STRUKTUR, SIFAT DAN KLASIFIKASI POLIMER
H. Struktur Polimer
I. Sifat-sifat Polimer
Berdasarkan sifat-sifatnya polimer dapat dibagi ke dalam tiga kelompok umum, yaitu elastomer, serat, dan plastik. Ciri elastomer adalah kemampuannya untuk diregang di bawah tekanan (direntangkan) dan dapat kembali pada bentuk awalnya bila tekanan dikurangi (elastis). Contoh elastomer antara lain ialah karet (alam maupun sintetis) dan silikon.
Sedangkan polimer yang mempunyai sifat gaya regang yang tinggi di sepanjang sumbunya disebut dengan serat. Serat merupakan polimer seperti benang yang dapat ditenun menjadi kain. Kapas, wool, dan sutera adalah contoh-contoh dari serat
alam. Beberapa serat sintetis seperti nilon, orlon, dan dacron, mempunyai sifat tambahan yang menguntungkan yaitu gaya regangnya bertambah; lebih ringan, penyerapan kelembaban rendah; tahan terhadap ngengat, jamur, kebusukan, dan cendawan; serta tidak keriput.
Plastik mempunyai sifat di antara elastomer dan serat, yang mempunyai bermacam-macam sifat pada suhu kamar. Contohnya ialah polistirena (PS) dan polipropilena (PP). Polistirena bersifat kaku dan getas, sedangkan polipropilena bersifat sangat keras, tahan benturan, tahan sobek, dan lentur dalam bentuk lembaran tipis.
Dari tiga kelompok tersebut polimer dapat digolongkan berdasarkan sifat kimia, fisika, mekanika, dan termal. Berikut ini penggolongan polimer berdasarkan sifat kimia, fisika, mekanika, dan termal.
1. Sifat Kimia
Sifat polimer sangat dipengaruhi oleh gaya tarik menarik antara rantai polimer. Akibat panjangnya rantai polimer, menyebabkan berlipatgandanya gaya tarik antar rantai bila dibanding dengan gaya tarik antar molekul biasa. Ikatan ion pada polimer atau ikatan hidrogen pada rantai yang sama disebabkan oleh perbedaan gugus sampingnya. Dengan semakin meningkatnya kekuatan gaya akan menyebabkan pula peningkatan kuat tarik, titik lebur dan tingkat kristalinitas.
Dipol dalam unit monomer mempengaruhi gaya intermolekuler pada polimer. Ikatan hidrogen antara rantai
39
yang berdekatan dapat dibentuk oleh polimer yang mengandung gugus amida atau karbonil. Dimana pada gugus N-H ini atom hidrogen yang memiliki muatan positif ditarik dengan kuat oleh atom oksigen yang memiliki muatan negatif pada gugus C=O, maka akan terjadi ikatan hidrogen yang kuat. Hal ini akan menyebabkan pula meningkatnya kuat tarik dan titik leburnya. Contohnya polimer yang memiliki uretan, dimana pada polyester ini ikatan dipole yang terjadi antara atom oksigen pada C=O dan atom hidrogen pada gugus C-H ikatan dipolnya tak sekuat pada ikatan hidrogen, sehingga titik lebur polyester lebih rendah, tetapi mempunyai fleksibilitas yang tinggi
2. Sifat Fisik
Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisik polimer diantaranya:
1. Panjang rata-rata rantai polimer
Dengan bertambah panjangnya rantai polimer, Kekuatan dan titik leleh akan naik.
2. Gaya antarmolekul
Polimer akan menjadi kuat dan sukar meleleh bila pada rantai polimernya gaya antar molekulnya besar.
3. Percabangan
Rantai polimer yang mempunyai cabang banyak daya tegang dan titik leburnya rendah.
4. Ikatan silang antar rantai polimer
Jaringan yang kaku dan keras pada polimer disebabkan oleh ikatan silang antar rantai polimer. Bila ikatan silang pada polimer bertambah banyak maka polimer akan bertambah kaku dan mudah patah.
5. Sifat kristalinitas rantai polimer
Polimer dengan struktur yang beraturan memiliki kristanilitas yang tinggi sehingga memiliki ketahanan dan kekuatan yang lebih baik terhadap pengaruh berbagai bahan kimia dan enzim. Sedangkan polimer yang strukturnya tak beraturan memiliki kristanilitas yang rendah sehingga rapuh atau sifatnya amorf.
3. Sifat Mekanik
Menurut Arifianto 2008, sifat mekanik polimer antara lain sebagai berikut :
1. Strength/kekuatan adalah sifat mekanik yang dimiliki polimer. Macam kekuatan polimer, antara lain:
1) Tensile Strength/Kekuatan Tarik. Kekuatan tarik ialah tegangan yang diperlukan guna memutuskan suatu contoh benda. Ini sangat diperlukan untuk mengetahui kemampuan polimer yang ditarik, misalnya : fiber kekutan tariknya baik
2) Compressive strength/Ketahanan terhadap Tekanan. Ketahanan terhadap tekanan ialah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban tekanan yang berat. Misalnya, beton kekuatan tekannya bagus
3) Flexural strength/Ketahanan pada bending adalah ketahanan saat bahan tersebut dibengkokkan. Jika Polimer kuat saat dibengkokkan maka polimer dikatakan mempunyai flexural strength
4) Impact strength ialah kekuatan polimer terhadap suatu reaksi yang datang tiba-tiba. Misalnya suatu polimer tetap kuat meskipun tiba-tiba dipukul dengan keras.
41
2. Elongation
Salah satu bentuk deformasi adalah elongation. Deformasi adalah berubahnya ukuran ketika suatu bahan diberi gaya. Elongasi biasanya dinyatakan dengan persentase dimana persentase elongasi adalah panjang polimer setelah diberi gaya (L) dibagi panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kalikan 100.
3. Modulus
Modulus diukur dengan cara tegangan dibagi elongasi. Satuan modulus = satuan kekuatan (N/cm2).
4. Toughness/Ketangguhan
Ketangguhan adalah seberapa besar energi yang mampu diserap suatu bahan sebelum patah.
4. Sifat Termal Polimer
Bahan polimer mempunyai sifat khas yaitu sangat mudah berubah dengan adanya perubahan temperatur. Bila terjadi perubahan temperatur maka akan terjadi pergerakan molekul, pergerakan molekul ini membuat struktur bahan polimer berubah (terutama yang dimensinya besar). Dengan semakin meningkatnya suhu menyebabkan oksigen dan air bersama memicu reaksi kimia pada molekul, maka akan terjadi depolimerisasi, oksidasi dan hidrolisa
Sifat termal polimer menurut Arifianto. 2008, adalah: i. Koefisien pemuaian termal
Koefisien pemuaian panjang pada film dan serat acap kali menyusut karena panas, bila temperatur meningkat maka pergerakan termal molekul akan mengubah cara pengumpulan molekul.
ii. Panas jenis
Panas jenis ialah panas yang dipakai untuk pergerakan termal molekul pada strukturnya. Panas jenis bahan polimer bila dibanding dengan logam dan keramik masih lebih besar yaitu antara 0,25 - 0,55 cal/g/oC.
iii. Koefisien hantaran termal
Ialah nilai penting suatu bahan polimer berkaitan dengan panas pada proses cetak dan pemakaian produk serta mekanisme hantaran panas yang berasal dari propagasi panas akibat gerakan molekul.
iv. Titik tahan panas, terjadi bila suhu bahan polimer meningkat dan menyebabkan molekul bergerak aktif menuju titik transisi. Hal ini mengakibatkan lebih rendahnya modulus elastik dan kekerasannya, lebih kecilnya tegangan patahnya dan lebih besarnya perpanjangannya.
Sifat termal dapat dicontohkan dari polimer plastik, dimana plastik memiliki sifat unggul yaitu bisa dilunakan dan dikeraskan kembali secara berulang-ulang. Sifat ini disebut sifat termoplastik. Ada beberapa plastik yang mempunyai sifat khas, yaitu pada pelarut yang sesuai lebih mudah larut, menjadi lunak pada suhu tinggi, namun akan kembali keras bila didinginkan dan punya struktur molekul linier atau bercabang dimana antar rantai tidak ada ikatan silangnya. Bahan yang memiliki sifat termoplastik pengolahannya sangat mudah, hanya dengan pemanasan bahan tersebut dapat diubah menjadi berbagai bentuk sesuai yang diingingkan dan dibutuhkan, misalnya polietilen (PE) dan polivinilklorida (PVC).
43
dipanaskan, punya ketahanan yang tinggi terhadap asam dan basa, bila dipanaskan rusak dan tak bisa kembali seperti sediakala dan struktur molekulnya memiliki ikatan silang antar rantai. Polimer jenis ini bersifat tetap dimana bahan ini hanya bisa dibentuk seperti keadaan semula/pertama kali bahan ini dicetak yang disebut polimer termosetting. Plastik termosetting sifatnya keras sebab bahan ini memiliki ikatan-ikatan silang, dan akan semakin keras lagi saat proses pamanasan sebab dalam kondisi panas ikatan-ikatan silang ini lebih mudah dibentuk. Polimer jenis ini banyak dipakai untuk peralatan rumah tangga karena tahan terhadap panas dan awet. Misalnya polimer poli (melanin formaldehida), poli (urea formaldehida) dan bakelit.