POLIETILEN

PENDAHULUAN

Polimerisasi

Polimerisasi merupakan suatu jenis reaksi kimia dimana monomer-monomer bereaksi untuk membentuk rantai yang besar.

Dua jenis utama dari reaksi polimerisasi adalah polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Jenis reaksi yang monomernya mengalami perubahan reaksi tergantung pada strukturnya. Suatu polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya, sedangkan polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit karena terbentuknya produk sampingan selama berlangsungnya proses polimerisasi.

1.      Polimer Adisi

Reaksi pembentukan teflon dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen, disebut reaksi adisi. Perhatikan Gambar 1 yang menunjukkan bahwa monomer etilena mengandung ikatan rangkap dua, sedangkan di dalam polietilena tidak terdapat ikatan rangkap dua.

Gambar 1. Monomer etilena mengalami reaksi adisi membentuk polietilena yang digunakan sebagai tas plastik, pembungkus makanan, dan botol. Pasangan elektron ekstra dari ikatan rangkap dua pada tiap monomer etilena digunakan untuk membentuk suatu ikatan baru menjadi monomer yang lain

Menurut jenis reaksi adisi ini, monomer-monomer yang mengandung ikatan rangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain, membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi adisi mengandung semua atom dari monomer awal. Berdasarkan Gambar 1, yang dimaksud polimerisasi adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomer­monomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi ini tidak disertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H2O atau NH3.

 Contoh lain dari polimer adisi adalah suatu film plastik yang tipis terbuat dari monomer etilen dan permen karet dapat dibentuk dari monomer vinil asetat.

Dalam reaksi polimerisasi adisi, umumnya melibatkan reaksi rantai. Mekanisme polimerisasi adisi dapat dibagi menjadi tiga tahap. Sebagai contoh mekanisme polimerisasi adisi dari pembentukan polietilena

a)  Inisiasi, untuk tahap pertama ini dimulai dari penguraian inisiator dan adisi molekul monomer pada salah satu radikal bebas yang terbentuk. Bila kita nyatakan radikal bebas yang terbentuk dari inisiator sebagai R’, dan molekul monomer dinyatakan dengan  CH2 = CH2, maka tahap inisiasi dapat digambarkan sebagai berikut:

b)   Propagasi, dalam tahap ini terjadi reaksi adisi molekul monomer pada radikal monomer yang terbentuk dalam tahap inisiasi

Bila proses dilanjutkan, akan terbentuk molekul polimer yang besar, dimana ikatan rangkap C= C dalam monomer etilena akan berubah menjadi ikatan tunggal C – C pada polimer polietilena

c)   Terminasi, dapat terjadi melalui reaksi antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal mula-mula yang terbentuk dari inisiator (R’) CH2 – CH2 + R à CH2 – CH2- R atau antara radikal polimer yang sedang tumbuh dengan radikal polimer lainnya, sehingga akan membentuk polimer dengan berat molekul tinggi R-(CH2)n-CH2° + °CH2-(CH2)n-R’ à R-(CH2)n-CH2CH2-(CH2)n-R’ Beberapa contoh polimer yang terbentuk dari polimerisasi adisi dan reaksinya antara lain.

• Polivinil klorida

n CH2 = CHCl   →   [ - CH2 - CHCl - CH2 - CHCl - ]n Vinil klorida polivinil klorida

• Poliakrilonitril

n CH2 = CHCN →  [ - CH2 - CHCN - ]n

• Polistirena

2.      Polimer Kondensasi

Polimer kondensasi terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-kadang disertai dengan terbentuknya molekul kecil seperti H2O, NH3, atau HCl.

Di dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer bereaksi secara adisi untuk membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yang dibentuk akan bersamaan dengan dihasilkannya suatu molekul kecil – biasanya air – dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harus mempunyai dua gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung ke unit lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut reaksi kondensasi.

Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom hidrogen dari satu ujung monomer bergabung dengan gugus-OH dari ujung monomer yang lainnya untuk membentuk air. Reaksi kondensasi yang digunakan untuk membuat satu jenis nilon ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu 1,6 – diaminoheksana dan asam adipat yang umum digunakan untuk membuat jenis nylon. Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon pada setiap unit monomer. Dalam gambar ini, ada enam atom karbon di setiap monomer, maka jenis nylon ini disebut nylon 66.

POLIETILEN

1

Polietilen adalah suatu bahan yang termasuk dalam golongan polimer, dalam bahasa komersial lebih dikenal dengan nama plastik, karena bahan tersebut bersifat termoplastik. Jika polietilen diradiasi, maka bahan tersebut akan mengalami perubahan strukturnya, yang pada umumnya akan terjadi perubahan sifat-sifat fisisnya. Perubahan sifat- sifat fisis yang paling menonjol, adalah terjadinya pembentukan ikat silang. Sejalan dengan pembentukan ikat silang, beberapa informasi yang dapat diperoleh, yaitu :

1.      Harga Derajat kristalinitas, yang diuji dengan difraksi sinar-x.

2.      Kekuatan tarik, diuji dengan peralatan mesin instron-500.

3.      Titik leleh, diuji dengan alat DSC-40.

Pengaruh radiasi terhadap pembentukan ikat silang, lebih ditekankan pada permasalahan yang berkaitan dengan struktur molekul, kekuatan tarik dan titik leleh.

a.      Jenis dan cara produksi

      Polietilen dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen, yang dapat diperoleh dengan member hydrogen gas petroleum pada pemecahan minyak (nafta), gas alam atau asetilen. Polimerisasi etilen ditunjukkan pada reaksi di bawah.

      Yang digolongkan menjadi polietilen tekanan tinggi, tekanan medium dan tekanan rendah oleh tekanan pada polimerisasinya, atau masing – masing menjadi polietilen masa jenis rendah (LDPE) dengan massa jenis 0,910 – 0,926, polietilen massa jenis medium (MDPE) dengan massa jenis 0,941 – 0,965, menurut massa jenisnya, karena sifat – sifatnya erat hubungannya dengan massa jenisnya (kristalinitas). Termasuk polipropilen yang semua disebut polyolefin. Sebagai tambahan, semuanya adalah polietilen dengan berat molekul rendah (1.000 – 12.000), polietilen dengan berat molekul sangat tinggi (1 – 4 juta) demikian juga polietilen yang dikopolimerkan, polietilen yang diikat silangkan dan polietilen dibusakan.

Berikut adalah penjelasan mengenai berbagai jenis polietilen yang diklasifikasikan berdasarkan kepadatan dan percabangan molekulnya.

1)       Polietilena bermassa molekul sangat tinggi (Ultra high molecular weight polyethylene) (UHMWPE)

UHMWPE adalah polietilena dengan massa molekul sangat tinggi, hingga jutaan. Biasanya berkisar antara 3.1 hingga 5.67 juta. Tingginya massa molekul membuat plastik ini sangat kuat, namun mengakibatkan pembentukan rantai panjang menjadi struktur kristal tidak efisien dan memiliki kepadatan lebih rendah dari pada HDPE. UHMWPE bisa dibuat dengan teknologi katalis, dan katalis Ziegler adalah yang paling umum. Karena ketahanannya terhadap penyobekan dan pemotongan serta bahan kimia, jenis plastik ini memiliki aplikasi yang luas. UHMWPE digunakan sebagai onderdil mesin pembawa kaleng dan botol, bagian yang bergerak dari mesin pemutar, roda gigi, penyambung, pelindung sisi luar, bahan anti peluru, dan sebagai implan pengganti bagian pinggang dan lutut dalam operasi.

2)       Polietilena berdensitas tinggi (High density polyethylene) (HDPE)

HDPE dicirikan dengan densitas yang melebihi atau sama dengan 0.941 g/cm³. HDPE memiliki derajat rendah dalam percabangannya dan memiliki kekuatan antar molekul yang sangat tinggi dan kekuatan tensil. HDPE bisa diproduksi dengan katalis kromium/silika, katalis Ziegler-Natta, atau katalis metallocene. HDPE digunakan sebagai bahan pembuat botol susu, botol/kemasan deterjen, kemasan margarin, pipa air, dan tempat sampah.

3)       Polietilena cross-linked (Cross-linked polyethylene) (PEX atau XLPE)

PEX adalah polietilena dengan kepadatan menengah hingga tinggi yang memiliki sambungan cross-link pada struktur polimernya. Sifat ketahanan terhadap temperatur tingi meningkat seperti juga ketahanan terhadap bahan kimia.

4)       Polietilena berdensitas menengah (Medium density polyethylene) (MDPE)

MDPE dicirikan dengan densitas antara 0.926–0.940 g/cm³. MDPE bisa diproduksi dengan katalis kromium/silika, katalis Ziegler-Natta, atau katalis metallocene. MDPE memiliki ketahanan yang baik terhadap tekanan dan kejatuhan. MDPE biasa digunakan pada pipa gas.

5)       Polietilena berdensitas rendah (Low density polyethylene) (LDPE)

LDPE dicirikan dengan densitas 0.910–0.940 g/cm³. LDPE memiliki derajat tinggi terhadap percabangan rantai panjang dan pendek, yang berarti tidak akan berubah menjadi struktur kristal. Ini juga mengindikasikan bahwa LDPE memiliki kekuatan antar molekul yang rendah. Ini mengakibatkan LDPE memiliki kekuatan tensil yang rendah. LDPE diproduksi dengan polimerisasi radikal bebas.

6)       Polietilena linier berdensitas rendah (Linear low density polyethylene) (LLDPE)

LLDPE dicirikan dengan densitas antara 0.915–0.925 g/cm³. LLDPE adalah polimer linier dengan percabangan rantai pendek dengan jumlah yang cukup signifikan. Umumnya dibuat dengan kopolimerisasi etilena dengan rantai pendek alfa-olefin (1-butena, 1-heksena, 1-oktena, dan sebagainya). LLDPE memiliki kekuatan tensil yanglebih tinggi dari LDPE, dan memiliki ketahanan yang lebih tinggi terhadap tekanan.

7)       Polietilena berdensitas sangat rendah (Very low density polyethylene) (VLDPE)

VLDPE dcirikan dengan densitas 0.880–0.915 g/cm³. VLDPE adalah polimer linier dengan tingkat percabangan rantai pendek yang sangat tinggi. Umumnya dibuat dengan kopolimerisasi etilena dengan rantai pendek alfa-olefin.

b.      Sifat – Sifat

      Secara kimia polietilen merupakan parafin yang mempunyai berat molekul tinggi. Karena itu sifat – sifatnya serupa dengan sifat parafin. Terbakar kalau dinyalakan dan menjadi cair, menjadi rata kalau dijatuhkan di atas air.

(1)   Hubungan dengan massa jenis

            Dengan cara polimerisasi etilen yang berbeda didapat struktur molekul yang berbeda pula. Pada polietilen massa jenis rendah, molekul – molekulnya tidak mengkristal secara baik tetapi mempunyai banyak cabang. Di pihak lain, polietilen tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus, karena itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga mempunyai kristalinitas tinggi. Karena kristal yang terbentuk baik itu mempunyai gaya antar molekul kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanik yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula.

Tabel di bawah menunjukkan hubungan antara massa jenis dan sifat – sifat lain

klik untuk mrmperbesar gambar

(2)   Hubungan dengan berat molekul

            Sifatnya cukup berubah oleh perubahan massa jenis. Kalau massa jenis (kristalinitas) sama, sifat – sifat mekanik dan mampu olahnya berbeda menurut ukuran molekul. Karena berat molekul kecil, kecairannya pada waktu cair lebih baik, sedangkan ketahanan akan zat pelarut dan kekuatannya menurun. Polietilen pada suhu tetap 190°C diekstruksi melalui lubang dengan diameter 2,1 mm dan panjang 8 mm, memberikan 2161 g selama 10 menit. Jumlah yang terekstruksikan dalam gram adalah indeks cair.

 

  (3)   Sifat – sifat listrik

            Polietilen merupakan polimer non polar yang khas memiliki sifat – sifat listrik yang baik. Terutama sangat baik dalam sifat khas frekuensi tinggi, banyak dipakai sebagai bahan isolasi untuk radar, TV dan berbagai alt komunikasi. Akan mempunyai sifat lebih baik lagi jika massa jenisnya lebih tinggi.

(4)   Sifat – sifat kimia

            Polietilen adalah bahan polimer yang sifat – sifat kimianya cukup stabil tahan berbagai bahan kimia kecuali halida dan oksida kuat. Polietilen larut dalam hidrokarbon aromatik dan larutan hidrokarbon yang terklorinasi di atas suhu 70°C, tetapi tidak ada pelarut yang dapat melarutkan polietilen secara sempurna pada suhu biasa. Karena bersifat non polar, polietilen tidak mudah diolah dengan merekat dan mencap. Perlu perlakuan tambahan tertentu seperti oksidasi pada permukaan atau pengubahan struktur permukaannya oleh sinar elektron yang kuat. Kalau dipanaskan tanpa berhubungan dengan oksigen, hanya mencair sampai 300°C, kemudian terurai karena termal jika melampaui suhu tersebut. Tetapi jika dipanaskan dengan disertai adanya oksigen akan teroksidasi walaupun baru 50°C. Karena polietilen lemah terhadap sinar UV, bahan anti oksida seperti turunan naftilamin atau bahan pengabsorb UV seperti serbuk karbon, bensofenon, ester asam salisil, dicampurkan untuk memperbaiki ketahanan UV, perlu menjadi perhatian karena polietilen akan retak di bawah pengaruh tegangan apabila berhubungan dengan berbagai surfaktan, minyak mineral, alkali, alcohol, dsb.

(5)   Permeabilitas gas

            Film polietilen sangat sukar ditembus air, tetapi mempunyai permeabilitas cukup tinggi terhadap CO₂, pelarut organic, parfum, dsb. Polietilen massa jenis tinggi kurang permeabel daripada polietilen dengan massa jenis rendah.

c.       Polietilen Keperluan Khusus

(1)   Polietilen berat molekul rendah (1.000 – 12.000)

            Dapat diperoleh berbagai mutu mulai dari pelumas pada suhu sampai bahan dengan titik cair 100°C tergantung pada massa jenis dan berat molekulnya. Dipergunakan untuk memperbaiki mampu cetak dengan mencampur atau dipakai untuk membuat kertas tahan air, kain tanpa tenunan, pelapis, dan seterusnya dengan jalan pelapisan. Dipakai juga untuk membebaskan cetakan, permolisan, dsb.

(2)   Polietilen berat molekul sangat tinggi (1 – 4 juta)

            Bahan ini sukar untuk diolah karena kecairannya yang buruk, walaupun agak lunak dengan meningkatnya suhu. Tetapi bahan ini mempunyai ketahanan impak yang baik, ketahanan abrasi sangat baik, mempunyai sifat mekanik yang baik dan pemelaran yang kecil pada suhu sekitar 100°C.

(3)   Polietilen berikatan silang

            Jika secara antar molekul diikat silangkan oleh penyinaran sinar radioaktif, energy tinggi seperti dengan sinar elektron, sinar beta, sinar gama, dan seterusnya, kekuatan tarik, ketahanan retak – tegangan menjadi lebih baik dan titik lunaknya meningkat (250°C).

(4)   Polietilen busa

            Jika polietilen diikat silangkan dan dibusakan, massa jenisnya bervariasi dari daerah yang cukup lebar. Maka bahan ini dapat dipergunakan untuk isolasi dan bahan akustik. Bahan busa rendah dipakai sebagai pengganti bahan kayu.

d.      Mampu Olah

      Polietilen mudah diolah, maka dari itu sering dicetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi peniupan dan dengan hampa udara. Perlu diperhatikan bahwa penyusutannya tinggi.

e.       Penggunaan

      Pada suhu rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan bahan kimia. Karena itu dipakai untuk berbagai keperluan termasuk untuk permbuatan berbagai wadah, alat dapur, berbagai barang kecil, botol – botol, tempat minyak tanah, film, pipa, isolator kabel listrik, serat, kantong tempat sampah dan sebagainya.

f.       Masalah lingkungan

Penggunaan polietilena yang sangat luas menjadi masalah lingkungan yang amat serius. Polietilena dikategorikan sebagai sampah yang sulit didegradasi oleh alam, membutuhkan waktu ratusan tahun bagi alam untuk mendegradasinya secara efisien.

Pada bulan Mei tahun 2008, Daniel Burd, remaja Kanada berusia 16 tahun, memenangkan Canada-Wide Science Fair di Ottawa setelah menemukan Sphingomonas, tipe bakteri yang mampu mendegradasi polietilena. Bersama bakteri Pseudomonas, bakteri itu mampu mendegradasi lebih cepat.

Dirangkum dari berbagai SUMBER