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)n_t = Kp(M)½N_t

Vp ~ N_t →Dp_n =    

𝛒 = laju pembentukan radikal

            N ~ (E)    (E)  = konsentrasi emulgator

Menurut Smith-Ewart, polimerisasi emulsi:

Vp ~N_i(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(ﺎ)_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.