INDUSTRI POLYETHYLENE Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena (IUPAC: etena ). Di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan PE, perlakuan yang sama yang dilakukan oleh Polistirena (PS) dan Polipropilena (PP). Molekul etena C 2 H 4 adalah CH 2 =CH 2 . Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda. Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena. Polietilena bisa diproduksi melalu proses polimerisasi radikal , polimerisasi adisi anionik , polimerisasi ion koordinasi , atau polimerisasi adisi kationik Sejarah Polietilena pertama kali disintesis oleh ahli kimia Jerman bernama Hans von Pechmann yang melakukannya secara tidak sengaja pada tahun 1989 ketika sedang memanaskan diazometana. Ketika koleganya, Eugen Bamberger dan Friedrich Tschirner mencari tahu tentang substansi putih, berlilin, mereka mengetahui bahwa yang ia buat mengandung rantai panjang -CH 2 - dan menamakannya polimetilena. Kegiatan sintesis polietilena secara industri pertama kali dilakukan, lagi-lagi, secara tidak sengaja, oleh Eric Fawcett dan Reginald Gibson pada tahun 1933 di fasilitas ICI di Northwich, Inggris. Ketika memperlakukan campuran etilena dan benzaldehida pada tekanan yang sangat tinggi, mereka mendapatkan substansi yang sama seperti yang didapatkan oleh Pechmann. Reaksi diinisiasi oleh keberadaan oksigen dalam reaksi sehingga sulit mereproduksinya pada saat itu. Namun, Michael Perrin, ahli kimia ICI lainnya,
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
INDUSTRI POLYETHYLENE
Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena (IUPAC:
etena). Di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan PE, perlakuan yang sama
yang dilakukan oleh Polistirena (PS) dan Polipropilena (PP).
Molekul etena C2H4 adalah CH2=CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan ganda.
Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena. Polietilena bisa diproduksi melalu
proses polimerisasi radikal, polimerisasi adisi anionik, polimerisasi ion koordinasi, atau
polimerisasi adisi kationik
Sejarah
Polietilena pertama kali disintesis oleh ahli kimia Jerman bernama Hans von
Pechmann yang melakukannya secara tidak sengaja pada tahun 1989 ketika sedang
memanaskan diazometana. Ketika koleganya, Eugen Bamberger dan Friedrich Tschirner
mencari tahu tentang substansi putih, berlilin, mereka mengetahui bahwa yang ia buat
mengandung rantai panjang -CH2- dan menamakannya polimetilena. Kegiatan sintesis
polietilena secara industri pertama kali dilakukan, lagi-lagi, secara tidak sengaja, oleh Eric
Fawcett dan Reginald Gibson pada tahun 1933 di fasilitas ICI di Northwich, Inggris. Ketika
memperlakukan campuran etilena dan benzaldehida pada tekanan yang sangat tinggi, mereka
mendapatkan substansi yang sama seperti yang didapatkan oleh Pechmann. Reaksi diinisiasi
oleh keberadaan oksigen dalam reaksi sehingga sulit mereproduksinya pada saat itu. Namun,
Michael Perrin, ahli kimia ICI lainnya, berhasil mensintesisnya sesuai harapan pada tahun
1935, dan pada tahun 1939 industri LDPE pertama dimulai.
Polyethylene terdiri dari C2nH4n+2 dimana n adalah derajat polmerisasi dengan kata lain
jumlah monomer ethylene yang terpolimerisasi membentuk polyethylene. Terdapat banyak
type polyethylene yang mana memiliki rantai yang sama yang tersusun atas carbon dan
hidrogen. Variasi-variasi muncul terutama berasal dari percabangan rantai yang
mempengaruhi sifat dari material tersebut.
Rantai yang memiliki cabang yang sedikit akan memiliki derajat kristalisasi yang lebih
tinggi.
Jenis-jenis polyethylene :
High Density Polyethylene.
Secara kimia memiliki struktur yang paling mendekati struktur polyethylene murni.
Terdiri dari rantai utama dengan sedikit percabangan. Beberapa jenis ini
terkopolimerisasi dengan sejumlah kecil 1-alkana yang sedikit menghalangi proses
kristalisasi. Memiliki density antara 0.94–0.97 g/cm3.
Low Density Polyethylene.
Memiliki cabang dengan konsentrasi substansi yang menghalangi atau mengganggu
prosses kristalisasi yang menyebabkan density relatif kecil. Tersusun atas gugus ethyl
dan buthyl sebagai rantai utama dengan beberapa cabang dengan rantai yang panjang.
Biasanya memiliki density antara 0.90–0.94 g/cm3.
Linear Low Density Polyethylene.
Terdiri dari rantai polyethylene linier yang tergabung dengan gugus alkil pendek
secara acak. Tersusun dari ethylene dengan 1-alkena. Cabang-cabang yang sering
ditemujkan adalah gugus ethyl, buthyl, atau hexyl, tetapi tidak tertutup kemungkinan
untuk gugus alkil yang lain. Secara kimia dapat disimpilkan bahwa jenis ini
merupakan perpaduan antara polyethylene linier dengan low density polyethylene.
Very Low Density Polyethylene.
Juga dikenal dengan sebutan Ultra Low Density Polyethylene (ULDPE). Terbentuk
secara khusus dari Linier Low Density Polyethylene yang memiliki jumlah cabang
yang banyak dengan rantai pendek. Memiliki density antara 0.86–0.90 g/cm3.
Ethylene-Vinyl Ester Copolymers.
Sejauh ini yang paling sering dijumpai adalah ethylene-vinyl acetate (EVA). Dibuat
pada proses bertekanan tinggi
Ionomers.
Adalah copolymer ethylene dengan asam acrylic yang telah denetralkan secara
keseluruhan ataupun sebagian
Cross-Linked Polyethylene.
PROSES PRODUKSI POLYETHYLENE
High Pressure Polymerization
Produk polyethylene yang berbentuk low dinsity polyethyene diproduksi dengan
polimerisasi radikal bebas bertekanan tinggi. Radikal bebas mengawali proses polimerisasi
ketika monomer-monomer berada dalam tekanan tinggi. Terminasi terjadi ketika radikal
bebas pada rantai yang sedang tumbuh pindah ke rantai lain. Pada prakteknya, sejumlah besar
reaksi terjadi yang saling bersaing antara radikal bebas satu dengan yang lain sehingga
menimbulkan percabangan dan terminasi dini. Sifat dari produk ditentukan oleh konsentrasi
inisiator, suhu,tekanan,keberadaal vinyl comonomer dan keberadaan chain transfer agent.
Mekanisme dan tahapan proses polimerisasi :
1. Initiation
Setelah terdekomposisi proses berlanjut dengan pembentukan radikal bebasyang
bergabung dengan molekul ethylene.
2. Chain Propagation
Ketika rantai yang sedang tumbuh dengan rafikal pada akhir rantai bergabung dengan
ethylene yang terjadi pada tekanan tinggi. Ethylene terikat dengan ikatan kovalen
3. Comonomer Incorporation
Bermacam macam jenis comonomer mengandung gugus vinyl yang dapat bersatu
dengan rantai yang sedang tumbuh. Comonomer yang paling sering digunakan adalah
vinyl acetat dan metacrylic acid. Prosesnya sama dengan propagation
4. Chain Branching
5. Chain Transfer
Adalah proses dimana beberapa rantai dengan radikal bergabung membentuk rantai
yang lebih besar.
Seperti terlihat pada contoh dibawah ini:
6. Termination
Terminasi lengkap pada rantai yang sedang tumbuh terjadi ketika dua radikal,
yang salah satunya berada pada akhir rantai yang aktif bertemu dan saling bergabung.
Radikal yang bergabung bisa berasal dari rantai lain, pecahan inisator, atau radikal
dari ethylene.Ketika radikal dengan elektron yang tak berpasangan bertemu, akan
terbentuk ikatan kovalen.
Figure 2 Schematic representation of high pressure polymerization of ethylene.
(f). catalyst(g). chain transfer agent(h). ethylene, oils, waxes, and polyethylene(i). ethylene and polyethylene(j). ethylene, oils, and waxes(k). oils and waxes(l). ethylene recycle(m). polyethylene(n). ethylene recycle(o).LDPEpellets
Tahapan Proses Pada High Pressure Polimerization
Fresh ethylene masuk ke dalam primary compressor(1) yang masuk bersamaan
dengan aliran recycle(b) dan (c), kompresor utama menaikkan tekanan antara 1500-4000 psi
yang kemudian di transfer (d) menuju secondary compressor(2) dengan penambahan tekanan
mencapai 15000-22500 psi. Ethylene dengan tekanan tinggi ini kemudian memasuki reaktor.
Diikuti denganInisiator (f) dan Chain transfer agent (g) masuk bersamaan dengan aliran
ethylen masuk kedalam reaktor. Dari reaktor, campuran (h) yang mengandung ethylen yang
tak bereaksi, minyak,wax, dan polyethylene masuk ke proses pemisahan selanjutnya. Aliran
produk menuju high pressure separator (4) dimana polyethylene diendapkan dan di alirkan
dengan beberapa ethylene (i) menuju low pressure separator (5). Minyak-minyak dengan
berat molekul rendah dan wax tertinggal dengan larutan ethylene, dan aliran ini (j) masuk ke
dalam low pressure separator (6). Di sini ethylene dipisahkan dari minyak dan wax, yang
kemudian dikeluarkan pada aliran waste (k). Ethylene untuk recycle (l) diproses kedalam
sebuah cooler(7), yang kemudian dialirkan ke kompresor utama dan ikut masuk bersama
make-up feed. Pada low pressure separator(5) ethylene dan polyethylene dipisahkan. Aliran
ethylene (n) di-recycle melewati sebuah cooler menuju proses awal. Produk polyethylene
dimasukkan kedalam extruder(9), di campur dengan bahan tambahan lain. Produk kemudian
dibentuk menjadi helaian helaian tipis kemudian dipotong menjadi pellet untuk menghasilkan
low density polyethylene (o) yang siap dikemas dan diangkut.
Proses ini relatif tidak efisien dengan kurang dari 20% feed yang terproses pada
reaktor. Alasan lain adalah pada perindahan panas, dimana polymerisasi ethylene adalah
eksotermik yang menghasilkan rata-rata 800 cal per gram ethylene.
Panas ini harus dihilangkan untuk menjaga kestabilan kondisi reaksi. Jika suhu
melebihi 300oC ethylene dan polyethylene terdekomposisi secara cepat, menghasilkan panas
yang lebih dan produk berbentuk gas.
Kenaikan suhu dan tekanan meningkatkan laju dekomposisi. Reaktor didesain dengan
rupture disk yang akan terbuka jika terjadi overpressure, sehingga reaktor memiliki tekanan
atmosfer. Tekanan pada pengoperasian adalah 7500 – 50000 psi, namun biasanya dipakai
15000 – 22500 psi. Suhu reaksi berkisar 180 – 200oC, namun pada kenyataannya bisa
mencapai 100 – 300oC.
Jenis reaktor
Reaktor yang digunakan bisa berbentuk autoclave dengan rasio tinggi:diameter = 5 –
20, atau tubular reaktor dengan rasio panjang:diameter beberapa ratus hingga ribuan.
Autoclave reactor biasanya memiliki diameter 10-15 ft, sedangkan tubular reaktor hanya 1 in
namun memiliki panjang mencapai 2000 ft. Autoclave reactor memiliki pengaduk untuk
mengurangi kemungkinan terbentuknya gumpalan pada satu titik. Waktu tinggal ethylene
dalam autoclave reactor antara 3 – 5 menit. Pada tubular reactor pemanasan awal dibutuhkan
agar inisiator terdekomposisi sehingga polimerisasi bisa berlangsung. Pada proses reaksi
dipakai cooler eksternal, sehingga tidak membutuhkan diameter yang terlalu besar. Waktu
tinggal reaktan pada tubular reaktor biasanya 20-60 detik.
Karena pada mixing antara tubular reactor dan autoclave reactor berbeda,
menimbulkan perbedaan pengendalian dan struktur molekul dari produk. Perbedaan utama
yang terlihat adalah tubular recator menghasilkan resin yang kurang homogen. Dengan kadar
pengadukan yang rendah, konsentrasi inisiator dan produk bervariasi pada tiap jarak dalam
reactor. Sehingga berat molekul yang terbentuk pada bagian awal akan lebih tinggi daripada