Minggu, 30 Oktober 2011

KONDISI POLIMERISASI



Dalam produksi bahan polimer ada beberapa hal yang harus diperhatikan:
1. Tahapan
            Tahapan, yang meliputi:
            Skala Laboratorium
            Skala “Bench”
            Pilot Plan
            Plant
2. Faktor-faktor teknis
  Penghilang panas
  Pengadukan
  Kontrol temperatur
  Ketelitian perhitungan bahan baku
  Pemisahan polimer dari masa reaksi
  Pengeluaran gas udara
  Kontaminasi dari reactor
  Pengaturan DP
3. Faktor Ekonomis
  Ukuran reaktor dan desain
  Pemilihan kondisi operasi, yang terdiri atas dua bagian, yaitu:
            Polimerisasi dalm fasa homogen
            Polimerisasi dalm fasa heterogen



Sistem Polimerisasi Homogen

jenis
keuntungan
Kerugian
Ruah “bulk”
(jenis batch)
Kontaminasi minimum
Alat sederhana
Reaksi sangat eksoterm
Distribusi BM sangat lebar
Konversi tinggi bila kompleks yang diinginkan partikel kecil.
Ruah “bulk”
(jenis kontinu)
Pada konversi rendah control panas akan lebih baik
Distribusi BM lebih sempit.
Perlu pengadukan, pemisahan material dan daur ulang
Larutan
Control panas lebih baik
Larutan langsung dapat dipakai.
Tak dapat dipakai untuk polimer kering karena kesukaran pemisahan pelarut

Sistem Polimerisasi Heterogen
Jenis
Keuntungan
Kerugian
·         Suspense
·         Kontrol panas baik
·         Suspense atau polimer butiran dapat langsung dipakai
·         Perlu pengadukan kontinu
·         Dapat terjadi kontaminasi dari satabilisator
·         Perlu pencucian, pengeringan dan pemantapan
·         Emulsi
·         Cepat terpolimer dengan BM tinggi
·         Distribusi BM tinggi
·         Dapat langsung digunakan
·         Kontaminasi zat pengemulsi
·         Warna kurang baik
·         Kestabilan kurang
·         Perlu pencucian, pengeringan, pemantapan.

Polimerisasi dalam sistem homogen
1. Ruah “Bulk”
  Terutama digunakan polimerisasi kondensasi bukan untuk adisi.
  BM kecil tidak terlalu eksoterm
  Visikositas campuran cukup rendah, pencampuran rendah, juga perpindahan panas, eliminasi gelembung.
  Pembentyukan gel harus dicegah
  Stoikiometri reaksi harus diatur
  Kesukaran terjadi gas sehingga produk kurang homogeny
  Kurang baik untuk reaksi adisi
2. Larutan
  Dapat dilakukan untuk polimerisasi vinil dengan pelarut yang sesuai
  Keuntungan: panas dapat dipindahkan kepelarut.
  Kesukaran: dapat terjadi pemindahan rantai kepelarut
  Sukar menhilangkan pelarut
  Polimerisasi dalam sistem heterogen
1. Polimerisasi monomer gas
  Dapat menghasilkan produk:
  Lelehan polimer (cair)
  Polimer padat
  Contoh: Polimer Etilen
            - Polimer etilen pada tekanan tinggi
            - Polimer etilen pada tekanan rendah


Tekanan tinggi
Tekanan rendah
a.       Mekanisme radikal bebas dalam fasa cair
b.      Konversi rendah
c.       Sisa etilen dapat didaur ulang
d.      Polimerisasi koordinasi dengan katalis tersuspensi dalam gas etilen
e.       Polimer padat mengandung sedikit katalis
2. Polimerisasi Emulsi
  Ada 2 fasa cair saling bercampur :
                       
                        Fasa luar = fasa kontinu = medium pendispersi = air
                        Fasa dalam = fasa terkontinu = medium terdispersi = monomer + polimer

  Inisiator berada dalam fsa cair. Partikel monomer – polimer = 0,1µm
  Dispersi cair-cair = emulsi memerlukan stabilisator (emulgator).
  Disperse padat-cair = suspensi
  
Resep kopolimerisasi emulsi dari stirena + butadiene
(Karet sintetis selama PD II)
Bahan                                                  bahan perberat
Butadiene                                            75
Stiren                                                   25 monomer
Air                                                       180 medium
Sabun                                                  5,0 surfaktan (emulgator)
Kalium persulfat                                 0,3 inisiator
Merkapton                                           0,5 zat pemindah rantai
Emulgator= stabilistor=zat aktif permukaan ( surfaktan)
Surfaktan cenderung beragregasi membentuk Misel ( 50 – 100 molekul/partikel)
Surfaktan cenderung beragregasi membentuk misel ( 50 – 100 molekul/partikel)

EMULGATOR (sabun)

Mekanisme Polimerisasi Emulsi
  Tahap awal
            Pengemulsi berfungsi sebagai pelarut dari monomer (proses solubilisasi). Pada konversi 15% terjadi perubahan, misalnya menggelembung (monomer Swallon Polimer Particles)
  Tahap propagasi
            Monomer berdifusi kedalam polimer. System berubah dari “monomer Swollen Micolle” menjadi monomer “monomer swallon polynier”.
  Tahap akhir
            Monomer habis → hanya ada “monomer swallon Polimer”.
Perubahan fisik selama polimerisasi emulsi
Tahap II
Tahap III
4. Kinetika Smith-Ewart

Dasar teori  : Pada tahap II tidak terbentuk polimer baru.
Nt = banyaknya partikel/ satuan volume emulsi
            No= tidak mengandung radikal; bebas
            N1= satu radikal bebas
            N2=dua radikal bebas
nt= banyaknya radikal/satuan volume dalam massa reaksi
            Vp = Kp(M)nt = Kp(M)½Nt
Vp ~ Nt →Dpn =    
𝛒 = laju pembentukan radikal
            N ~ (E)    (E)  = konsentrasi emulgator
Menurut Smith-Ewart, polimerisasi emulsi:
Vp ~Ni(I)0,4(E)0,6
N~ (I)0,4(E)0,6
DPn ~ N(E)0,5(I)-0,6
Kinetika smith-ewarth cocok untuk monomeryang kelarutannya kecil dalam air.
Contoh: Stiren, butadiene, isoprene (Kelarutan a ˂ 0,1%)
Penyimpangan kinetika Smith-Ewart terjadi untuk system
         Partikel besar (˃0,1 – 0,15 µm diameter)
         Kelarutan monomer tinggi (1-100%)
         Terjadi pemindahan rantai ke zat pengemulsi.
5. Sistem emulsi inverse
         System: monomer larut dalam air (asam akrilat, akrilamid)diemulsi dalam fasa kontinu minyak dengan zat pengemulsi minyak
         Kekurangan : Proses emulsi kurang stabil
6. Inisiasi Redoks
  Prinsip : inisiator jenis peroksida dalam air dapat dipercepat dengan adanya zat pereduksi.

  Fungsi zat pereduksi: mempercepat pembentukan radikal pada temperature rendah
  Contoh:
            H2O2  +  Fe2+  → OH + OH- + Fe3+
              peroksida         pereduksi
            S2O8-3     +  R → SO4-2 + SO4--+ R+
                ion persulfat     pereduksi
  pereduksi ion tiosulfat atau ion bisulfit
            S2O8-3     +  S2O3-2 → SO4-2 + SO4- + S2O3--
            S2O8-3     +  HSO3 → SO4-2 + SO4-- + HSO3
C. Sistem Cairan Heterogen Lainnya
1.  Polimerisasi Suspensi
 SiC. Sistem Cairan Heterogen Lainnya
stem : monomer= fasa terdispersi dalam air.
  Polimer yang terbentuk = fasa padat terdispersi
  Inisiator larut dalam fasa monomer.
  Kinetikanya sama seperti polimerisasi ruah”Bulk”
  Dispersi monomer = 0,01- 0,5 Cm diameter (daripada polimer emulsi)
  Perlu pengadukan dan penstabilan yang larut dalam air.
  Produk : polimer terbentuk manic-manik, pemisahannya mudah.
Contoh:
Resep polimerisasi suspense ( bagian / 100 bagian monomer)

Komponen
Metilmetakrilat
Vinil klorida
Inisiator peroksida
0,5
0,1
Air
350,0
150-350
Zat Penstabil
0,01-1,0
0,001-1
Zat penstabil : metilselulosa; gelatin; PVA; Na-Peli-akrilat
2. Polimerisasi Pengendapan
Prinsip : Polimer tak larut dalam monomer atau polimerisasi dengan pelarut yang tidak melarutkan polimer yang terbentuk.
             
Kinetika reaksi berlainan dengan kinetika reaksi homogen. Radikal dapat terperangkap dalam polimer yang tak mengembung.
Persamaan : radikal terjebak bereaksi cepat. Persamaan laju
Vp=Kp              {[M]I + f()II
I  :  Polimerisasi biasa dalam fasa homogeny.
II :  tambahan laju polimerisasi dalam polimer yang terendapkan Karen radikal terjebak.
           
            f(P) ~ (P) pada konversi rendah
            f(P) ~ (P)1/3 
 pada konversi tinggi.
3. Polimerisasi Fasa Padat
Polimerisasi berlangsung dalam keadaan padat kristadin berlaku untuk monomer dan siklik
Contoh : Stiren, akrilonitril, metaakrilotinitril, formaldehid,trioksan, propilakton, diketon, vinilstearat, vinilkarbasol, vinilpirolakton.
Syarat: harus ada efek Kristal dari monomer biasanya defek garis.