Polyamide

Polyamide (Poliamida) adalah polimer yang terdiri dari monomer amida yang tergabung dengan ikatan peptida. Poliamida dapat terbentuk secara alami ataupun buatan. Salah satu bentuk poliamida alami yaitu protein, seperti wol dan sutra. Poliamida dapat dibuat secara artifisial melalui polimerisasi atau sintesis (fase padat). Contoh poliamida buatan diantaranya nilon, aramid dan sodium poly(aspartat). Poliamida biasanya digunakan dalam industri tekstil, otomotif, karpet dan pakaian olahraga karena memiliki sifat kuat dan daya tahan yang ekstrim.

Poliamida pertama kali dibuat oleh W.Carothers pada tahun 1928 dengan nama dagang nylon. Poliamida dibuat dari hasil reaksi senyawa diamina dan dikarboksilat. Poliamida yang pertama dibuat dari heksametilendiamina dan asam adipat. Serat yang dihasilkannya disebut nylon 66, dimana persamaan reaksinya sebagai berikut :

NH2(CH2)6NH2+COOH(CH2)4COOH –> NH2(CH2)6NHCO(CH2)4COOH +H2O

Angka dibelakang nama nylon menunjukkan jumlah atom karbon penyusun dari senyawa amina dan senyawa karboksilatnya. Serat nylon lain yang dibuat adalah dari asam sebasat dan heksametilendiamina yang hasil reaksinya dinamakan nylon 6.10.

Pembuatan serat nylon dilakukan dengan membuat garam nylon yang merupakan hasil reaksi dari asam karboksilat dengan senyawa amina. Kemudian garam nylon dipolimerisasikan pada suhu tinggi sehingga terjadi polimerisasi dan dihasilkan poliamida sebagai bahan baku serat nylon. Selanjutnya poliamida yang dihasilkan (pada umumnya dalam bentuk chips) dilelehkan pada suhu titik leburnya kemudian dipintal.

Menurut jumlah pengulangan unitnya, poliamida dapat dibedakan menjadi :

• homopolimer :
  • PA 6 : [NH−(CH₂)₅−CO]_n terbentuk dari ε-Caprolactam.
  • PA 66 : [NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n terbentuk dari hexamethylenediamine dan asam adipic.
• kopolimer :
  • PA 6/66 : [NH-(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n−[NH−(CH₂)₅−CO]_m terbentuk dari caprolactam, hexamethylenediamine dan asam adipic.
  • PA 66/610 : [NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₄−CO]_n−[NH−(CH₂)₆−NH−CO−(CH₂)₈−CO]_m terbentuk dari hexamethylenediamine, asam adipic dan asam sebacic.

Berdasarkan kristalinitasnya, poliamida dibedakan menjadi :

• semi-kristalin :
  • kristalinitas tinggi : PA46, PA 66.
  • kristalinitas rendah : PA mXD6 terbentuk dari m-xylylenediamine dan asam adipic.
• amorf : PA 6I terbentuk dari hexamethylenediamine dan asam isophthalic.

Pembentukan dari Monomer

Ikatan amida dihasilkan dari reaksi kondensasi gugus amino dan asam karboksilat atau gugus asam klorida. Suatu molekul kecil, biasanya air atau hidrogen klorida dieliminasi. Kelompok amino dan kelompok asam karboksilat bisa berada pada monomer yang sama, atau polimer dapat dibentuk dari dua monomer bifungsional yang berbeda. Satu dengan dua gugus amino, dan yang lain dengan dua asam karboksilat atau gugus asam klorida. Asam amino dapat diambil dari monomer tunggal (jika perbedaan antara kelompok R diabaikan) bereaksi dengan molekul identik untuk membentuk poliamida. Persamaan reaksinya dapat terlihat pada gambar berikut :

Reaksi Pembentukan Poliamida

Pembentukan poliamida dari gugus monomer juga dapat terlihat pada pembuatan aramid (aromatic polyamide) sebagai berikut :

Reaksi Pembentukan Aramid (aromatic polyamide)

 

Sifat Poliamida

Sifat poliamida tergantung dari senyawa penyusunnya. Secara umum, serat poliamida mempunyai penampang membujur berbentuk silinder dan penampang melintang bulat. Serat nylon dibuat untuk berbagai tujuan, seperti untuk keperluan industri dibuat serat dengan kekuatan tinggi dan mulur kecil, sedangkan untuk tekstil pakaian dibuat dengan kekuatan yang tidak terlalu tinggi dan mulur yang agak tinggi.

Serat poliamida tahan terhadap serangan jamur, bakteri dan serangga. Serat ini juga sangat tahan basa, rusak dalam asam kuat.dan dapat dicelup dengan zat warna dispersi asam dan basa.

Morfologi Serat Poliamida

Serat poliamida dipintal dengan pemintalan leleh, seperti halnya serat buatan lainnya. Poliamida mempunyai penampang melintang yang bermacam-macam, tetapi yang paling umum bentuk trilobal dan bulat.

Penggunaan serat poliamida

Serat poliamida memiliki kekuatan yang cukup tinggi dan ketahanan kimia yang cukup baik, oleh karena itu penggunaanya cukup luas. Dapat digunakan untuk tekstil pakaian misalnya kaos kaki, pakaian dalam, baju olah raga sampai pada penggunaan teknik seperti benang penguat ban, terpal, belt penarik dan lain sebagainya.

Aramid

      

Serat aramid adalah salah satu jenis serat sintetis tahan panas dan kuat. Aramid digunakan dalam kedirgantaraan dan aplikasi militer, sebagai bahan rompi anti peluru dan komposit balistik, digunakan juga pada ban sepeda, dan sebagai pengganti asbes. Nama aramid berasal dari kata “aromatic polyamide“. Aramid merupakan serat yang memiliki rantai molekul berorientasi tinggi, teratur sepanjang sumbu serat, sehingga sifat kekuatan ikatan kimianya dapat dimanfaatkan. Aramid sendiri memiliki struktur pembentuk berupa poliamida sintetis berantai panjang di mana setidaknya 85% dari ikatan amida (-CO-NH-) terikat langsung ke dua cincin aromatik.

Struktur Kimia Aromatic Polyamide

Berdasarkan bentuk ikatan kimianya, aramid dibedakan menjadi dua jenis, yaitu meta-aramid dan para-aramid.

Meta-aramid

Meta-aramid memiliki struktur ikatan kimia dimana kelompok amida melekat pada cincin fenil di posisi 1 dan 3. Aramid pertama kali diperkenalkan pada aplikasi komersial pada awal tahun 1960 berupa serat meta-aramid yang diproduksi oleh DuPont sebagai HT-1 yang kemudian dikenal dengan nama dagang Nomex. Serat aramid ini mirip dengan serat tekstil pakaian biasa, memiliki karakter resistensi yang sangat baik terhadap panas, karena tidak meleleh ataupun terbakar bersama oksigen sehingga digunakan secara luas dalam produksi pakaian pelindung tahan api, filter udara, isolator termal dan listrik, serta pengganti asbes. Meta-aramid juga diproduksi di Belanda dan Jepang oleh perusahaan Teijin dengan nama dagang Conex, di Cina oleh Yantai Tayho dengan nama dagang New Star, oleh SRO Group (Cina) dengan nama dagang X-Fiper, dan varian dari meta-aramid di Prancis diproduksi oleh perusahaan Kermel dengan nama dagang Kermel.

Para-aramid

Para-aramid memiliki struktur ikatan kimia dimana kelompok amida dipisahkan oleh kelompok para-fenilena. Kelompok amida melekat pada cincin fenil berlawanan satu sama lain, pada karbon 1 dan 4. Bahan yang memiliki struktur para-aramid yaitu Kevlar.

Berdasarkan penelitian sebelumnya oleh Monsanto Company dan Bayer, serat para-aramid dengan kelenturan dan modulus elastisitas yang jauh lebih tinggi juga dikembangkan pada tahun 1960-1970-an oleh DuPont dan Akzo Nobel, dengan didasari pengalaman mereka dalam memproduksi rayon, polyester dan nilon. Para-aramid digunakan dalam banyak aplikasi teknologi tinggi, seperti aerospace, aplikasi militer, untuk bahan pakaian anti peluru.

Pengaruh Bahan Aramid Terhadap Kesehatan

Selama tahun 1990, tes in vitro dari serat aramid menunjukkan banyak efek yang sama pada sel epitel seperti halnya asbes, termasuk peningkatan penggabungan nukleotida radiolabel dalam DNA dan induksi ODC (ornithine decarboxylase) aktivitas enzim dan meningkatkan kemungkinan implikasi karsinogenik.

Pembuatan Aramid

Aramid umumnya dihasilkan oleh reaksi antara gugus amina dan sekelompok halida asam karboksilat. Homopolimer AB secara sederhana terlihat seperti berikut:

nNH2-Ar-COCl → – (NH-Ar-CO) n-+ nHCl

Para-aramid yang paling terkenal (Kevlar, Twaron, Nomex, New Star dan Teijinconex) adalah AABB polimer. Nomex, Teijinconex dan New Star berisi sebagian besar ikatan meta dan poly-metaphenylene isophtalamides (MPIA). Kevlar dan Twaron,keduanya p-phenylene terephtalamides (PPTA), bentuk yang paling sederhana dari AABB para-polyaramide. PPTA merupakan produk p-phenylene diamine (PPD) dan  terephtaloyl dichloride (TDC atau TCl). Produksi PPTA bergantung pada co-solvent dengan komponen ionik (kalsium klorida (CaCl2)) untuk menempati ikatan hidrogen dari gugus amida, dan komponen organik (N-metil pirolidon (NMP)) untuk memisahkan polimer aromatik. Sebelum penemuan proses ini oleh Leo Vollbracht, yang bekerja di perusahaan kimia Belanda Akzo, secara praktis belum ada metode dalam melarutkan polimer tersebut. Penggunaan sistem ini menyebabkan sengketa paten antara Akzo dan DuPont.

Extrusion

Beberapa pengalaman saya yang lalu, satu tahun lebih saya menjadi eksekutor proyek di salah satu perusahaan teh ternama di Indonesia. Proyek ini memakan anggaran yang luar biasa, yaitu pemasangan instalasi sistem irigasi tetes di lahan teh. Selama itu pula saya menyelami dunia perpipaan terutama pipa PVC(Polyvinyl Chloride) dan PE (Polyethylene).

Sempat terbesit di benak saya dulu tentang bagaimana pipa-pipa ini dibuat dan bagaimana prosesnya. Hampir dua tahun berjalan akhirnya saya menemukan tempat yang tidak hanya menjawab pertanyaan tetapi juga memberi pengalaman baru untuk saya belajar dan terjun langsung dalam proses pembuatan pipa, khususnya pipa PE.

Proses yang akan saya bahas ini adalah ekstrusi (extrusion). Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Mesin yang digunakan untuk proses ini disebut dengan extruder (Gambar diatas). Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik adalah contoh bahan yang paling banyak diproses dengan ekstrusi. Salah satu benda dari baja yang dibuat dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api.

Pada ekstrusi logam, bahan baku dipanaskan terlebih dahulu agar menjadi lunak. Setelah itu dimasukkan dalam container. Sebuah ram (stempel) menekan bahan tersebut melalui sebuah die (cetakan). Akibatnya bahan menjadi mulur dan terbentuk sesuai dengan penampang die. Sedangkan pada ekstrusi plastik, proses pemanasan dan pelunakan bahan baku terjadi di dalam barrel akibat adaya pemanas dan gesekan antar material akibat putaran screw (sumber: wikipedia). Detail proses dan tahapan-tahapannya akan saya bahas pada tulisan selanjutnya.

Polyethylene

Karena terhitung baru kali ini saya memasuki dunia industri perkabelan dan perpipaan, ini pengalaman pertama saya berkecimpung dengan bahan-bahan kimia terutama polimer termoplastik. Disebut termoplastik karena bahan ini menjadi bersifat plastis (mudah dibentuk) ketika diberi suhu lingkungan yang tinggi (termo=suhu). Salah satu jenis termoplastik yaitu polyethylene atau polietilena.

Langsung saja pada sumber yang saya temukan:

Polietilena (disingkat PE) (IUPAC: Polietena) adalah termoplastik yang digunakan secara luas oleh konsumen produk sebagai kantong plastik. Sekitar 80 juta metrik ton plastik ini diproduksi setiap tahunnya.

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. Setiap metode menghasilkan tipe polietilena yang berbeda.

Polietilena terdiri dari berbagai jenis berdasarkan kepadatan dan percabangan molekul. Sifat mekanis dari polietilena bergantung pada tipe percabangan, struktur kristal, dan berat molekulnya.

• Polietilena bermassa molekul sangat tinggi (Ultra high molecular weight polyethylene) (UHMWPE)
• Polietilena bermassa molekul sangat rendah (Ultra low molecular weight polyethylene) (ULMWPE atau PE-WAX)
• Polietilena bermassa molekul tinggi (High molecular weight polyethylene) (HMWPE)
• Polietilena berdensitas tinggi (High density polyethylene) (HDPE)
• Polietilena ”cross-linked” berdensitas tinggi (High density cross-linked polyethylene) (HDXLPE)
• Polietilena ”cross-linked” (Cross-linked polyethylene) (PEX atau XLPE)
• Polietilena berdensitas menengah (Medium density polyethylene) (MDPE)
• Polietilena berdensitas rendah (Low density polyethylene) (LDPE)
• Polietilena linier berdensitas rendah (Linear low density polyethylene) (LLDPE)
• Polietilena berdensitas sangat rendah (Very low density polyethylene) (VLDPE)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Sifat Fisik Polyethylene :

Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polietilena. Temperatur titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena. Pada tingkat komersil, polietilena berdensitas menengah dan tinggi, titik lelehnya berkisar 120 ºC hingga 135 ºC. Titik leleh polietilena berdensitas rendah berkisar 105 ºC hingga 115 ºC.

Kebanyakan LDPE, MDPE, dan HDPE mempunyai tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena atau xilena, atau larutan terklorinasi seperti trikloroetana atau triklorobenzena.

Nah, itulah sumber yang saya temukan. Selanjutnya, mari kita mulai belajar dan memahami.

Sekapur Sirih

Alhamdulillah, ucapan syukur saya haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena karunia-Nya yang telah mengizinkan saya untuk memulai penulisan blog ini. Terimakasih kepada semua pihak yang telah mendukung saya dan berada di samping saya selama pembuatan blog ini. Harapan kedepannya blog ini dapat memberikan banyak informasi yang bermanfaat serta menjadi inspirasi yang mencerahkan bagi para pembaca.