KIMIA FISIK POLIMER - Web viewPolimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi

POLIMER

1. KONSEP DASAR POLIMER

MAKROMOLEKUL adalah molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit seribu atom terikat bersama oleh ikatan kovalen. Makromolekul ini mungkin rantai linear, bercabang, atau jaringan tiga dimensi.Makromolekul dibagi atas dua material yaitu

1. Material biologis (makromolekul alam)Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes

2. Material non biologis (makromolekul sintetik)Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik

Material biologis dapat menunjang tersediaanya pangan dan dibahas dalam biokimia sedang material non biologis mencakup bahan sintetik. Banyak makromolekul sintetik memiliki struktur yang relatif sederhana, karena mereka terdiri dari unit ulangan yang identik (unit struktural). Inilah sebabnya mereka disebut polimer.

Polimer sangat penting karena dapat menunjang tersedianya pangan, sandang, transportasi dan komunikasi (serat optik). Saat ini polimer telah berkembang pesat. Berdasarkan kegunaannya polimer digolongkan atas :

a. Polimer komersial (commodity polymers)Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak

dipakai dalam kehidupan sehari hari. Kegunaan sehari-hari dari polimer ini ditunjukkan dalam tabel 1.1Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid

92

Tabel 1.1 Contoh dan kegunaan polimer komersial

Polimer komersial Kegunaan PolimerPolietilena massa jenis rendah(LDPE)

Polietilena massa jenis rendah(HDPE)Polipropilena (PP)Poli(vinil klorida) (PVC)

Polistirena (PS)

Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapisBotol, drum, pipa, saluran, lembaran, film, isolasi kawat dan kabelTali, anyaman, karpet, film Bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantaui, isolasi kawat dan kabelBahan pengemas (busa), perabotan rumah, barang mainan

b. 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 transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsiContoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, poliester

c. Polimer fungsional (functional polymers)Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat

untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecilContoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer

1.1. Definisi Dan Tata Nama (Nomenklatur) Polimer

Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Monomer

Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena (lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air

93

Reaksi :

Monomer polimer

Unit ulangan dapat memiliki struktur linear atau bercabang. Unit ulangan bercabang dapat membentuk polimer jaringan tiga dimensi. Tabel 1.2 menunjukkan beberapa contoh polimer, monomer, dan unit ulangannya.

Tabel 1.2 Polimer, monomer, dan unit ulangannya

Polimer Monomer unit ulangan

Polietilena CH2 = CH2 - CH2CH2 –poli(vinil klorida) CH2 = CHCl - CH2CHCl –

Poliisobutilena

94

n H2N C C N C C

OR

H

HR O

H

OH

n

- H2O

asam amino polipeptida

polimerisasi

CH2 C

CH3

CH3

CH2 C

CH3

CH3

polistirena

CH2 CH CH2 CH

Polikaprolaktam (nylon-6)

H - N(CH2)5C - OH

H O

- N(CH2)5C -

H O

Poliisoprena (karet alam)

CH2 = CH - C = CH2

CH3

- CH2CH = C - CH2 -

CH3

Tata Nama (Nomenklatur) Jumlah yang sangat besar dari struktur polimer menuntut adanya sistem

tata nama yang masuk akal. Berikut ini adalah aturan pemberian nama polimer vinil yang didasarkan atas nama monomer (nama sumber atau umum), taktisitas dan isomer : Nama monomer satu kata : Ditandai dengan melekatkan awalan poli pada nama monomerContoh :

Polistirena

polietilena

Politetrafluoroetilena (teflon, merk dari du Pont)

Nama monomer lebih dari satu kata atau didahului sebuah huruf atau angka. Nama monomer diletakkan dalam kurung diawali poli, Contoh :

Poli(asam akrilat)

95

CHCH2

CH2CH2

CF2CF2

CH2CH

CO2H

Poli(-metil stirena)

Poli(1-pentena)

Untuk taktisitas polimer- diawali huruf i untuk isotaktik atau s (sindiotaktik) sebelum poliContoh: i-polistirena (polimer polistirena dengan taktisitas isotaktik)

Untuk isomer struktural dan geometrik- Ditunjukkan dengan menggunakan awalan cis atau trans dan 1,2-

atau 1,4- sebelum poliContoh : trans-1,4-poli(1,3-butadiena)

IUPAC merekomendasikan nama polimer diturunkan dari struktur unit dasar, atau unit ulang konstitusi (CRU singkatan dari constitutional repeating unit) melalui tahapan sebagai berikut :1. Pengidentifikasian unit struktural terkecil (CRU)2. Sub unit CRU ditetapkan prioritasnya berdasarkan titik pengikatan dan ditulis prioritasnya menurun dari kiri ke kanan (lihat penulisan nama polistirena)

CH CH2

3. Substituen-substituen diberi nomor dari kiri ke kanan4. Nama CRU diletakkan dalam kurung biasa (atau kurung siku dan kurung biasa kalau perlu), dan diawali dengan poli

96

CH2CH

CH2CH2CH3CH2C

CH3

n HO - C - (CH2)4 - C - OH + n H2N - (CH2)6 - NH2 asam adipat heksametilediamin

C - (CH2)4 - C - NH - (CH2)6 - NH

O O

nylon-6,6

n

Tabel 1.3 Contoh pemberian beberapa nama polimer menurut sumber monomernya dan IUPAC

Nama Sumber Nama IUPAC

Polietilena

Politetrafluoroetilena

Polistirena

Poli(asam akrilat)

Poli(-metilstirena)

Poli(1-pentena)

Poli(metilena)

Poli(difluorometilena)

Poli(1-feniletilena)

Poli(1-karboksilatoetilena)

Poli(1-metil-1-feniletilena)

Poli[1-(1-propil)etilena]

Untuk tata nama polimer non vinil seperti polimer kondensasi umumnya lebih rumit darpada polimer vinil. Polimer polimer ini biasanya dinamai sesuai dengan monomer mula-mula atau gugus fungsional dari unit ulangan.Contoh : nylon, umumnya disebut nylon-6,6 (66 atau 6/6), lebih deskriptif disebut poli(heksametilen adipamida) yang menunjukkan poliamidasi heksametilendiamin (disebut juga 1,6-heksan diamin) dengan asam adipat.

Mengikuti rekomendasi IUPAC, kopolimer (polimer yang diturunkan dari lebih satu jenis monomer) dinamai dengan cara menggabungkan istilah konektif yang ditulis miring antara nama monomer yang dimasukkan dalam kurung antara dua atau lebih nama polimer. Istilah konektif menandai jenis kopolimer sebagaimana enam kelas kopolimer yang ditunjukkan dalam tabel 1.4 berikut

97

Tabel 1.4 Berbagai jenis kopolimerJenis kopolimer Konektif Contoh

Tak dikhususkan -co- Poli[stirena-co-(metil metakrilat)]

Statistik -stat- Poli(stirena-stat-butadiena)

Random/acak -ran- Poli[etilen-ran-(vinil asetat)]

Alternating (bergantian) -alt- Poli(stirena-alt-(maleat anhidrida)]

Blok -blok- Polistirena-blok-polibutadiena

Graft (cangkok/tempel) -graft- Polibutadiena-graft-polistirena

1.2. Proses Polimerisasi Berdasarkan reaksi pembentukannya

Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil (H2O, NH3). Contoh: nilon, dakron, bakelit.

98

Asam Tereftalat Etanadiol

Tetoron

Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi monomer. Kemudian ikatan rangkapnya terbuka lalu berikatan membentuk polimer yang berikatan tunggal.Contoh: polietena, polipropena, polivinil klorida, teflon.

1.3. Klasifikasi PolimerPolimer dapat diklasifikasikan atas dasar asalnya (sumbernya), dan

strukturnya.a. Asal atau sumbernya

1. Polimer Alam : tumbuhan : karet alam, selulosa hewan : wool, sutera mineral

99

2. Polimer Sintetik : hasil polimerisasi kondensasi hasil polimerisasi adisi

100

Pembuatan karet sintetis menggunakan bahan dasar antara lain monomer butadiena dan stirena dengan polimerisasi adisi.

n CH2 = CH–CH = CH2 +

CH2 CH

→ 1,3 Butadiena Stirena

(– CH2 – CH = CH – CH2 – CH – CH2 –)n

| C6H5

poli(butadiena-stirena)Buna

Buna dikenal dengan nama dagang SBR (stirena-butadiena rubber), merupakan karet sintetis yang kuat hampir menyamai karet alam. Saat ini buna banyak digunakan sebagai ban mobil.

b. Struktur Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas :1. Polimer linearPolimer linear terdiri dari rantai panjang atom-atom skeletal yang dapat

mengikat gugus substituen. Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut, dan dalam keadaan padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).

Rantai utama linearContoh :

Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66

2. Polimer bercabangPolimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan

percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama.

3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)

101

Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).

Polimer linear dan bercabang memiliki sifat :1. Lentur2. Berat Molekul relatif kecil3. Termoplastik

1.4. Kopolimer Kopolimer adalah suatu polimer yang dibuat dari dua atau lebih monomer

yang berlainan. Berikut ini adalah jenis jenis kopolimer yang terbentuk dari monomer pertama (A) dan monomer ke dua (B).Jenis kopolimer :

1. Kopolimer blokKopolimer blok mengandung blok dari satu monomer yang dihubungkan dengan blok monomer yang lain. Kopolimer blok biasanya terbentuk melalui proses polimerisasi ionik. Untuk polimer ini, dua sifat fisik yang khas yang dimiliki dua homopolimer tetap terjaga.

-A-A-A-A-A----------B-B-B-B-B-

Poli(A-b-B)2. Kopolimer graft (tempel/cangkok)

Kopolimer graft biasanya dibuat dengan mengikatkan bersama dua polimer yang berbeda. Untuk contoh, homopolimer yang diturunkan dari monomer A dapat diinduksi untuk bereaksi dengan homopolimer yang diturunkan dari monomer B untuk menghasilkan kopolimer graft, yang ditunjukkan pada gambar berikut

Poli(A-g-B)

102

A Bm n

A A A A A A

B

B

B

B

B

B

B

B

B

Perkembangan selanjutnya ada yang berbentuk kopolimer sisir (comb copolymer) dan bintang (star copolymer).

3. Kopolimer bergantian (alternating)Kopolimer yang teratur yang mengandung sequensial (deretan) bergantian dua unit monomer. Polimerisasi olefin yang terjadi lewat mekanisme jenis ionik dapat menghasilkan kopolimer jenis ini.

B BA A Poli(A-alt-B)

4. Kopolimer AcakDalam kopolimer acak, tidak ada sequensial yang teratur. Kopolimer acak sering terbentuk jika jenis monomer olefin mengalami kopolimerisasi lewat proses jenis radikal bebas. Sifat kopolimer acak sungguh berbeda dari homopolimernya.

AB BB BA A poli(A-co-B)

1.5. HomopolimerHomopolimer adalah polimer yang monomernya sejenis.

Dapat ditulis sebagai : (– A – A – A – A – A – A –)nContoh: Polietena, polipropena, polivinil klorida, teflon, polistirena, poliisoprena, amilum, selulosa.

1.6. Polimer berdasarkan sifatnya terhadap panas

1. Polimer termoplasPolimer termoplas adalah polimer yang tidak tahan panas. Polimer ini bila dipanaskan akan meleleh (melunak), dan dapat dilebur untuk dicetak kembali (didaur ulang).Contoh: polietena, polipropena, polistirena, PVC.

103

A A A A A A

B

B

B

B

B

B

B

B

B

AB

kopolimer sisir

AA

A

A A

A

B

AA

kopolimer bintang

2. Polimer termosetingPolimer termoseting adalah polimer yang tahan panas. Polimer ini bila dipanaskan tidak akan meleleh (sukar melunak) dan sukar didaur ulang.Contoh: bakelit

104

LATIHAN SOAL1. Monomer pembentuk polimer

2. Diantara beberapa monomer di bawah ini

Monomer-monomer yang dapat membentuk polimer adisi adalah …A. I dan II B. II dan III C. I dan IIID. I, II dan III E. II

3. Monomer pembentuk polimer –CF2CF2CF2CF2CF2– adalah …A. F F––C––F F B. F2C=CF2 C. HCF2–F2CHD. HCF=FCH E. –CF2–CF2–

4. Di antara senyawa makro molekul di bawah ini yang tergolong kopolimer adalah …

A. polivinyl klorida B. nylon terylen C. karet alamD. polietilena E. Teflon

105

5. Berikut ini yang merupakan pasangan polimer sintetik adalah …A. PVC dan protein B. PVC dan nilonC. karet dan amilum D. poliester dan isoprenaE. isoprena dan polistiren

6. Perhatikan tabel di bawah ini !

Berdasarkan data di atas pasangan yang paling tepat dari ketiga komponen tersebut ditunjukkan oleh nomor … A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 57. Dari beberapa pasangan polimer berikut yang keduanya merupakan polimer sintetik adalah …

A. polistirena dan selulusa B. polietilena dan DNAC. poliester dan amilum D. PVC dan nilonE. nilon dan DNA

8. Senyawa yang terrnasuk polimer alam adalah ... A. bakelit B. PVC C. Polistirena D. Teflon E. Poliisoprena9. Dari beberapa polimer berikut ini yang keduanya merupakan polimer alami adalah....

A. Protein dan Selulosa B. PVC dan NilonC. Polietilena dan DNA D. Nilon dan DNAE. Polistirena dan Amilum

10. Monomer pembentuk polimer Bakelit (kopolimer kondernsasi)

CH2 CH2 CH2 + nH2O adalah … n OH OH OH O OH ||

A. H – C – H dan D. CH4 dan

106

O O || ||

B. H – C – H dan E. H – C – H dan

OH OH

C. CH3

11. Manakah diantara senyawa berikut yang paling mungkin sebagai monomer dalam suatu polimerisasi adisi? A. CH3CH=CH2 D. HOCH2CH2COOH B. CH3CH2CH2NH2 E. CH3CH2COOH C. CH3CH2COCl12. Yang tergolong kopolimer adalah ….

1. ( -CH2 – CH = C – CH2 - )2

| CH3

2. (C2H5 – C – NH – C3H7 - )n

|| O 3. ( -CH2 – C = CH – CH2 – CH – CH2 - )n H |

O ||

4. ( - CH2 – CH2 – C – O – CH3)n5. ( - CH2 – CH - )n

| Cl

A. 1 dan 2 B. 2 dan 3 C. 3 dan 4D. 1 dan 4 E. 4 dan 5

13. Diketahui suatu polimer ( - CH – CH2 - )n

Monomer penyusun polimer tersebut yang paling tepat adalah : A. B. C.

107

D. E.

14. Monomer pembentuk polimer : –CF2––CF2––CF2––CF2––CF2– adalah…

SOAL URAIAN1. Tuliskan nama monomer dan struktur monomer serta berikan nama umum dan

menurut IUPAC untuk polimer vinil berikut

a.

b.

108

CH2CH

CH2CH2CH3CH CH

Cl OCH3