DUNIA POLIMER DAN PLASTIK

BAB 9 DUNIA POLIMER DAN PLASTIK

9.1 Polimer Polimer adalah molekul besar yang terdiri dari rantai panjang atau rantai atom

kovalen yang terikat bersama. Sebuah molekul polimer dapat berisi ribuan atom dan memiliki massa molar lebih dari satu juta gram. Mengingat ukuran mereka, polimer disebut sebagai makromolekul, yaitu molekul dengan massa molekul besar karena ukurannya yang besar.

Monomer (mono berarti "satu"; meros berarti "unit") adalah molekul kecil yang digunakan untuk mensintesis rantai polimer yang lebih besar. Setiap monomer analog dengan mata rantai dari suatu rantai. Polimer (poly berate "banyak") dapat dibentuk dari jenis monomer yang sama atau dari kombinasi monomer.

Gambar 9.1 Gambaran dari monomer (mata rantai tunggal) dan polimer (rantai panjang) yang terbuat dari satu jenis monomer.

Gambar 9.2 Kayu Oak dan rumput memiliki polimer alam yang sama, selulosa dengan monomer glukosa.

Gambar 9.3 (a) Botol yang terbuat dari polietilena. (b) Tanda yang dipasang pada mobil tangki kereta api yang mengangkut cair etilena. Angka 1038 mengidentifikasi

etilena, berlian merah menunjukkan sangat mudah terbakar, dan 2 menunjukkan reaktivitas sedang.

9.2 Penambahan Monomer Polietilena akan menjadi contoh pertama. Seperti namanya, polietilena disintesis dari monomer etilena, H 2 C=CH 2 . Etilena adalah nama umum untuk etena, anggota terkecil di keluarga hidrokarbon yang mengandung C-C ikatan rangkap dua. Dalam reaksi polimerisasi, n molekul etilena bergabung membentuk polietilena.

Gambar 9.4 Polimerisasi polietilena

Dengan bertambahnya setiap monomer etilena, terjadi dua hal: ikatan rangkap antar karbon berubah menjadi ikatan tunggal, dan membentuk ikatan baru antar monomer dan rantai tumbuh memanjang. Proses ini diulang berkali-kali secara bersamaan, kadang-kadang, ujung dua rantai polimer bergabung. Proses pertumbuhan rantai dapat dihentikan dengan menambahkan senyawa tertentu untuk “menutup” ujung rantai yang reaktif; Dan tentu saja proses akan berhenti sendiri jika semua monomer habis bereaksi. Hasil dari semua reaksi kimia ini adalah bahwa gas etilena diubah menjadi polimer polietilena padat.

Gambar 9.5 Wadah-wadah yang terbuat dari polimer polietilena

9.3 Polietilena: Pengamatan lebih dalam Polietilena memiliki berbagai kegunaan. Sebagai contoh, ditemukan dalam botol susu plastik, wadah deterjen, bahan-bahan tas, dan bahan kemasan (Gambar 9.5). Namun, seperti yang telah kita lihat dalam bagian sebelumnya, semua polietilena

terbuat dari bahan awal yang sama, H 2 C=CH 2. Bagaimana bisa ini dari satu jenis monomer dibentuk bermacam-macam polimer dengan kegunaan yang berbeda- beda?

Gambar 5.6 (a) Selembar tas plastik diulur sampai menciut "necks" (B) Sebuah gambaran dari "Penciutan" pada tingkat molekuler.

Suatu strategi untuk mengontrol struktur molekul dan sifat fisik polimer adalah untuk mengatur percabangan dari rantai polimer. Pendekatan

digunakan untuk menghasilkan high density polyethylene (HDPE) dan low density polyethylene (LDPE) (Gambar 9.7).

ini

Gambar 9.7 High-density (linier) polietilena dan low-density (bercabang) polietilena. (a) Rincian ikatan. (b) gambaran skematis.

9.4 The "Big Six": Tema dan Variasi Sampai saat ini, lebih dari 60.000 polimer sintetis telah diketahui. Sejak tahun 1976,

Amerika Serikat telah menghasilkan volume polimer sintetis lebih besar dari gabungan volume baja, tembaga, dan aluminium. Meskipun banyak polimer yang dikembangkan untuk keperluan khusus, enam macam polimer mewakili sekitar 75% dari seluruh polimer yang digunakan di Amerika Serikat. Polimer-polimer sehari-hari disebut sebagai "Big Six" Keenam polimer, tercantum dalam Tabel 9.1, adalah polietilena (low-density dan high-density), PE; polipropilena,PP; polistirena, PS; polivinil klorida, PVC atau V; dan polietilena tereftalat, PET.

Tabel 9.1 mencantumkan beberapa sifat penting dari enam polimer. Semua merupakan padatan yang dapat diwarnai dengan pigmen. Meskipun semua tidak larut dalam air, beberapa larut atau melunak dalam senyawa hidrokarbon, seperti lemak, dan minyak. Keenam polimer termoplastik, yang berarti bahwa dengan panas mereka dapat dilelehkan dan dapat dibentuk kembali secara berulang-ulang. Mereka memiliki berbagai titik leleh berbeda-beda tergantung rute mereka diproduksi. Secara umum, polietilena memiliki titik leleh yang relatif rendah, LDPE dan HDPE masing-masing meleleh pada suhu sekitar 120 dan 130 o C,. Polipropilena (PP) memiliki titik lebur yang lebih tinggi dari 160-170 o

C. Tabel 9.1 juga menunjukkan ada enam monomer yang digunakan untuk membuat enam polimer yang berbeda. Dua dari polimer menggunakan monomer yang sama, etilen. Tiga polimer lainnya menggunakan monomer yang terkait erat dengan etilena: stirena, vinil klorida, dan propilena. Pada vinil klorida, salah satu atom hidrogen dalam etilen digantikan oleh atom klor;

Propilena, gugus metil (-CH 3 ) menggantikan satu atom hydrogen; dan stirena, substituen (gugus pengganti) adalah -C 6 H 5 , yang dikenal sebagai gugus fenil. Polimer keenam, polietilena tereftalat, berbeda dari lima polimer lain, dibuat menggunakan dua monomer yang berbeda.

Gambar 9.8 Tiga kemungkinan penataan monomer-monomer dalam PVC

Gambar 9.9 (a) Penataan acak (Random) pada polistirena (b) Paralatan pesta terbuat dari "kristal" polistirena

9.5 Kondensasi Monomer Untuk memahami monomer yang berbeda, akan sangat membantu jika Anda memiliki cara untuk mengelompokkan gugus dari atom yang mereka miliki. Kelompok- kelompok ini dikenal sebagai gugus fungsi. Gugus fungsi adalah pengaturan khas dari kelompok atom yang memberikan karakteristik sifat kimia molekul yang mengandung mereka (Tabel 9.2).

Gambar 9.10 Dua monomer yang berbeda yang digunakan untuk membuat PET, poliester. Gugus fungsi ester diberi tanda.

Polietilena tereftalat ( PET atau PETE ) dibentuk melalui proses polimerisasi kondensasi, suatu proses bergabungnya monomer-monomer disertai hilangnya

(dilepaskan keluar) molekul kecil seperti air . Dengan demikian, polimerisasi (dilepaskan keluar) molekul kecil seperti air . Dengan demikian, polimerisasi

9.6 Poliamida: Alami dan Nylon Tidak lengkap diskusi tentang polimerisasi kondensasi tanpa memperhatikan dua polimer ini, yaitu protein, yang merupakan polimer alam, dan nilon, polimer sintetis yang dapat menggantikan beberapa sifat dari sutra, suatu protein alami. Protein alami lainnya dapat ditemukan dalam kulit kita, kuku, rambut, dan jaringan otot. Asam amino adalah monomer untuk membangun protein. Setiap molekul asam amino berisi dua gugus fungsi:satu gugus amina (-NH2) dan gugus asam karboksilat (-COOH). Dua puluh asam amino yang berbeda terjadi secara alami, masing-masing hanya berbeda satu gugus yang terikat pada atom karbon pusat. Rantai samping ini diwakili dengan R, seperti yang ditunjukkan dalam rumus struktur umum untuk sebuah asam amino.

Dalam beberapa asam amino, R hanya terdiri dari atom karbon dan hidrogen, pada asam amino lain, R mungkin terdapat atom tambahan, seperti oksigen, nitrogen, dan sulfur. Beberapa kelompok R memiliki sifat asam, sedangkan yang lain adalah basa. Asam amino bergabung membentuk rantai panjang protein melalui polimerisasi kondensasi.

Dalam reaksi ini, gugus amida terbentuk dan sebuah molekul air dihasilkan. Amida ini berisi ikatan C-to-N dikenal sebagai ikatan peptida, ikatan kovalen yang terbentuk ketika-COOH dari satu asam amino bereaksi dengan-NH2 dari asam amino lain.

Kimiawan sering mencoba untuk meniru kimia alam. Misalnya, Wallace Carothers (1896-1937), ahli kimia yang bekerja untuk DuPont Company, mempelajari banyak reaksi polimerisasi, termasuk pembentukan ikatan peptida. Alih-alih menggunakan asam amino, Carothers mencoba menggabungkan asam adipat dan heksametilenadiamina, juga dikenal sebagai 1,6-diaminoheksana. Seperti dalam kasus sintesis protein, gugus asam dan amina bereaksi untuk melepaskan air dan membentuk amida. Tapi dalam hal ini, polimer yang terbentuk terdiri dari dua monomer bergantian. Polimer ini dikenal sebagai nilon.

Gambar 9.12 Pelanggan bersemangat berbaris untuk membeli stoking nilon pada tahun 1940, ketika produk ini pertama tersedia secara komersial

9.7 Daur Ulang Plastik Menurut badan yang mengurusi plastik di Amerika, jumlah plastik yang dapat

didaur ulang terus meningkat. Perhatikan Tabel 9.3 untuk melihat keberhasilan mereka untuk polimer jenis PET dan HDPE.

Daur ualang PET adalah contoh keberhasilan dalam daur ulang plastik. Meski demikian botol minuman ringan PET perlu penanganan khusus sebelum mereka dapat dilelehkan dan digunakan kembali. Wadah-wadah ini biasanya disortir untuk memisahkan wadah PET berwarna dan wadah PVC. Jika PVC dibiarkan tercampur dalam PET dapat melemahkan kekuatan produk akhir. Setiap label, tutup botol, atau Daur ualang PET adalah contoh keberhasilan dalam daur ulang plastik. Meski demikian botol minuman ringan PET perlu penanganan khusus sebelum mereka dapat dilelehkan dan digunakan kembali. Wadah-wadah ini biasanya disortir untuk memisahkan wadah PET berwarna dan wadah PVC. Jika PVC dibiarkan tercampur dalam PET dapat melemahkan kekuatan produk akhir. Setiap label, tutup botol, atau

Gambar 9.13 Apa yang ada di sampah Anda? Komposisi berat sampah kota di Amerika Serikat sebelum daur ulang pada tahun 2003