Jika energi panas tersebut tidak

dapat didisipasikan, temperatur naik, dan pada suhu tinggi reaksi berjalan lebih cepat. Jadi ini

adalah loop umpan balik positif dengan konsekuensi bencana.

Polimerisasi Larutan (Solution Polymerization)

Penambahan pelarut inert pada polimerisasi massa dapat mengurangi berbagai persoalan yang

timbul dalam proses tersebut. Hal itu dapat mengurangi kecenderungan autoacceleration pada

terbentuknya radikal bebas. Keuntungan utama dari pengenceran inert (air, pelarut organik) adalah

untuk mengambil panas dari reaksi polimerisasi tersebut. Jadi, bahaya akibat reaksi yang berlebihan

dapat dihindari. Ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi pada polimerisasi larutan, yakni: (1) monomer

dan polimer larut dalam diluent. Contoh: polistirena dalam toluena; (2) monomer laru dalam diluent,

tapi polimer tidak larut. Contoh: acrylonitrile dalam kloroform.

Keuntungan menggunakan teknik polimerisasi ini adalah:

1. Pengendalian panas lebih baik dibanding dengan polimerisasi massa

2. Perancangan sistem reaktor lebih mudah karena reaksi-reaksi yang terjadi mengikuti teori kinetis

3. Pada beberapa aplikasi tertentu, larutan polimer yang diinginkan dapat diperoleh secara langsung

dari reaksi

Disamping itu, teknik ini masih mempunyai beberapa kekurangan yaitu:

1. Pelarut yang mahal, mudah terbakar, dan mungkin beracun; dibutuhkan dalam jumlah besar

2. Pemisahan polimer dan recovery pelarut (pemisahan sisa pelarut dan monomer sulit dilakukan)

memerlukan teknologi ekstra yang memakan biaya, seperti distilasi.

3. Penggunaan pelarut inert mengurangi yield per volume

4. Penggunaan pelarut akan menurunkan laju reaksi dan panjang rata-rata rantai karena kedua faktor

tersebut sebanding dengan konsentrasi monomer dalam adisi radikal bebas. penurunan X n

(average degree of polymerization) juga akan terjadi, bila pelarut yang digunakan bertindak

sebagai chain-transfer agent.

Polimerisasi ionik hampir pasti merupakan solution process. Mayoritas polimerisasi Ziegler-

Natta juga berupa solution process. Polimer-polimer penting yang larut dalam air antara lain adalah

polyacylic acid, polyacylamide, dan polyvinyl alcohol. Sedangkan, yang dapat dipolimerisasi dalam

pelarut organik antara lain polistirena, polymethylacrylate, dan PVC.

Polimerisasi Emulsi (Emulsion Polymerization)

Polimer emulsi adalah padatan dengan berat molekul tinggi, yang terdispersi dalam media

cair yang bukan pelarut (umumnya air). Polimerisasi emulsi adalah products by process, yang artinya

produk polimer yang dihasilkan dipengaruhi oleh proses polimerisasinya. Pada umumnya, sistem

polimerisasi emulsi terdiri dari monomer yang hanya sedikit larut dalam air / tidak larut sama sekali,

dispersing medium, emulsifier kimiawi, initiator yang larut dalam air, chain-transfer agent, dan

surfaktan seperti garam natrium. Pada sistem ini, monomer terdispersi dalam fasa aqueous

membentuk emulsi seragam (tidak membentuk discrete droplets). Emulsi ini terstabilkan oleh

permukaan aktif suatu substrat, protective colloids, dan larutan penyangga tertentu. Penggunaan

surfaktan bertujuan untuk menurunkan tegangan permukaan antara interphase monomer-air dan

memfasilitasi terjadinya emulsifikasi monomer dalam air.

Karena kelarutannya yang rendah, surfaktan terlarut sempurna / terdispersi secara molekular

hanya pada konsentrasi yang rendah. Kelebihan jumlah surfaktan akan membentuk aggregat / micelles

dan kesetimbangan terbentuk antara molekul surfaktan yang larut dan yang menjadi aggregat.

Konsentrasi tertinggi saat semua molekul terdispersi atau saat konsentrasi dimana miceller dapat

terbentuk; disebut dengan critical micelle concentration (CMC). Molekul emulsifier terdiri atas 2

bagian yaitu: (1) rantai panjang hidro karbon yang non-polar; (2) adanya gugus polar seperti –

COONa, -SO3, dan lainnya.

Gambar 1. Skema Representasi Proses Polimerisasi Emulsi

Sumber: Ahluwalia, 2008

Dalam pembentukan misel, bagian polar dari molekul emulsifier aggregat bergerak ke arah

luar memisahkan dirim sedangkan bagian non-polar dari hidrokarbon berdekatan satu sama lain ke

bagian interior, sehingga bagian dalam dari misel tersebut bersifat seperti hidrokarbon dimana

monomer tersebut dapat larut; ketika monomer tersebut ditambahkan / diendapkan terjadi

emulsifikasi. Bagian monomer masuk ke dalam misel, tetapi lebih banyak dijumpai dalam bentuk

tetesan dengan ukuran diameter 1μm atau lebih.

Gambar 2. Representasi Micelle

Sumber: Ahluwalia, 2008

Jika inisiator larut dalam air dan monomer tidak larut, maka tidak ada polimerisasi terjadi

dalam droplet. Namun, di bagiah tengah misel ada kondisi yang memungkinkan polimerisasi terjadi

karena ujung hidrofilik inisiator yang larut dan polimerisasi terjadi pada permukaan dan meneruskan

invert ketika monomer dalam misel terpakai. Maka, semakin banyak monomer yang berdisfusi ke

dalam misel dari droplet monomer yang ada pada fasa aqueous. Jadi dapat dikatakan, misel ini

tumbuh dengan adanya adisi monomer dari fase aqueous dan dari droplets monomer. Rantai ini akan

terus bertambah sampai ada spesi radikal lainnya masuk dan menahan pertumbuhan.

Pada konsentrasi misel tertentu, terjadi kenaikan tegangan permukaan secara signifikan.

Gambar 3. Kurva Konsentrasi Misel vs Tegangan Permukaan

Sumber: Ahluwalia, 2008

Semakin banyak polimer yang terbentuk, rantai polimer menggumpal menjadi fine paricles dan

partikel tersebut terstabilkan oleh lapisan emulsifier dan terdispersi secara merata pada fasa aqueous.

Proudk akhir proses ini biasanya berupa emulsi lateks dalam air.

Keunggulan dari teknik polimerisasi emulsi adalah:

1. Pengendalian mudah, viskositas massa reaksi jauh lebih kecil dibanding larutan sesungguhnya

dengan konsentrasi yang sebanding, air bertindah sebagai heat capacity dan massa reaksi dapat

direfluks

2. Memungkinkan untuk memperoleh laju polimerisasi yang tinggi dan panjang rata-rata rantai yang

tinggi dengan menggunakan konsentrasi sabun yang tinggi dan inisiator yang rendah

3. Produk lateks sering dapat langsung digunakan, juga dapat menjadi bahan pembantu untuk

mendapatkan senyawa-senyawa yang seragam melalui master-hatching

4. Ukuran partikel lateks yang kecil akan menurunkan jumlah residu monomer

Meski demikian, teknik ini masih mempunyai beberapa kekurangan antara lain:

1. Sulit untuk memperoleh polimer murni. Permukaan partikel-partikel kecil yang sangat luas

memberikan cukup rongga bagi zat pengotor

2. Diperlukan teknologi untuk mengambil polimer padat

3. Air dalam reaksi massa menurunkan yield per volume reaktor

Terkadang orang suka keliru / sulit membedakan antara polimerisasi emulsi dengan

polimerisasi, untuk memudahkan dapat dilihat tabel berikut:

Tabel 1. Perbedaan antara Polimerisasi Emulsi dan Suspensi

Sumber: Ahluwalia, 2008

Emulsi Suspensi

Inisiator harus larut dalam air, monomer tidak

larutInisiator larut dalam monomer

Monomer hanya boleh sedikit terlarut dalam air

atau tidak larut sama sekaliMonomer larut dalam air

Referensi

Ahluwalia, V.K. dan Anuradha Mishra. 2008. Polymer Science A Textbook. CRC Press: India

Billmeyer, Fred. W. 1984. Textbook of Polymer Science. John Wiley & Sons, Inc: Singapore

Siswarni M.Z. dan Indra Surya. 2006. Teknik Polimerisasi. Jurnal Teknologi Proses 5(1): 31-33