5-polimerisasi-heterogen-emulsi.pptx

• Polimerisasi emulsi saat ini banyak dimanfaatkan secara komersial untuk memproduksi berbagai jenis polimer. • Polimer yang dibuat dengan proses ini addition polymer dan memerlukan inisiator radikal bebas.

Pada umumnya, sistem polimerisasi emulsi terdiri atas : • monomer, • dispersing medium, • emulsifying agent, • Inisiator yang larut dalam air, • transfer agent.

Distribusi Komponen Contoh resep polimerisasi emulsi: • 180 bagian (b) air, • 100 bagian (b) monomer, • 5 bagian (b) sabun (emulsifying agent), • 0.5 bagian (b) of potassium persulfate (inisiator yang larut dalam). Bagaimana komponen-komponen ini terdistribusi dalam sistem?

Sabun adalah garam Na atau K dari asam organik, seperti sodium stearate: O [CH3 (CH2)16  C  O–] Na+ R

Jika sejumlah kecil sabun dimasukkan ke air, maka akan terionisasi: O [CH3 (CH2)16  C  O–] Na+

O [CH3 (CH2)16  C  O–] + Na+

Anion sabun terdiri dari bagian yang tak larut dalam air (R) yang berupa rantai panjang, dan diakhiri oleh bagian yang larut dalam air.

O

[CH3 (CH2)16  C  O–] Hydrophopic group

Hydrophilic group

First addition of surfactant

More addition of surfactant

More addition of surfactant

Surfactant dissolves in the bulk and form an adsorption film at the air/water interface

colloidal particles

The micelles remain in dynamic equilibrium with the soap molecules dissolved in water

Micelle bentuk batang

2  panjang molekul sabun

50 – 100 molekul sabun

Micelle bentuk bola

Jika monomer yang tidak larut/sedikit larut dalam air diemulsikan dalam air dengan bantuan sabun dan pengadukan, maka akan terbentuk tiga fasa:

• Fasa air dengan sedikit sabun dan monomer yang terlarut. • Tetesan monomer yang teremulsikan. • Micelle (monomer-swollen micelles).

• Diameter tetesan monomer : 1 μm. • Ukuran butiran sangat dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. • Konsentrasi micelle: 1018 micelle per ml

• Konsentrasi monomer: 1010 – 1011 per ml.

Contoh diagram alir polimerisasi emulsi

Pembentukan agregat dalam air sangat tergantung pada beberapa faktor: • Konsentrasi surfactant

• Temperatur • Kekuatan ion • Keberadaaan molekul lain

LOKASI POLIMERISASI

Jika inisiator yang larut dalam air, seperti potassium persulfate, ditambahkan ke sistem polimerisasi emulsi, maka senyawa tersebut akan mengalami dekomposisi termal menjadi anion radikal sulfat:

S2O8–

panas

 2 SO4–

Anion radikal yang larut dalam air akan bereaksi dengan monomer terlarut dalam fasa air membentuk radikal bebas tipe sabun:

SO4–

50 – 60C

+ (n + 1) M  – S2O4– (CH2 – CX2)n – CH2 – CX2

Lokasi polimerisasi

Alasan mengapa reaksi polimerisasi terjadi dalam micelle: (1) Dimensi micelle 50 – 100 Å sementara tetesan monomer > 1 μm (10,000 Å). Karena rasio luas permukaan/volume bola adalah 3/R, maka micelle memiliki luas pemukaan yang lebih besar.

(2) Konsentrasi micelles lebih tinggi daripada tetesan monomer (1018 vs. 1011 per cm3).

Tiga tahap polimerisasi Sebelum inisiasi: • Dispersing medium, biasanya air, yang mengandung sedikit sabun (emulsifier) dan monomer. • Tetesan monomer dengan ukuran 10.000 Å terpisah akibat stabilisasi oleh molekul emulsifier.

• Konsentrasi tetesan monomer 1010–1011 per ml.

• Jika CMC terlampaui, 50 –100 molekul emulsifier akan membentuk micelle yang berbentuk bola dengan ukuran 40 – 50 Å; • Beberapa micelles terisi oleh lebih banyak monomer dan memiliki ukuran 50 – 100 Å; • Konsentrasi micelle  1018 per ml. • Tegangan permukaan rendah karena adanya sufactant.

TAHAP I (konversi 12–20%):

STAGE II (25 – 50% conversion): • Konsentrasi molekul monomer terlarut menjadi kecil.

• Tidak ada emulsifier terlarut. • Polimerisasi hanya terjadi dalam partikel monomer-swollen polymer (latex) melalui difusi monomer dari tetesan monomer. • Partikel polimer tumbuh, sementara ukuran tetesan monomer berkurang.

• Tidak ada inti partikel baru (jumlah partikel latex konstan), dan karena konsentrasi monomer konstan, maka kecepatan polimerisasi juga konstan. • Akhir dari tahap ini ditandai dengan hilangnya tetesan monomer.

STAGE III (50 – 80% conversion): • Tidak ada monomer dan emulsifier terlarut, emulsifier micelles, tetesan monomer atau monomer-swollen micelles. • Karena tetesan monomer tidak ada, maka kecepatan polimerisasi berhenti, yang ditandai dengan habisnya monomer dalam partikel latex. • Di akhir polimerisasi (konversi 100%), sistem mengandung partikel polimer (400–800 Å) yang terdispersi dalam fasa air.

Tahapan dalam polimerisasi emulsi