Polimer industri utama , senyawa kimia yang digunakan dalam pembuatan bahan industri sintetik.
Dalam produksi komersial plastik, elastomer, serat buatan, perekat, dan pelapis permukaan, berbagai macam polimer digunakan. Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan senyawa ini. Dalam artikel polimer industri, kimia, polimer dikategorikan menurut apakah mereka terbentuk melalui reaksi pertumbuhan rantai atau pertumbuhan bertahap. Dalam plastik (resin termoplastik dan termoseting), polimer dibagi antara polimer yang larut dalam pelarut selektif dan dapat dilunakkan secara reversibel oleh panas (termoplastik) dan yang membentuk jaringan tiga dimensi yang tidak larut dan tidak dapat dilunakkan dengan panas tanpa dekomposisi (termoset). Dalam artikel serat buatan, serat diklasifikasikan sebagai terbuat dari polimer alami yang dimodifikasi atau dibuat dari polimer sintetis seluruhnya.
Dalam artikel ini, polimer utama yang digunakan secara komersial dibagi dengan komposisi "tulang punggung" mereka, rantai unit berulang yang terhubung yang membentuk makromolekul. Diklasifikasikan menurut komposisinya, polimer industri adalah polimer rantai karbon (juga disebut vinil) atau polimer heterokain (juga disebut rantai nonkarbon, atau nonvinil). Pada polimer rantai karbon, seperti yang tersirat dari namanya, tulang punggung tersusun dari keterkaitan antar atom karbon; dalam polimer heterochain sejumlah elemen lain dihubungkan bersama di tulang punggung, termasuk oksigen, nitrogen, sulfur, dan silikon.
Polimer rantai karbon
Poliolefin dan polimer terkait
Sejauh ini, polimer industri yang paling penting (misalnya, hampir semua plastik komoditas) adalah olefin terpolimerisasi. Olefin adalah hidrokarbon (senyawa yang mengandung hidrogen [H] dan karbon [C]) yang molekulnya mengandung sepasang atom karbon yang dihubungkan bersama oleh ikatan rangkap. Paling sering berasal dari gas alam atau dari konstituen dengan berat molekul rendah minyak bumi, mereka termasuk etilen, propilena, dan butena (butilena).
Molekul olefin biasanya diwakili oleh rumus kimia CH 2 = CHR, dengan R mewakili kelompok molekul atom atau liontin dengan komposisi yang bervariasi. Sebagai unit berulang dari molekul polimer, struktur kimianya dapat direpresentasikan sebagai:
Komposisi dan struktur R menentukan yang mana dari deretan besar properti yang mungkin akan ditunjukkan oleh polimer.
Polyethylene (PE)
Etilen, biasanya diproduksi dengan pemecahan gas etana, membentuk dasar untuk kelas plastik tunggal terbesar, polietilena. Monomer etilen memiliki komposisi kimia CH 2 = CH 2 ; sebagai unit pengulangan polietilen memiliki struktur kimia berikut:
Struktur sederhana ini dapat diproduksi dalam bentuk linier atau bercabang seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1 dan 2. Versi bercabang dikenal sebagai polietilen densitas rendah (LDPE) atau polietilen densitas rendah linier (LLDPE); versi liniernya dikenal sebagai high-density polyethylene (HDPE) dan ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE).
Pada tahun 1899 seorang ahli kimia Jerman, Hans von Pechmann, mengamati pembentukan endapan putih selama autodekomposisi diazometana dalam eter. Pada tahun 1900, senyawa ini diidentifikasi oleh ahli kimia Jerman Eugen Bamberger dan Friedrich Tschirner sebagai polimetilen ([CH 2 ] n ), polimer yang hampir identik dengan polietilen. Pada tahun 1935, ahli kimia Inggris Eric Fawcett dan Reginald Gibson memperoleh PE padat dan lilin saat mencoba mereaksikan etilen dengan benzaldehida pada tekanan tinggi. Karena produk memiliki potensi penggunaan yang kecil, pengembangannya lambat. Akibatnya, PE industri pertama — sebenarnya LDPE yang bercabang tidak teratur — tidak diproduksi sampai tahun 1939 oleh Imperial Chemical Industries (ICI). Ini pertama kali digunakan selama Perang Dunia II sebagai isolator untuk kabel radar.
Pada tahun 1930 Carl Shipp Marvel, seorang ahli kimia Amerika yang bekerja sebagai konsultan di EI du Pont de Nemours & Company, Inc., menemukan produk dengan kepadatan tinggi, tetapi DuPont gagal mengenali potensi bahan tersebut. Karl Ziegler dari Kaiser Wilhelm (sekarang Max Planck) Institute for Coal Research di Mülheim an der Ruhr, Ger., Untuk memenangkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1963 untuk menemukan HDPE linier — yang sebenarnya diproduksi Ziegler dengan Erhard Holzkamp di 1953, mengkatalis reaksi pada tekanan rendah dengan senyawa organologam yang selanjutnya dikenal sebagai katalis Ziegler. Dengan menggunakan katalis yang berbeda dan metode polimerisasi, para ilmuwan kemudian menghasilkan PE dengan berbagai sifat dan struktur. LLDPE, misalnya, diperkenalkan oleh Phillips Petroleum Company pada tahun 1968.
LDPE dibuat dari gas etilen di bawah tekanan yang sangat tinggi (hingga 350 megapascal, atau 50.000 pon per inci persegi) dan suhu tinggi (hingga 350 ° C, atau 660 ° F) dengan adanya inisiator peroksida. Proses ini menghasilkan struktur polimer dengan cabang panjang dan pendek. Akibatnya, LDPE hanya sebagian berbentuk kristal, menghasilkan bahan dengan fleksibilitas tinggi. Kegunaan utamanya adalah dalam film kemasan, sampah dan tas belanjaan, mulsa pertanian, isolasi kawat dan kabel, botol pemeras, mainan, dan peralatan rumah tangga.
Beberapa LDPE direaksikan dengan klor (Cl) atau dengan klorin dan sulfur dioksida (SO 2 ) untuk memasukkan gugus klorin atau klorosulfonil di sepanjang rantai polimer. Modifikasi tersebut menghasilkan polietilen terklorinasi (CM) atau polietilen terklorosulfonasi (CSM), bahan yang hampir tidak berbentuk kristal dan elastis. Dalam proses yang mirip dengan vulkanisasi, ikatan silang molekul dapat dilakukan melalui gugus klorin atau klorosulfonil, membuat bahan menjadi padatan kenyal. Karena rantai polimer utamanya adalah jenuh, elastomer CM dan CSM sangat tahan terhadap oksidasi dan serangan ozon, dan kandungan klorinnya memberikan ketahanan api dan ketahanan terhadap pembengkakan oleh minyak hidrokarbon. Mereka terutama digunakan untuk selang, ikat pinggang, segel tahan panas, dan kain berlapis.
LLDPE secara struktural mirip dengan LDPE. Itu dibuat dengan kopolimerisasi etilen dengan 1-butena dan sejumlah kecil 1-heksena dan 1-oktena, menggunakan katalis Ziegler-Natta atau metalosen. Struktur yang dihasilkan memiliki tulang punggung linier, tetapi memiliki cabang pendek dan seragam yang, seperti cabang LDPE yang lebih panjang, mencegah rantai polimer untuk saling menempel. Keuntungan utama dari LLDPE adalah bahwa kondisi polimerisasi kurang intensif energi dan sifat polimer dapat diubah dengan memvariasikan jenis dan jumlah komonomer (monomer yang dikopolimerisasi dengan etilen). Secara keseluruhan, LLDPE memiliki sifat yang mirip dengan LDPE dan bersaing untuk pasar yang sama.
HDPE diproduksi pada suhu dan tekanan rendah menggunakan katalis Ziegler-Natta dan metalosen atau oksida kromium aktif (dikenal sebagai katalis Phillips). Kurangnya cabang memungkinkan rantai polimer untuk mengemas erat, menghasilkan bahan yang padat dan sangat kristal dengan kekuatan tinggi dan kekakuan sedang. Penggunaannya meliputi botol cetakan tiup untuk susu dan pembersih rumah tangga serta ember cetakan injeksi, tutup botol, rumah peralatan, dan mainan.
UHMWPE dibuat dengan berat molekul 3 juta hingga 6 juta unit atom, dibandingkan dengan 500.000 unit atom untuk HDPE. Polimer ini dapat dipintal menjadi serat dan ditarik, atau diregangkan, menjadi bentuk kristal yang tinggi, menghasilkan kekakuan tinggi dan kekuatan tarik berkali-kali lipat dari baja. Benang yang terbuat dari serat ini dijalin menjadi rompi antipeluru.
