BAB II DASAR TEORI
2.5 Polimer
Polimer adalah bahan yang mempunyai berat molekul besar hingga diatas 10.000. Berdasarkan ikatan atomnya disebut ikatan kovalen, ikatan hidrogen. Molekul polimer disusun dalam satu struktur rantai dengan gaya van der Waals. Sifat mekanik yang menonjol dari polimer adalah sifat viskoelastik, pemelaran (creep) dan relaksasi mudah terjadi, sifat-sifat pada pengujian tarik tergantung laju tarikan dan pertambahan panjang tidak selalu sebanding dengan beban, bersifat elastik dan kental.
Sifat umum Polimer :
a. Mampu cetak yang baik, pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan cara penyuntikan, penekanan (molding), ekstrusi dll.
b. Ringan, massa jenis polimer mempunyai massa jenis yang rendah (sekitar 1.0 – 1.7 kg/dm3
), untuk jenis polietilen dan polipropilen bentuk amorfnya mempunyai massa jenis 0.9 – 1.0 kg/dm3.
c. Kekuatan tariknya rendah, Nilon 66 : 65 – 84 Mpa, PVC : 35 – 63 Mpa, Polietilen : 7 – 84 Mpa.
19
e. Pada umumnya tahan air dan zat kimia tertentu. f. Murah.
g. Kurang tahan terhadap panas ( 60 – 180o
C ). h. Kekuatan Impak lebih rendah dari pada logam. i. Mudah termuati listrik secara elektrostatik.
2.5.1 Penggolongan Polimer
A.Penggolongan polimer berdasarkan asalnya
1. Polimer alam
Polimer alam adalah senyawa yang dihasilkan dari proses metabolisme mahluk hidup. Jumlahnya yang terbatas dan sifat polimer alam yang kurang stabil, mudah menyerap air, tidak stabil karena pemanasan dan sukar dibentuk menyebabkan penggunaanya amat terbatas. Contoh dari poimer alam yaitu : Amilum dalam beras, jagung, kentang, pati, selulosa dalam kayu, Protein terdapat dalam daging, Karet.
Sifat-sifat polimer alam :
1. cepat rusak 4. sifat hidrofilik (suka air) 2. tidak elastis 5. sukar dilebur dan sukar dicetak 3. tidak tahan terhadap minyak
Karena sifat-sifat polimer alam kurang menguntungkan sehingga sangat sukar mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan-tujuan yang lebih luas dalam kehidupan masyarakat sehari-hari.
20
2. Polimer sintetis
Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari bahan baku kimia. Contoh polimer sintetis seperti polyetena, polipropilena, polyvynil chlorida (PVC), dan nylon. Kebanyakan polimer ini sebagai plastik yang digunakan untuk berbagai keperluan baik untuk rumah tangga, industri, atau mainan anak-anak. Pengaplikasian polimer sintetis dalam kehidupan sehari-hari adalah nylon, poliester, kantong plastik dan botol, pita karet dan PVC.
B. Penggolongan polimer berdasarkan sifatnya terhadap panas.
Berdasarkan sifatnya terhadap panas, polimer dapat dibedakan atas polimer
termoplastic, polmer elastomer, dan polimer termosting.
1. Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastik yang tidak tahan terhadap panas, dapat
dilunakkan berulang kali (recycle). Thermoplastik meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari
thermoplastic yaitu polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren, polimetil
metakrilat (PPMA), dan polivinil klorida (PVC). Karakteristik Thermoplastic :
a. Tidak bereaksi. b. Reversible. c. Viskositas tinggi.
21
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 tentang grafik hubungan antara tegangan-regangan, menunjukkan bahwa tegangan pada sekitar 8000 psi dan regangan sebesar 30% adalah batas elastisitas polimer thermoplastic.
Gambar 2.10 Kurva tegangan-regangan polimer thermoplastic.
Pada Tabel 2.2 menunjukkan beberapa jenis polimer thermoplastic, sifat-sifat polimer serta kegunaan polimer tersebut.
Tabel 2.2 Jenis, sifat dan kegunaan polimer thermoplastic.
Jenis Sifat-sifat Kegunaan
Polietilen (PE)
- hasil polimerisasi gas etilen - kekuatan tarik : 7 - 38 Mpa - ketahanan panas : 80 - 120oC - isolasi listrik baik
- mampu olah dan cetak yang baik
Bahan isolasi radar, TV, alat komunikasi, alat dapur, tempat minyak tanah, film, pipa, isolator kabel listrik, kantung sampah
Polipropilen (PP)
-mampu olah dan cetak yang baik - kekuatan tarik : 33 - 42 Mpa - ketahanan panas : 100 - 120oC - isolasi listrik baik
Peralatan meja makan, keranjang, peralatan kamar mandi, mainan, peralatan listrik, tali dan pita pengepakan, tirai.
22
Lanjutan tabel 2.2
Polistiren - hasil polimerisasi benzen dan etilen, tak berwarna, transparan - tahan terhadap asam, alkali, klor,
asam organik, minyak bumi, alkohol
- kekuatan tarik : 45 – 63 Mpa - ketahanan panas : 70 - 80oC - isolasi listrik baik
- mampu olah dan cetak yang baik
Peralatan radio, TV, refrigerator, peralatan listrik, polistiren busa untuk isolasi panas dan bahan pengepakan.
Polimetil metakrilat (PMMA)
- Tembus cahaya tampak (93 %), lebih baik dari gelas biasa (91 %). - Tahan lama di udara luar
- Isolasi listrik baik - Mampu cetak
- Ketahanan panas : 75 – 85oC
Kacamata, lensa optik, bahan kontruksi lampu penerangan, perhiasan, tegel dinding, kaca pelindung sepeda motor dan pesawat terbang, panel meteran/ukur Polivinil
klorida (PVC)
- Tahan air, asam, alkali
- Tidak beracun dan tak menyala - Kekuatan tarik : 35 – 63 Mpa - Isolasi listrik yang baik - Tahan lama dan murah - Ketahanan panas : 60 – 80oC - Mampu cetak
Selang pipa, pipa lunak, kulit imitasi,
pipa/lembaran kaku, pelat gramopon, boneka, mainan, sarung tangan tahan air,
2. Thermoset
Thermosetting adalah bahan polimer yang dapat menerima suhu tinggi dan tidak berubah karena panas. Polimer thermosetting ini masih dibagi lagi menjadi polimer thermosetting untuk produk rumah tanggga ( phenolic, unsaturared
23
polyester, ureas) dan polimer thermosetting untuk industri teknik (silicones, polymides, urethanes, melamines, epoxides)
Karakteristik Resin Thermoset :
a. Tidak mengalami perubahan kimia saat curing. b. Proses Irreversible.
c. Viskositas curing lebih lama. d. Waktu curing lama.
Sifat-sifat umumnya : a. Isolasi listrik. b. Tahan panas.
c. Getas, regangan 0.1 – 6%.
d. Sukar larut dalam pelarut, tahan asam. e. Tak dapat dilelehkan oleh panas.
Pada Tabel 2.3 menunjukkan beberapa jenis polimer thermoset, sifat-sifat polimer serta kegunaan polimer tersebut.
Tabel 2.3 Jenis, sifat dan kegunaan polimer thermoset.
Jenis Sifat-sifat Kegunaan
Resin fenol - Kondensasi fenol & formaldehid /formalin
- Mampu bentuk dan cetak - kekuatan tarik : 49 - 56 Mpa - ketahanan panas : 120 - 150oC - isolasi listrik baik
- tahan asam
Komponen listrik, komponen alat komunikasi
24
Lanjutan tabel 2.3 Resin
melamin (PP)
- Kondensasi melamin dengan formalin - kekuatan tarik : 45 - 90 Mpa
- ketahanan panas : 110 - 160oC - isolasi listrik baik
- mengkilap dlm desain & warna - tahan air mendidih, abrasi, bakar,
pelarut
Peralatan makan, pelapis hiasan, komponen listrik, ketahanan terhadap busur listrik, perekat pada kayu lapis, pengerjaan kayu
Resin poliester
- kondensasi asam dibasa & alkohol dihidrat
- memakai katalis benzoil peroksida (BPO) untuk pengesetan termal, katalis metil etil keton peroksida (MEKPO) untuk pengesetan dingin
- ketahanan panas : 120 – 160oC - kekuatan tarik : 42 – 91 MPa - tahan segala cuaca dan asam - murah tetapi tidak sekuat epoksi - resin ini banyak dipakai dalam
fiber-reinforced plastics
Untuk kontruksi sebagai komposit ( dengan fiber glass)
Resin epoksi
- kondensasi dari bisfenol & epiklorhidrin
- kekuatan tarik : 21 – 91 Mpa - ketahanan panas : 90 - 130oC - isolasi listrik baik
- mampu olah dan cetak yang baik - harganya relatif mahal, dan penyusutan
relatif kecil setelah proses curing. - Resin ini banyak dipakai pada
komposit dengan penguat serat karbon.
Perekat, cat pelapis, pencetak coran, pembenam komponen listrik dan fiber
25
2. Elastomer
Polimer elastomer adalah polimer yang mempunyai gaya tarik menarik paling lemah. Benuk elastomer adalah amorf, dengan derajat elastisitas sangat tinggi. Suatu bahan yang kenyal seperti karet, bersifat lentur dan dapat dideformasi beberapa kali lebih panjang dan dapat dikembalkan ke bentuk semula. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11 tentang grafik hubungan antara tegangan-regangan, menunjukkan bahwa tegangan pada sekitar 3000 psi dan regangan sebesar 2,5 in adalah batas elastisitas suatu rantai.
Gambar 2.11 Kurva tegangan-regangan polimer elastomer.
Pada Tabel 2.4 menunjukkan beberapa jenis polimer elastomer, sifat-sifat polimer serta kegunaan polimer tersebut.
Tabel 2.4 Jenis, sifat dan kegunaan polimer elastomer.
Jenis Sifat-sifat Kegunaan
Karet alam (poliisopren)
- isolasi listrik baik
- mampu olah dan cetak yang baik - Massa jenis : 0.91 – 0.93 kg/dm3 - ketahanan panas : 90 - 130oC
Ebonit (30-40% belerang) untuk alat listrik, bola golf dan alas sepatu
26 Lanjutan tabel 2.4 Karet butadien (Polibutadien) - kopolimerisasi butadien - Massa jenis : 0.92 - ketahanan panas : 120 - 150oC - ketahanan minyak baik (lebih baik
dari karet alam)
- mampu olah dan cetak yang baik
Campuran butadien dengan stiren (SBR) untuk ban mobil, ban mesin, pengemas tahan panas (kabel). Campuran butadien dengan
akrilonitril (NBR) untuk ban, selang, sepatu.
C. Penggolongan polimer berdasarkan kegunaanya
1. Polimer komersial (commodity polymers)
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Contoh polimer komersial yaitu : Polietilena massa jenis rendah (LDPE), Polietilena massa jenis rendah (HDPE), Polipropilena (PP), dan Poli vinil klorida (PVC).
Tabel 2.5 Contoh dan kegunaan polimer komersial
No Polimer komersial Kegunaan atau manfaat
1 Polietilena massa jenis rendah(LDPE)
Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis 2 Polietilena massa jenis
rendah(HDPE)
Botol, drum, pipa, saluran, lembaran film, isolasi 3 Polipropilena (PP) Tali, anyaman, karpet, film
4 Poli vinil klorida (PVC) Pipa pralon, isolasi
2. Polimer teknik (engineering polymers)
Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang
27
transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa PVC), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi.
Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, polyester, PVC.
3. Polimer fungsional (functional polymers)
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil.
Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolymer.
2.5.2 PVC
PVC (Polivinil Klorida) adalah polimer termoplastik (tidak tahan panas). Terdiri dari gas chlorine dan ethylene. Polimer tersebut apabila dipanaskan akan meleleh (melunak), dan dapat dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang). PVC diproduksi dengan cara polimerisasi adisi yaitu polimer yang terbentuk melalui reaksi dari berbagai monomer yang dapat dilihat di gambar 2.12 .
Gambar 2.12 Polimerisasi adisi.
Kelebihan PVC: 1. Fleksibel.
2. Masa jenis rendah (ringan). 3. Titik leleh rendah.
28
4. Dapat dibentuk ulang (daur ulang). 5. Tahan terhadap bahan kimia. 6. Tahan terhadap korosi. 7. Tahan terhadap air. Kekurangan:
1. Tidak tahan terhadap panas.
2. Tidak tahan terhadap beban kejut (shock) dan crash (tabrak) dibandigkan dengan metal.
2.5.3 Penyusun PVC
1. Gas Clorine
Gas Clorine adalah unsur kimia murni memiliki bentuk fisik gas diatomik hijau dan bersifat reaktif. Sifat gas klorine yang reaktif ini digunakan dalam berbagai industri kimia, antara lain sebagai perantara dalam sintesis berbagai bahan kimia, termasuk PVC, pembersih rumah tangga dan pemutih kertas.
2. Ethylene
Ethylene adalah hidrokarbon dengan rumus C2H4 dan merupakan gas yang mudah terbakar. Beberapa contoh polimer yang menggunakan etilena seperti ethylene dichloride (EDC), vinil klorida (VCM), polyvinyl chloride (PVC).
29
