POLIMER KIMIA DASAR

Dalam suatu pembuatan pabrik kimia bukan hanya dari teknik sipil saja yang berperan dalam pembuatan pabrik, namun disini dari bidang-bidang yang lainya ikut berperan penting diantarnya:
1. Listrik
2. Mesin
3. Arsitektur
4. Plumbing (bagian pipa)

A. Pengertian Polimer
Polimer adalah suatu makromolekul yang terbentuk dari makromolekul sederhana yang disebut sebagai monomer.

(Beberapa contoh monomer dari kiri ke kanan: vinil klorida, propena, tetra-fluoroetilena, dan stirena)


“Monomer akrilonitril membentuk polimer poliakrilonitril (PAN), yang dikenall dengan nama orlon, dan digunakan sebagai karpet dan pakaian “rajutan”. Ikatan rangkap pada karbon dalam monomer berubah menjadi ikatan tunggal, dan berikatan dengan atom karbon lain membentuk polimer.”

Polimer digolongkan menjadi dua macam, yaitu polimer alam (seperti pati, selulosa, dan sutra) dan polimer sintetik (seperti polimer vinil). Plastik yang kita kenal sehari-hari sering dipertukarkan dengan polimer sintetik. Ini dikarenakan sifat plastik yang mudah dibentuk (bahasa latin; plasticus = mudah dibentuk) dikaitkan dengan polimer sintetik yang dapat dilelehkan dan diubah menjadi bermacam-macam bentuk. Padahal sebenarnya plastik mempunyai arti yang lebih sempit. Plastik termasuk bagian polimer termoplastik, yaitu polimer yang akan melunak apabila dipanaskan dan dapat dibentuk sesuai pola yang kita inginkan. Setelah dingin polimer ini akan mempertahankan bentuknya yang baru. Proses ini dapat diulang dan dapat diubah menjadi bentuk yang lain. Golongan polimer sintetik lain adalah polimer termoset (materi yang dapat dilebur pada tahap tertentu dalam pembuatannya tetapi menjadi keras selamanya, tidak melunak dan tidak dapat dicetak ulang). Contoh polimer ini adalah bakelit yang banyak dipakai untuk peralatan radio, toilet, dan lain-lain.

Gambar 1. Struktur bakelit
Perkembangan Polimer Sintetik
Penemuan dan pengembangan polimer sintetik didasari pada adanya beberapa keterbatasan yang ditemukan manusia pada pemanfaatan polimer alam. Sebagai contoh, polimer alam seperti karet alam memiliki beberapa keterbatasan seperti berbau, lunak dan lengket jika suhu udara terlalu panas, keras dan rapuh jika suhu udara terlalu dingin, berbau, dan sering melekat pada saat pengolahannya. Selain itu ketersediaan yang terbatas di alam menjadi faktor pembatas pemanfaatannya. Indonesia sendiri bersama Malaysia menjadi negara pemasok kebutuhan karet terbesar di dunia.
Karena beberapa keterbatasan tersebut, manusia mengganti penggunaan karet alam dengan polimer sintetik seperti poliisoprena (polimer dari isoprena; 2-metil-1,3-butadiena), suatu zat yang memiliki sifat seperti karet alam namun bahan ini tidak dipanen dari kebun karet. Selain itu masih ada contoh karet sintetik yang dewasa ini banyak dimanfaatkan seperti neoprena (polimer dari kloroprena) yang digunakan untuk insulator kawat dan kabel, butadiena stirena (kopolimer dari 1,3-butadiena (75%) dan sirena (25%)) yang banyak digunakan oleh industri ban kendaraan bermotor.
nCH2 = CHC6H5 + 3nCH2 = CH – CH = CH2
radikal bebas inisiator

Gambar 2. Reaksi pembentukkan SBR
Contoh lain dari polimer alam yang mulai diganti penggunaannya adalah serat untuk keperluan tekstil. Serat seperti kapas, wol, dan sutera meskipun sampai sekarang masih digunakan sebagai bahan baku dalam industri tekstil, tetapi karena keterbatasan ketersediaan dan memiliki kelemahan dalam hal ketahanan terhadap regangan dan kerutan serta serangan ngengat (sejenis serangga), mulai digantikan oleh polimer sintetik seperti poliakrilonitril (Orlon, Acrilan, Creslan), poliester (dacron), dan poliamida (nylon). Selain itu untuk lebih memuaskan selera, manusia juga telah mengembangkan polimer sintetik untuk industri tekstil yang terbuat dari bahan yang tahan api seperti tris [tris (2,3-dibromopropil)] fosfat.

Gambar 3. Struktur nilon
Polimer sintetik lain yang perkembangannya sangat pesat adalah plastik. Kemudahan dan keistimewaan plastik sedikit banyak telah dapat menggantikan bahan-bahan seperti logam dan kayu dalam membantu kehidupan manusia.
Sejak ditemukan oleh seorang peneliti dari Amerika Serikat pada tahun 1968 yang bernama John Wesley Hyatt, plastik menjadi primadona bagi dunia industri. Produksinya di seluruh negara lebih dari 100 juta ton per tahunnya.
Contoh plastik yang banyak digunakan dalam kehidupan kita adalah polietilena (bahan pembungkus, kantong plastik, mainan anak, botol), teflon (pengganti logam, pelapis alat-alat masak), polivinilklorida (untuk pipa, alat rumah tangga, cat, piringan hitam), polistirena (bahan insulator listrik, pembungkus makanan, styrofoam, mainan anak), dan lain-lain.

Gambar 3. Beberapa contoh struktur polimer plastik

B. Cara Pembuatan Polimer
Polimerisasi merupakan suatu jenis reaksi kimia dimana monomer-monomer bereaksi untuk membentuk rantai yang besar.
Dua jenis utama dari reaksi polimerisasi adalah polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Jenis reaksi yang monomernya mengalami perubahan reaksi tergantung pada strukturnya. Suatu polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya, sedangkan polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit karena terbentuknya produk sampingan selama berlangsungnya proses polimerisasi.
B.1. Polimer Adisi
Reaksi adisi adalah sebuah reaksi dimana dua atau lebih molekul bergabung membentuk satu produk tunggal. Selama polimerisasi etena, ada ribuan molekul etena yang bergabung bersama membentuk poli(etena) – umumnya disebut politena. Reaksi pembentukan teflon dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen, disebut reaksi adisi. Perhatikan Gambar 1 yang menunjukkan bahwa monomer etilena mengandung ikatan rangkap dua, sedangkan di dalam polietilena tidak terdapat ikatan rangkap dua.

Gambar 1. Monomer etilena mengalami reaksi adisi membentuk polietilena yang digunakan sebagai tas plastik, pembungkus makanan, dan botol. Pasangan elektron ekstra dari ikatan rangkap dua pada tiap monomer etilena digunakan untuk membentuk suatu ikatan baru menjadi monomer yang lain
Menurut jenis reaksi adisi ini, monomer-monomer yang mengandung ikatan rangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain, membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi adisi mengandung semua atom dari monomer awal. Berdasarkan Gambar 1, yang dimaksud polimerisasi adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomer­monomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi ini tidak disertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H2O atau NH3. Contoh lain dari polimer adisi diilustrasikan pada Gambar 2. Suatu film plastik yang tipis terbuat dari monomer etilen dan permen karet dapat dibentuk dari monomer vinil asetat.

(Polietilen dan polivinil asetat adalah contoh polimer yang dibuat melalui polimerisasi adisi.)


Dalam reaksi polimerisasi adisi, umumnya melibatkan reaksi rantai. Mekanisme polimerisasi adisi dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu:

Sebagai contoh mekanisme polimerisasi adisi dari pembentukan polietilena
Inisiasi, untuk tahap pertama ini dimulai dari penguraian inisiator dan adisi molekul monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Bila kita nyatakan radikal bebas yang terbentuk dari inisiator sebagai R’, dan molekul monomer dinyatakan dengan CH2 = CH2, maka tahap inisiasi dapat digambarkan sebagai berikut:

Propagasi, dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer pada radikal monomer yang terbentuk dalam tahap inisiasi


Bila proses dilanjutkan, akan terbentuk molekul polimer yang besar, dimana ikatan rangkap C = C dalam monomer etilena akan berubah menjadi ikatan tunggal C – C pada polimer polietilena

Terminasi, dapat terjadi melalui reaksi antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal mula-mula yang terbentuk dari inisiator (R’) CH2 – CH2 + R ⇌ CH2 – CH2- R atau antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal polimer lainnya, sehingga akan membentuk polimer dengan berat molekul tinggi R-(CH2)n-CH2° + °CH2-(CH2)n-R’ ⇌ R-(CH2)n-CH2CH2-(CH2)n-R’ Beberapa contoh polimer yang terbentuk dari polimerisasi adisi dan reaksinya antara lain.
Polivinil klorida
n CH2 = CHCl → [ - CH2 - CHCl - CH2 - CHCl - ]n Vinil klorida polivinil klorida
Poliakrilonitril
n CH2 = CHCN → [ - CH2 - CHCN - ]n
Polistirena

B.2. Polimer Kondensasi
Polimer kondensasi terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai dengan terbentuknya molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl.
Di dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer bereaksi secara adisi untuk membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yang dibentuk akan bersamaan dengan dihasilkannya suatu molekul kecil – biasanya air – dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harus mempunyai dua gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung ke unit lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut reaksi kondensasi.
Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom hidrogen dari satu ujung monomer bergabung dengan gugus-OH dari ujung monomer yang lainnya untuk membentuk air. Reaksi kondensasi yang digunakan untuk membuat satu jenis nilon ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5.

Gambar 4. Kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu 1,6 – diaminoheksana dan asam adipat yang umum digunakan untuk membuat jenis nylon. Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon pada setiap unit monomer. Dalam gambar ini, ada enam atom karbon di setiap monomer, maka jenis nylon ini disebut nylon 66.

Gambar 5. Pembuatan Nylon 66 yang sangat mudah di laboratorium.
Contoh lain dari reaksi polimerisasi kondensasi adalah bakelit yang bersifat keras, dan dracon, yang digunakan sebagai serat pakaian dan karpet, pendukung pada tape – audio dan tape – video, dan kantong plastik.
Monomer yang dapat mengalami reaksi polimerisasi secara kondensasi adalah monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsi, seperti gugus -OH; -COOH; dan NH3.

C. JENIS-JENIS POLIMER
Berdasarkan Sumber-nya:
Alami : Polimer yang berasal dari alam, seperti pati, selulosa, protein, lipid, asam nukleat, dsb
Polimer Monomer Sumber/terdapatnya
Protein
Amilum
Selulosa
Asam Nukleat
Karet Alam Asam amino
Glukosa
Glukosa
Nukleotida
Isoprena Wol,sutera
Beras,gandum dll
Kayu
DNA,RNA
Getah pohon karet

Sintetik : Polimer yang dibuat dipabrik dan tidak terdapat dialam, polietilena, polivinil klorida, dsb
Polimer Monomer Sumber/terdapatnya
Polietilena
PVC
Polipropilena
Teflon Etena
Vinilklorida
Propena
Tetrafluoroetilena Plastik
Pelapis lantai,pipa
Tali plastik, karung plastik
Gasket, panci
Berdasarkan Cara Pembuatannya:
Polimer Adisi
Polimer Kondensasi
Berdasarkan Reaksi terhadap Kalor :
Polimer Termoplastik
Bila dipanaskan melunak dan dapat dibentuk dengan bantuan tekanan, polimer jenis ini dapat dibentuk ulang, contohnya adalah polietilena, PVC, polipropilena.
Polimer Termoset
Dapat dilebur dalam pembuatannya tapi menjadi keras selamanya tidak melunak dan tidak dapat dicetak ulang. Polimer jenis ini tidak dapat dibentuk ulang, contohnya adalah bakelit,yaitu plastik yang digunakan untuk peralatan listrik.

D. PENAMAAN POLIMER
Penamaan mengikuti aturan IUPAC (International Union of Pure Applied Chemistry) - lihat buku Organik Fessenden
Tuliskan kata poli di-ikuti rantai utama monomer-nya
Jika bercabang maka gunakan nomor dan posisi pada atom C utama dan tuliskanlah radikal atom yang terikat. Jika gugus cabang radikal alkil maka ditulis di depan rantai utama yang mengalami rearregement (dimodifikasi penataan ulang). Jika gugus cabang terbentuk melalui substitusi satu atau beberapa hidrogen dari etilena, maka ditulis dibelakang rantai utamanya
Penulisan pada polimerisasi adisi: kata poli dan di-ikuti nama rantai cabang utama di-ikuti radikal atom cabangnya pada akhir namanya.
poli