Laporan STRUKTUR POLIMER

STRUKTUR POLIMER Solehudin Hikmatiar Jurusan Fisika Fakultas Sains dan T eknologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung [email protected]

Abstrak Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang ulang yang berasal dari monomer molekul ethylene. Perhatikan bahwa monomer memiliki ikatan kovalen tak   jenuh (ikatan ganda) sedangkan pada mer ikatan tersebut menjadi aktif atau ikatan kovalen kovalen terbuka terbuka dengan dengan elektron elektron tak berpasa berpasangan. ngan. berulangu berulangulang lang atau atau mer atau meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah monomer. Polimer Polyethylene, misalnya, misalnya, adalah salah satu  jenis bahan polimer dengan d engan rantai linear sangat panjang yang tersusun atas unit-unit terkecil (mer) yang berulang- ulang yang berasal dari monomer molekul ethylene. Perhatikan Perhatikan bahwa bahwa monomer memili memiliki ki ikatan ikatan kovalen tak tak jenuh (ikatan (ikatan ganda) sedangkan pada mer ikatan tersebut menjadi aktif atau ikatan kovalen terbuka dengan elektron tak berpasangan. Kata kunci: Polime Polimer, r, Mer, Mer, Meros, Meros, Polimer Polimer Polyeth Polyethyle ylen. n. A. PENDAHULUAN UAN Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam logam (non-metallic material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah. Hal lain yang banyak menjadi pertimbangan adalah daya hantar listrik  dan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam kebisingan, warna dan tingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan manufaktur. Bahan organik alam mulai dikenal dan digunakan sejak tahun 1866, yaitu dengan digunakannya polimer cellulose. Bahan organik buatan mulai dikenal tahun 1906 dengan ditemukannya polimer Phenol Formaldehide atau Bakelite, mengabadikan nama penemunya L.H. Baekeland. Bakelite, hingga saat ini masih digunakan untuk berbagai keperluan. Para mahasiswa metalurgi atau metallographist profesional misalnya menggunakan bakelit untuk memegang (mounting) spesimen metalografi dari sampel logam yang akan dilihat struktur mikronya di bawah mikroskop optik reflektif. Ikatan-ikatan dalam polimer dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu ikatan primer dan ikatan sekunder. Ikatan primer dari dari suatu polimer adalah ikatan kovalen, yaitu ikatan antar atom dengan cara memakai elektron elektron secara bersamasama, sebagaiman sebagaimanaa diilustrasika diilustrasikan n dalam gambar. Ikatan-ikatan Ikatan-ikatan sekunder yang penting penting di dalam dalam polimer polimer misalnya misalnya adalah adalah ikatan ikatan Van der Waals, Waals, ikatan ikatan Hidrogen, dan ikatan Ionik. Ikatan Ikatan primer kovalen termasuk ikatan antar atom

yang sangat kuat, jauh lebih kuat jika dibandingkan dengan ikatan-ikatan sekunder, 10 hingga 100 kalinya. Kekuatan ikatan primer ganda antar atom karbon di dalam ethylene (C=C), misalnya besarnya adalah 721 kJ/(g.mol) sedangkan ikatan antar atom karbon dan hidrogen (C-H) adalah 436 kJ/(g.mol). Arsitektur polimer sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat dan perilakunya secara umum. Secara Secara umum, polimer polimer dapat dikelomp dikelompokkan okkan menjadi menjadi empat jenis berdasarkan struktur struktur molekulnya, yaitu: yaitu: (1) polimer linear (linear polymer), (2) polime polimerr berca bercabang bang (branc (branched hed polymer polymer), ), (3) (3) polim polimer er berk berkait ait (cross (cross-li -linke nked d polymer), dan (4) polimer berjejaring (network polymer). Polyethylene adalah contoh dari jenis polimer dengan struktur rantai linear dan bercabang. Struktur rantai tersebut menyebabkan polyethylene berperilaku termoplastik, yaitu dapat dibentuk menjadi suatu bentuk tertentu dan dikembalikan ke bentuk semula. Struktur rantai molekul berkait adalah struktur rantai yang khas dari karet yang memiliki daerah elastis non-linear yang sangat besar. Cross-link atau kaitan antar rantai dalam hal ini berfungsi sebagai ‘pengingat bentuk’ (shape memory) dari karet. Bakelite salah satu contoh polimer yang telah kita bahas sebelumnya memiliki struktur rantai molekul berjejaring 3 dimensi yang kompleks. Struktur rantai ini sangat rigid sehingga polimer dengan struktur struktur rantai ini akan berperilaku termoset, yaitu menjadi rigid secara permanen pada saat pertama kali didinginkan.

B. TINJ TINJAU AUA AN PUS PUSTA TAKA KA

Struktur Kimia Polimer 1.1. Identitas Monomer (Monomer Identity) Identitas polimer yang terdiri dari monomer-monomer adalah sifat utama danyang penting dari polimer. Tatanama polimer biasanya berdasarkan pada tipe monomer yang menyusun polimer. Polimer yang terdiri dari hanya satu jenis monomer disebut homopolimer, contohnya yaitu Poly(styrene) yang terdiri dari monomer-monomer styrene. Sedangkan polimer yang terdiri dari campuran beberapa monomerdisebut kopolimer, kopolimer, contohnya contohnya yaitu Etilen Etilen Vinil Vinil Asetat yang yang terdiri terdiri atas lebih dari satu satu macam monomer. Molekul polimer yang mengandung sub-unit yang dapat diionisasi disebut sebagai polyelectrolyte. Polyelectrolyte yang mengandung subunit yang fraksi ionisasinya rendah disebut ionomer. 1.2. Chain Linearity Bentuk paling sederhana dari molekul polimer adalah rantai lurus atau disebut juga sebagai polimer linear yang terdiri dari satu rantai utama. Fleksibilitas dari rantai

polimer yang tidak bercabang di pengaruhi oleh persistence length (sifat dasar mekanis yang mengukur kekakuan dari polimer panjang). Molekul polimer bercabang disusun dari rantai utama dengan satu atau lebih cabang. Beberapa tipe khusus dari polimer bercabang adalah star polymers, comb polymers, dan brush polymers. Jika polimer mengandung rantai cabang yang komposisinya berbeda dengan rantai utama maka dia disebut grafted polymer. Cross-link menunjukkan dimana titik percabangan dimulai. a. Linear Polymer Polimer linear tersusun atas satu rantai panjang yang kontinu, tanpa adanya percabangan dari rantai tersebut. b. Branched Polymer Branched polymer terdiri atas satu rantai utama yang mempunyai mempunyai rantai molekul lebih kecil sebagai cabang. Sebuah struktur rantai bercabang cendrung menurunkan tingkat kristanilitas ( cristanility ) dan kepadatan ( density ) polymer tersebut. Susunan geometrik geometrik dari ikatan bukan merupakan merupakan penyebab bervariasiny bervariasinyaa stuktur polymer. polymer. Branched polymer terbentuk ketika terdapat rantai cabang yang menempel pada rantai utama.contoh sederhana dari branched polymer seperti terlihat pada gambar di bawah. Terdapat berbagai jenis branched polymer yang dapat terbentuk. Salah satunya yang dinamakan dengan star-branching. Star-branching terbentuk ketika polimerisasi dimulai dengan single monomer dan mempunyai cabang radial keluar. Polymer dengan tingkat kecabangan yang yang tinggi disebut disebut dendrimers. Sering kali pada molekul ini, tiap cabangnya mempunyai cabang lagi. Ini menyebabkan keseluruhan molekulnya mempunyai bentuk spherical. c. Cross-Linking Cross-linking dalam polymer terjadi ketika ikatan valensi primer terbentuk antara moleku-molekul rantai polymer yang terpisah. Selain ikatan dimana monomer membentuk rantai polymer, ikatan polymer yang lain terbentuk diantara polymer tetangganya. Ikatan ini dapat terbentuk secara langsung diantara rantai tetangganya, atau dua rantai dapat terikat menjadi rantai yang lain. Walupun tidak sekuat ikatan pada rantai, cross-links mempunyai peran yang sangat pentin pada polymer. Polymer mempunyai ikatan cross-links yang banyak mempunyai “memory.” Ketika polymer diregangkan, ikatan cross-links mencegah rantai untuk berpisah. Ikatan ini memperkuat, namun ketika tegangan dihilangkan maka struktur akan kembali ke bentuk semula dan objek pun demikian.

1.3. Ukuran Rantai (Chain Size) Sifat jenuh polimer sangat bergantung pada ukuran dari rantai polimer. Seperti kebanyakan kebanyakan molekul, molekul, ukuran ukuran molekul polimer polimer dapat dapat digambarkan digambarkan melalui melalui berat berat molekul Pada polimer, berat molekul dapat digambarkan oleh derajat polimerisasi, yaitu jumlah monomer yang membentuk polimer. Untuk polimer sintetik, berat molekul digambarkan dengan statistik untuk menjelaskan distribusi berat molekul pada sampel. Hal ini karena hampir semua proses industri memproduksi distribusi ukuran rantai polimer. Contoh dari perhitungan statistic adalah number average molecular weight dan weight average molecular weight. Perbandingan dari kedua nilai tersebut disebut polydispersity index, biasanya digunakan untuk  menggambarkan “ketebalan” dari berat molekul. Ruang yang ditempati oleh molekul polimer secara umum digambarkan oleh radius of g yration. 1. 4 Susunan Monomer dalam Kopolimer (Monomer Arrangement Arrangement in Copolymers) 1. Altern Alternati ating ng copoly copolymer merss monomer yang berbeda tersusun berurutan 2. Rand Random om copo copoly lyme mers rs monomer yang berbeda tersusun acak  3. Bloc Block k copo copoly lyme mers rs monomer yang sama membentuk grup dan 2 grup yang berbeda tersusun berurutan. 4. d. Gra Graft ft Cop Copol oly ymers mers Rantai-rantai cabang terdiri dari monomer yang berbeda den gan rantai utama. 1. 5 Stereo Stereokim kimia ia Polim Polimer er a.

Architecture Polimer yang berbeda arsitekturnya mewakili isomer konstitusional dimana hubungan dari atom-atomnya berbeda. Polimer semacam ini di dapat dari polimerisasi monomer dari sifat kimia yang berbeda tetapi tetapi memiliki komposisi atom yang yang sama. sama. Rumus molekul molekul dari unit unit monomer monomer untuk semua semua tipe polime polimerr C2H4O. C2H4O.

b.

Orientation Perbedaan dimana atom dalam polimer dapat dihubungkan, muncul dari dua cara penambahan dari monomer yang sama untuk pertumbuhan rantai polimer.6

c. Geom Geomet etri ricc isome isomeri rism sm Sebagai contoh, polimerisasi dari 1,3-diena mempunyai dua ikatan rangkap yang berbeda yang dapat mengalami tiga tiga isomer geometri.

Istilah plastik, yang sering digunakan oleh masyarakat awam untuk menyebut sebagian besar bahan polimer, mulai digunakan pada tahun 1909. Istilah tersebut berasal dari kata Plastikos yang berarti mudah dibentuk dan dicetak. Teknologi modern plastik baru dimulai tahun 1920-an, yaitu dengan mulai digunakannya polimer yang berasal dari produk derivatif minyak bumi, seperti misalnya Polyethylene. Salah satu jenis plastik yang sering kita jumpai adalah LDPE (Low Density Poly Ethylene) yang banyak digunakan sebagai plastik  pembungkus yang lunak dan sangat mudah dibentuk. Di samping pembagian di atas, yaitu natural polymer yang berasal dari alam (misalnya cellulose) dan synthetic polymer yang merupakan hasil rekayasa manusia (misalnya bakelite dan plyethylene), polimer umumnya dikelompokkan berdasarkan perilaku mekanik dan struktur rantai atau molekulnya. Polimer thermoplastik, misalnya polyethylene, adalah jenis polimer yang memiliki sifat-sifat thermoplastik yang (linear), bercabang bercabang (branched) (branched) disebabkan oleh struktur rantainya yang linear (linear), atau sedikit sedikit bersambung bersambung (cross linked). Polimer dari jenis ini akan bersifat lunak dan viskos (viscous) pada saat dipanasikan dan menjadi keras dan kaku (rigid) pada saat didinginkan

1. Berd Berdas asar arka kan n Sum Sumber ber Berdasarkan Berdasarkan sumbernya sumbernya polimer polimer dapat dapat dikelom dikelompokkan pokkan dalam 3 kelompok, kelompok, yaitu: 1. Polimer Polimer Alam, Alam, yaitu yaitu polimer polimer yang terjadi terjadi secara secara alami. alami. Contoh: karet alam, karbohidrat, protein, selulosa dan wol. 2. Polimer Polimer Semi Sintetik, Sintetik, yaitu yaitu polimer polimer yang diperoleh diperoleh dari dari hasil modifikasi polimer alam dan bahan kimia. Contoh: selulosa nitrat (yang dikenal lewat misnomer nitro selulosa) selulosa) yang dipasarka dipasarkan n dibawah nama - nama “Celluloid” dan “guncotton”. 3. Polime Polimerr sintes sintesis, is, yakn yaknii polimer polimer yang yang dibuat dibuat mela melalui lui polim polimeri erisas sasii dari dari monome monomerr - monome monomerr polime polimer. r.

Polimer sintesis sesungguhnya yang pertama kali digunakan dalam skala komer komersi sial al adal adalah ah damma dammarr Feno Fenoll forma formald ldeh ehid ida. a. Dike Dikemb mbang angka kan n pada pada permulaan permulaan tahun 1900-an oleh kimiawan kimiawan kelahir kelahiran an Belgia Belgia Leo Baekela Baekeland nd (yang telah telah memperoleh memperoleh banyak banyak sukses sukses dengan penemuanya penemuanya mengenai mengenai kertas foto sensiti sensitiff cahaya), cahaya), dan dikenal dikenal secara komersial komersial sebagai sebagai bakelit. bakelit. Sampai Sampai dekade dekade 1920-an 1920-an bakelit bakelit merupa merupakan kan salah salah satu satu jeni jeniss dari dari prod produk  uk – produk  konsumsi. 2. Berdasar Berdasarkan kan struktu strukturny rnya a polimer polimer dibeda dibedakan kan atas atas 1. Pol Polimer imer lin linea earr Padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas). Contoh : Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga diken al sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66. 2. Poli Polime merr ber berca caba bang ng Polimer Polimer bercabang bercabang dapat divisu divisualisa alisasi si sebagai sebagai polimer polimer linear linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama. Struktur polimer bercabang diilustrasikan sebagai berikut Rantai utama (terdiri dari atom-atom skeletal) 3. Polimer Polimer jaringan jaringan tiga dimens dimensii (three-dimens (three-dimension ion network) network) Polimer Polimer jaringan jaringan tiga tiga dimensi dimensi adalah adalah polimer polimer dengan dengan ikatan kimiany kimianyaa 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 kri teria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungan penggembungannya nya (swelling) (swelling).. Jika derajat derajat sambung-si sambung-silang lang cukup tinggi, tinggi,

polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).

C. PEMB PEMBAH AHAS ASAN AN MAS MASAL ALAH AH Pertanyaan : 1. Peng Pengar aruh uh bent bentuk uk rant rantai ai mole moleku kull ? Jawab :

Sebagai Sebagai contoh contoh diatas diatas ini ini merupaka merupakan n bentuk bentuk rantai rantai molekul, molekul, Polimer Polimer bentuk bentuk rantai rantai ini dipengaruhi oleh posisi atom karbon, pada contoh ini yaitu polimer yang biasa digunakan digunakan adalah jenis jenis polimer polimer biasa digunakan digunakan polimer polimer anorganik anorganik,, bisa dilhat dilhat peng penger erti tian an bah bahwa wa Seny Senyaw awaa orga organi nik k adal adalah ah gol golon onga gan n besa besarr seny senyaw awaa kimia kimia yang yang molekul molekulnya nya mengan mengandung dung karbon karbon,, kecual kecualii karbid karbida, a, karbona karbonat, t, dan dan oksid oksidaa karbon. Studi mengenai senyawaan organik disebut kimia organik. Banyak di antara senyawaan senyawaan organik, organik, seperti seperti protein, protein, lemak, dan karbohidrat karbohidrat,, merupakan merupakan komponen komponen pentin penting g dalam dalam biokim biokimia. ia. Di antar antaraa beberap beberapaa golonga golongan n senyawaa senyawaan n organik  organik  adalah senyawa senyawa alifatik, alifatik, rantai rantai karbon yang yang dapat diubah diubah gugus fungsinya; hidrokarbon aromatik, senyawaan yang mengandung paling tidak  satucincin satucincin benzena; benzena; senyawa senyawa heterosiklik heterosiklik yang mencakup mencakup atom-atom nonkarbon nonkarbon dalam struktur cincinnya; dan polimer, molekul rantai panjang gugus berulang. Pembeda Pembeda antara kimia kimia organik dan anorganik anorganik adalah ada/tida ada/tidaknya knya ikatan karbonkarbonhidrogen. hidrogen. Sehingga Sehingga,, asam karbonat karbonat termasuk termasuk anorgan anorganik, ik, sedangka sedangkan n asam format format,, asam asam lemak lemak pertam pertama. a.

2. Jelask Jelaskan an pemba pembagia gian n Polime Polimerr Sinte Sintetik tik?? Jawab : a. Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi monomer. Contoh :

Yang termasuk ke dalam polimer adisi adalah polistirena (karet ban), polietena (plastik), poliisoprena (karet alam), politetraflouroetena (teflon), PVC, dan poliprepilena (plastik). b. Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil. Polimerisasi kondensasi: kondensasi: polimer yang yang terbentuk karena monomer-monomer saling berikatan dengan melepaskan molekul kecil.

Contoh: pembentukan plastik stirofoam tersusun dari dua monomer berbeda berbeda yaitu yaitu urea dan metanal metanal.. Dua molekul molekul metanal metanal bergabung bergabung dengan satu molekul urea menjadi suatu molekul disebut dimer. Dimer-dimer ini selanjutnya berpolimerisasi.

Yang termasuk ke dalam polimer kondensasi adalah bakelit, poliuretan, poliuretan, poliam poliamida, ida, (melami (melamin), n), poliester poliester (nilon) (nilon),, teteron, teteron, dan protein.

Perbedaan antara polimerisasi adisi dan kondensasi adalah bahwa pada polimerisasi kondensasi terjadi pelepasan molekul kecil seperti H2O dan NH3, sedangkan pada polimerisasi adisi tidak terjadi pelepasan molekul. c. Contoh bahan komposit komposit dan dan hubungan hubungan polimer polimer dan dan komposit komposit?? Jawab : Material komposit adalah pencampuran/pengabungan sekurangnya dua material yang berbeda fasa dan strktur mikroskopiknya. Contoh material komposit adalah kuningan. Kuningan me rupakan pencampuran/pengabungan antara loga sang dengan logam kuningan.

Sebab polimer dan komposit kenapa menggunakan bahan komposit? Jawab:

1. cara cara pemp pempro rose sesa san n PMC PMC muda mudah, h, Keku Kekuat atan an dan dan kekak kekakua uan n bahan polimer tidak memperbaiki sifat-sifat sifat-sifat polimer 2. Alat Alat dan dan dipe diperl rluka ukan n suhu suhu dan dan teka tekana nan n yang yang ting tinggi gi 3. Perala Peralatan tan lebih lebih mudah mudah & murah murah 4. mencukupi mencukupi untuk tujuan struktur, struktur, dengan penambahan penambahan bahan

Derajat Kekristalan Polimer Tidak seperti halnya logam, polimer pada umumnya bersifat amorphous, tidak  bersifat bersifat krist kristalin alin atau atau memiliki memiliki keteratura keteraturan n dalam rentang rentang cukup cukup panjang. panjang. Namun, polimer dapat direkayasa sehingga strukturnya memiliki daerah kristalin, baik pada proses sintesis maupun deformasi. Besarnya daerah kristalin dalam polimer

dinyatakan sebagai derajat derajat kekristalan polimer. Derajat kekristalan polimer misalnya dapat direkay direkayasa asa dengan mengendal mengendalikan ikan laju solidifika solidifikasi si dan struktu strukturr rantai, rantai, walaupun walaupun sangat sulit untuk untuk mendapatkan mendapatkan derajat kekristal kekristalan an 100% sebagaimana sebagaimana halnya pada logam. Polimer Polimer dengan struktur rantai bercabang misalnya akan memiliki derajat kekristalan yang yang lebih rendah jika dibandingkan dengan struktur tanpa cabang.

Struktur Rantai Molekul PE Menunjukkan Daerah Kristalin (hijau) dan Daerah Amorphous (biru)

Sifat-sifat mekanik dan fisik dari polimer sangat dipengaruhi oleh derajat kekristalannya. Sifat-sifat mekanik yang dipengaruhi oleh derajat kekristalan misalnya adalah kekakuan (stiffness), (stiffness), kekerasan (hardness), (hardness), dan keuletan (ductility). Sedangkan sifat-sifat sifat-sifat fisik yang berhubungan dengan derajat kekristalan misalnya adalah sifat-sifat sifat-sifat optik dan kerapatan (density) (density) dari polimer. D. KESIMP IMPULAN Istilah polimer lebih populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenarnya terdiri dari banyak kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaan yang beragam. Bahan polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakan selama beberapa abad. Kertas diproduksi dari selulosa, sebuah polisakarida yang terjadi secara alami yang ditemukan dalam tumbuhan. DAFTAR PUSTAKA

1. Callister, Jr, William William D. (2009) Materials Science and. Engineering An Introducti Intr oduction on eight Editio Edition, n, John Wiley and Sons, Sons, Inc, Inc, United United state 2. States Stateshttp://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik  http://id.wikipedia.org/wiki/Senyawa_organik  3. http://kim http://kimiadahs iadahsyat.b yat.blogspo logspot.com/ t.com/2009/0 2009/07/per 7/perbedaan-p bedaan-polimer olimerisas isasiikondensasi-dan.html 4. http://blog.ub.ac.id/mochamat/2012/02/21/material-komposit/  5. http://usupress.usu.ac.id/files/Polimer;%20Ilmu%20Material_Normal_bab%2 01.pdf  6. http://wartawarga.gunadarma.ac.id/2010/01/tugas-material-teknik-tentangpolimer/