Makalah Pengetahuan Bahan Teknik.docx

MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK POLIMER THERMOSETTING

DISUSUN OLEH : MARLINA ( 331 17 009 ) RISKA WAHYUNENGSI ( 331 17 023 ) 1A JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG MAKASSAR 2018

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT berkat limpahan rahmat dan karuniaNya saya dapat menyelesaikan makalah Pengetahuan Bahan Teknik yang berjudul “ polimer thermosetting“ . Tidak lupa pula kami ucapkan terima kasih kepada dosen yang bersangkutan yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Makalah ini dikemas dengan beberapa pembahasan tentang polimer thermosetting Semoga makalah ini dapat memberikan dan menambah wawasan yang lebih luas untuk diri kami pribadi dan para pembaca tentang polimer. Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan masukan yang membangun dari para pembaca yang telah membaca makalah ini. Sebelumnya kami pribadi memohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan di hati para pembaca.

Makassar , 28 November 2018 Penulis MARLINA ( 331 17 009 ) RISKA WAHYUNENGSI ( 331 17 023 )

BAB I PENDAHULUAN 1.1

LATAR BELAKANG

1.2

RUMUSAN MASALAH 1. 2. 3. 4.

1.3

Apa pengertian Polimer Thermosetting? Apa saja jenis – jenis Polimer Thermosetting? Bagaimana reaksi yang terjadi? Bagaimana proses yang terjadi?

TUJUAN Tujuan dari pembuatan makalah ini selain untuk memenuhi tugas mata kuliah Pengetahuan Bahan Teknik, makalah ini juga bertujuan untuk : 1. Mengetahui pengertian Polimer Thermosetting 2. Mengetahui saja jenis – jenis Polimer Thermosetting 3. Mengetahui reaksi yang terjadi 4. Mengetahui proses yang terjadi

1.1

MANFAAT Dengan pembuatan makalah ini diharapkan dapat memberikan dan menambah wawasan mengenai senyawa polimer bagi kalangan pelajar maupun kalangan umum. Sehingga kita dapat mengetahui lebih dalam mengenai senyawa Polimer Thermosetting dan pemanfaatannya dalam kehidupan.

BAB II ISI

2.1 PENGERTIAN POLIMER

Polimer disebut juga dengan makromolekul merupakan molekul besar yang dibangun dengan pengulangan oleh molekul sederhana yang disebut monomer. Polimer merupakan molekul raksasa (makromolekul) yang terbentuk dari susunan ulang ratusan bahkan ribuan molekul sederhana yang disebut monomer. Oleh karena itu polimer mempunyai massa molekul relatif yang sangat basar.Polimer (polymer) berasal dari dua kata, yaitu poly (banyak) dan meros (bagian – bagian). karakteristik polimer secara umum yaitu sebagai berikut : •

Densitas yang rendah, dibandingkan dengan logam dan keramik.

•

Rasio kekuatan terhadap berat (strength to weight) yang baik untuk beberapa jenis polimer.

•

Ketahanan korosi yang tinggi.

•

Konduktivitas listrik dan panas yang rendah

Klasifikasi polimer dapat dibedakan berdasarkan ketahanan terhadap panas (termal) dan berdasarkan asalnya. 1. Polimer berdasarkan asalnya Berdasarkan asalnya, polimer dibedakan atas polimer alam dan polimer buatan. Polimer alam telah dikenal sejak ribuan tahun yang lalu, seperti amilum, selulosa, kapas, karet, wol, dan sutra. Polimer buatan dapat berupa polimer regenerasi dan polimer sintetis. Polimer regenerasi adalah polimer alam yang dimodifikasi. Contohnya rayon, yaitu serat sintetis yang dibuat dari kayu (selulosa). Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari molekul sederhana (monomer) dalam pabrik 2. Polimer berdasarkan ketahan terhadap panas  polimer termoplastik  polimer termoseting

1. POLIMER THERMOSETTING Polimer termoseting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak dapat disambung atau diperbaiki lagi. Polimer ini terdiri dari molekul rantai lurus dengan ikatan yang kuat antarsesamanya. Atau bisa dikatakan Polimer thermosetting adalah polimer network. Polimer ini menjadi keras secara permanen selama pembentukannya dan tidak melunak ketika dipanaskan. Polimer network mempunyai crosslink kovalen di antara rantai polimer yang berdekatan. Selama pemanasan, ikatan ini mengikat rantai polimer menjadi satu untuk menahan gerakan vibrasi dan rotasi rantai pada temperature tinggi. Hal inilah yang menjadi penyebab mengapa material tidak melunak ketika dipanaskan. Plomer termoseting memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras. Semakin banyak ikatan silang pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer. Hanya pemanasan yang berlebih yang akan menyebabkan beberapa ikatan crosslink dan polimer itu sendiri mengalami degradasi. Polimer termoset biasanya lebih keras dan kuat daripada termoplastik dan mempunyai stabilitas dimensional yang lebih baik. Kebanyakan polimer crosslink dan network termasuk vulcanized rubbers, epoxies, dan phenolics and beberapa resin polyester adalah termosetting Tidak dapat menerima siklus pemanasan-pendinginan seperti termoplastik: •

Ketika dipanaskan pada tahap awal, termoset melunak dan mampu mengalir di dalam cetakan.

•

Tapi pada temperatur yang tinggi, terjadi reaksi kimia yang mengeraskan material sehingga akhirnya menjadi padatan yang tidak mampu lebur kembali (infusible solid).

•

Jika dipanaskan ulang, tidak mampu melunak kembali melainkan akan terdegradasi menghasilkan arang.

Bentuk struktur ikatan silang sebagai berikut.

2. SIFAT POLIMER THERMOSETTING Sifat polimer termoseting sebagai berikut. 

Ketika dipanaskan pada tahap awal, termoset melunak dan mampu mengalir di dalam cetakan.



Tapi pada temperatur yang tinggi, terjadi reaksi kimia yang mengeraskan material sehingga akhirnya menjadi padatan yang tidak mampu lebur kembali (infusible solid).



Jika dipanaskan ulang, tidak mampu melunak kembali melainkan akan terdegradasi menghasilkan arang.



Keras dan kaku (tidak fleksibel)



Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).



Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.



Tahan terhadap asam basa.



Mempunyai ikatan silang antar rantai molekul.

3. JENIS-JENIS THERMOSETTING 3.1 Resin Urea formaldehid (Resin Amino) Resin Urea formaldehid adalah hasil polimerisasi kondensasi urea dengan formaldehid. Resin ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam ,basa , tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Karena sifat-sifat tersebut, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Resin urea ini dapat dicetak tekan, memiliki permukaan yang keras dan mempunyai nilai dielektrik yang tinggi dan dapat diberi berbagai warna. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah laminating, coating, tekstil resin finishing. Jenis resin ini banyak juga digunakan untuk mencegah berkerut dan kusut nya kain katun dan untuk mencegah menyusutnya kayu. Resin formaldehid dibuat dengan mereaksikan formaldehid dengan berbagai zat-zat seperti urea dan fenol. Reagen-reagen tersebut dicampur untuk membentuk polimer termoset sambung silang yang digunakan dalam kayu yang disusun kembali (misalnya kayu lapis) dan perekat kayu (Biddle dan Packer, 2005). Resin formaldehid terbentuk oleh reaksi dengan urea formaldehid, fenol, melamin atau resorsinol, dan digunakan sebagai perekat.

Gambar 2.1 Beberapa Senyawa yang Dapat Dibuat Resin Formaldehid (Biddle dan Packer, 2005) Formaldehid ini diproduksi oleh Resin ICI oleh katalis perak pada oksidasi metanol :

Gambar 2.2 Pembentukan Formaldehid (Biddle dan Packer, 2005) Proses resinifikasi untuk urea formaldehid itu terjadi dalam dua tahap utama, yaitu metilolasi dan kondensasi. Pada langkah metilolasi, urea dan formaldehid yang bereaksi di bawah kondisi yang terkontrol menggunakan katalis basa. Biasanya, tahap metilolasi dilakukan

pada pH sekitar 8,0. Tahap metilolasi biasanya menghasilkan padatan terlarut dalam campuran metilol, monometilol urea, dan dimetilol urea dan trimetilol urea.

urea

formaldehid

monometilol urea

dimetilol urea

trimetilol urea Gambar 2.3 Reaksi Metilolasi Urea Formaldehid (Ibeh, 1998) Reaksi

metilolasi

urea

dikendalikan

sehingga

1

mol

urea

digabung dengan 2 mol formaldehid untuk menghasilkan dimetilol urea yang dominan. Tahap kedua dari proses resinifikasi melibatkan kondensasi dari jenis metilolasi dengan adanya katalis asam, yang bila dilakukan sampai selesai, hasil dalam resin, sepenuhnya mengeras dapat dicairkan dengan jembatan metilen. Hasil reaksi kondensasi yang telah ditentukan titik akhirnya, dan resin intermediate didinginkan. Resin intermediate distabilkan dengan menyesuaikan pH sampai sekitar 7,0-8,0. Kondensasi dari metilolasi setara dengan 2 mol urea bereaksi dengan 1 mol formaldehid untuk membentuk resin urea formaldehid (Ibeh, 1998).

urea

formaldehid

urea-formaldehid

air

Gambar 2.4 Reaksi Pembentukan Resin Urea Formaldehid (Ibeh, 1998) Lapisan resin urea formaldehid mempunyai tahap curing lebih cepat tetapi memiliki kelembaban lebih rendah dibandingkan dari lapisan resin melamin formaldehid. Secara umum, melamin berbasis resin lapisan memiliki kinerja lebih baik secara keseluruhan, tapi, sekali lagi, biaya yang lebih tinggi membatasi penggunaannya. Hal ini secara umum untuk penggunaan kombinasi urea/melamin berbasis resin untuk mencapai keseimbangan yang tepat dari properti, biaya, dan kinerja (Ibeh, 1998).

Aplikasi Resin urea formaldehid banyak digunakan dalam industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adeshif, papan fiber berdensitas medium , dan laminasi pada pada produk furniture, panel dan lain-lain. Di bidang plastik resin urea formaldehid merupakan bahan pendukung resin fenol formaldehid karena dapat memberikan warna terang. Selain itu, laju pengerasan pada temperatur kamar yang cepat membuat resin ini cocok digunakan sebagai perekat. 3.2 Fenol-formaldehida/bakelit (Resin Phenol) Merupakan resin sintetik yang dibuat dengan mereaksikan phenol denganformaldehida, wujud nya keras, kuat, awet dan dapat dicetak pada berbegai kondisi.Bahan ini mempunyai daya tahan panas dan air yang baik dan dapat diberi macam-macam warna,sering digunakan sebagai bahan pelapis dan laminating, pengikat batu gerinda, pengikat logam ataugelas, dapat dicetak menjadi kotak, isolator listrik, tutup botol dan tangkai pisau, plastik yang digunakan untuk peralatan listrik seperti fitting lampu listrik, steker listrik, peralatan fotografi, radio, perekat plywo. Novolak merupakan hasil reaksi antara phenol ekses dengan formaldehid oleh adanya katalis asam. Jenis katalis asam yang sering digunakan adalah asam sulfat, asam klorida, dan asam oksalat dengan konsentrasi rendah. Hasil reaksi akan membentuk produk yang termoplast dengan berat molekul 500 - 900. Agar novolak menjadi bersifat termoset maka membutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967). Tahap reaksi dalam pembentukan novolak tersaji pada gambar 1 dan 2. Pada novolak, reaksi polikondensasi dapat berlangsung sempurna sampai membentuk rantai dengan struktur methylene link dan phenol terminate tanpa adanya gugus fungsional dan tidak dapat cure dengan sendirinya. Pada suasana asam, raeksi kondensasi (pembentukan jembatan methylene) berjalan cepat dibanding pembentukan gugus methylol (Hesse, 1991).

Aplikasi Pembuatan Resin Phenol Formaldehid Terhadap Aplikasinya Sebagai Vernis Salah satu aplikasi dari resin phenol formaldehid adalah untuk vernis. Vernis adalah bahan pelapis akhir yang tidak berwarna (clear unpigmented coating). Istilah vernis digunakan untuk kelompok cairan jernih yang memiliki viskositas 2 – 3 poise, yang bila diaplikasikan akan membentuk lapisan film tipis yang kering dan bersifat gloss (glossy film). Proses pengeringan pada vernis dapat melalui penguapan (evaporasi) dari solvent, oksidasi dengan udara, dan polimerisasi sejumlah unsur yang terkandung dalam vernis. Hasil akhir dari vernis adalah lapisan film transparan yang memperlihatkan tekstur bahan yang dilapisi

3.3

Melamin-formaldehida.(Resin Amino) Resin melamin-formaldehida diperkenalkan di Jerman oleh Henkel pada tahun 1935.

Resin ini termasuk dalam golongan resin amino yang diproduksi melalui reaksi polikondensasi antara melamin dan formaldehida. Dibandingkan dengan resin urea-formaldehida, resin ini mempunyai kelebihan yakni transparan; kekerasan(hardeness) yang lebih baik; stabilitas termal yang tinggi; tahan terhadap air, bahan kimia, dan goresan.

Dari kelebihan ini,

penggunaan resin ini sangat luas, seperti pada industri perekat, tekstil, laminasi, kertas, pelapisaan permukaan ( surface coatings) dan sebagainya. ASPEK KIMIAWI

Reaksi pembentukan resin melamin-formaldehida merupakan reaksi polikondensasi yang sampai pada tahap akhir penggunaannya terdiri dari tiga tahap. Tahap pertama adalah reaksi metilolasi dengan formaldehida membentuk melamin termetilolasi (gambar 1).

Molekul melamin mengandung tiga gugus amina primer dan setiap gugus tersebut mempunyai potensi untuk bereaksi dengan dua mol formaldehida hingga dapat membentuk produk heksametilolmelamin, jika rasio formaldehida/melamin cukup tinggi. Dalam medium alkali (pH >9) maka produk yang dihasilkan secara esensial adalah trimetilolmelamin dan heksametilolmelamin

Tahap kedua adalah tahap kondensasi membentuk jembatan eter dan melepaskan air atau pembentukan jembatan metilen dengan melepaskan formaldehida, bergantung pada pH. Sebagai contoh kondensasi dari molekul monometilolmelamin

Tahap akhir adalah tahap kondensasi lanjut yang pada akhirnya membentuk produk polimer terikatsilang dengan struktur jejaring tiga dimensi. Parameter yang sangat penting dalam pembentukan resin melamin-formaldehida adalah: -

rasio molar atau rasio massa dari bahan baku (melamin dan formaldehida)

-

kemurnian bahan baku

-

pH

-

waktu dan

-

temperature

Aplikasi

Aplikasi dari resin melamin-formaldehida sangat luas meliputi: a. Bahan perekat dalam industri pengerjaan kayu (woodworking industry) b. Pembuatan kertas untuk tujuan dekoratif c. Bahan cetakan (molding materials) d. Bahan baku untuk pelapis permukaan (surface coatings) e. Bahan peningkat daya regang/rentang dan kekuatan basah(wet strength) dalam industry kertas f.

Sebagai textile auxiliaries dan leather auxiliaries

g. Sebagai flameproofing agents

3.4

Resin epoksi Epoxy adalah suatu kopolimer, terbentuk dari dua bahan kimia yang berbeda. Ini disebut se bagai "resin" dan "pengeras". Resin ini terdiri dari monomer atau polimer rantai pendek dengan kelompok epoksida di kedua ujung. Rumus kimia

APLIKASI Aplikasi untuk bahan epoxy berbasis luas dan mencakup pelapis, perekat dan material komposit seperti yang menggunakan serat karbon dan bala bantuan fiberglass (meskipun polyester, vinyl ester, dan resin thermosetting lainnya juga digunakan untuk plastik yang diperkuat kaca).

3.5

Silikon polimer dengan silikon sebagai bahan dasar

Mempunyai sifat yang sangat berbeda dengan bahan dasar plastik (atom karbon) lain nya. Sifat-sifat spesifik nya adalah: stabilitas (tahan terhadap suhu tinggi), kedap air, oleh karena itu sering digunakan untuk membuat: minyak gemuk (fat), resin, perekat dan karet sintetis.Contoh polimer termoplastik ialah Selulosa yang dibuat dari serat kapas dan kayu, namun sangat kuat dan ulet serta dapat diberi ber- bagai warna. Aplikasi silikon sudah diproduksi secara komersial dan digunakan dalam banyak indutri seperti automotif, konstruksi, energi, elektronik, pembuatan senyawa-senyawa kimia, pelapisan, tekstil, dan barang-barang kebutuhan pribadi. Sarung tangan oven juga dibuat dari silikon agar tahan terhadap panas.

Sarung tangan oven yang terbuat dari polimer silikon Polimer silikon juga punya beragam kegunaan lainnya, seperti sebagai zat additif, tinta printer atau bahkan salah satu bahan pembuat deodoran. Rumus kimia

4. PROSES PENGERJAAN THERMOSETTING 4.1 Cetak Tekan Prinsip cetak tekan dibambarkan pada gambar di bawah ini. Sejumlah bahan dimasukan dalam cetakan logam yang telah dipanaskan terlebih dahulu. Pada waktu cetakan ditutup, bahan yang telah lunak tertekan sehingga mengalir mengisi rongga cetakan. Bahan yang digunakan dapat berbentuk serbuk atau tablet prabentuk. Tekanan yang lazim digunakan berkisar antara 0,7 sampai 55 Mpa, tergantung pada bahan yang digunakan dan bentuk produk. Suhunya berkisara antara 120 hingga 205˚C. Panas sangat penting bagi resin termosetting, karena

pertama-tama diperlukan untuk plastisasi, kemudian untuk polimerisasi atau untuk pengerasan. Serbuk perlu dipanaskan secara merata, suatu hal yang cukup sulit karena daya hantar panas bahan tidak baik. Beberapa jenis bahan diolah dengan penekanan, akan tetapi siklus pemanasan dan pendinginan cetakan yang cepat akan menimbulkan kesulitan. Produk mungkin cacat sewaktu dikeluarkan bila pendonginan cetakan tidak sempurna.

Proses cetak tekan 4.2 Cetak Transfer Pada proses cetak transfer, serbuk termosetting atau benda prabentuk diletakkan pada tempat tersendiri atau alam ruang tekanan di atas rongga cetakan, seperti tampak pada gambar di bawah ini. Di sini bahan mengalami plastisasi akibat panas dan tekanan dan diinjeksikan ke dalam rongga cetakan, sebagai cairan panas, di sini bahan tersebut kemudian mengalami pengerasan. Waktu reaksi pengerasan untuk cetak-transfer lebih singkat dibandingkan proses cetak-tekan. Waktu pengisian pun lebih singkat karena digunakan bahan pembentuk yang lebih besar yang dapat dipanaskan lebih cepat. Proses ini sangat cocok untuk membuat bagian-bagian yang memerlukan sisipan logam yang keecil, karena bahan plastik yang panas memasuki rongga cetakan secara bertahap tanpa tekanan yang tinggi. Bentuk yang rumit dan bentuk dengan variasi penampang yang besar dapat juga duhasilkan dengan cara cetak transfer. Keterbatasan dari proses ini ialah: kehilangan bahan dalam saluran pengalir, spru dan harga cetakan yang lebih mahal dibandingkan dengan cetakan pada proses cetak-tekan.

Proses cetak transfer

4.3 Spraying Pengerjaan plastik dengan spraying menggunakan suatu alat penyemprot yang dikendalikan seorang operator atau control computer. Dan hal ini merupakan paling cukup populer sejak pertengahan abad 21. Pembuatan produk dengan cara spraying sering digunakan sebagai komponen pendukung untuk struktur solid dan aplikasi lainnya. Alat penyemprot itu sendiri biasanya dilengkapi dengan mekanisme yang dapat memotong serat fiber menjadi helaian-helaian dan kemudian di distribusikan sepanjang permukaan cetakan. Kemajuan teknologi dengan cara spraying telah terbukti lebih efisien dan merupakan sistem penyemprotan yang lebih bersih, dengan mengurani emisi stirena, kapasitas penyemprotan yang lebih besar dan keseragaman lebih baik diantara pola penyemprotan. Alat penyemprot dihasilkan dengan konfigurasi yang bemaca-macam, masingmasing dengan kemampuan yang berbeda-beda.

Proses dengan spraying 4.4 Pengecoran Bahan termoset yang dicor antara lain adalah phenol, polyester, epoksi dan resinalyl. Yang terakhir ini sangat cocok untuk lensa optik dan penggunaan lainnya yangmemerlukan plastik yang sangat jernih. Resin ini mudah dicor karena memiliki sifatfluiditas yang baik. Akrilik digunakan untuk mengecor benda yang tembus cahaya danlembaranPlastik di cor apabila jumlah tidak seberapa. Sering kali dibuat cetakan terbukadari timah hitam dengan menceluokan mandril baja dengan bentuk tertentu dalam timahhitam cair yang kemudian dilepaskan setelah membeku.Dapat digunakan inti timah hitam, adukan semen atau karet bila diperlukan.Cetakan yang kosong dibuat dengan cara pengecoran ‘slush-casting’ :yaitu bahan bakudituang dalam cetakan, lalu kelebihannya dikeluarkan kembali.Benda padat dapat dibuat dengan menggunakan cetakan dari adukan semen,gelas,kayu, logam, atau karet sintetis

.DAFTAR PUSTAKA

Tim Penyusun.2012.BAHAN KONSTRUKSI KIMIA TK 081406. Politeknik Negeri Sriwijaya.Palembang http://www.facebook.com/pages/Poliester/111934102156768 http://www.authorstream.com/Presentation/aninditays-594658-anindita-reggie-xii-ipa-2/ http://hadiyantokimia.guru-indonesia.net/artikel_detail-21224.html http://www.chem-is-try.org/kategori/materi_kimia/kimia-polimer/klasifikasi-polimer/ http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-polimer/klasifikasi-polimer/polimertermoplastik-dan-termosetting/ http://www.blogger-index.com/perbedaan%20termoset%20dan%20termoplastik.html