RESIN UREA-FORMALDEHID DAN RESIN FENOL-FORMALDEHID Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas presentasi Pengetahuan Bahan
Dosen Pembimbing : Ir.Retno Indarti, MT
Disusun Oleh : Anditania Sari Dwi Putri (101411003) Nurul Sarah
(101411023) Kelas : 2A
D-3 TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2011
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamiin Puji syukur kehadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada junjunan alam, Nabi Muhammad SAW. Makalah berjudul ”Resin Urea Formaldehid dan Resin Fenol Formaldehid” ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Pengetahuan Bahan. Pada penyusunan makalah ini, penyusun banyak mendapat bantuan, saran dan motivasi dari berbagai pihak sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun sebagai acuan dalam pembuatan makalah yang lainnya. Semoga amal baik yang telah diberikan mendapatkan balasan dari Allah SWT dan laporan ini dapat bermanfaat khususnya bagi penyusun dan umumnya bagi pembaca.
Bandung, Januari 2011
Penyusun
BAB I PENDAHULUAN Polimer dan Monomer Polimer Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhanadan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Monomer Zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena (lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air. Sumber polimer dibagi dua yaitu alami contohnya Pati, Selulosa, Protein, Lipid, Asam Nukleat, dsbdan Sintetik contohnya Polietilena, Polivinil Klorida, dsb. Cara Pembuatan dibagi menjadi dua proses yaitu Polimer Adisi dan Polimer Kondensasi. Polimerisasi Adisi, Monomer mengadisi monomer lainsehingga produk polimer mengandung semua atom yang ada pada monomer awal. Polimerisasi Kondensasi, Sebagian dari molekul monomer tidak termasuk dalam polimer akhir. Polimer memiliki 2 Reaksi terhadap Kalor yaitu Polimer Termoplastik Bila dipanaskan melunak dan dapat dibentuk dengan bantuan tekanan dan Polimer Termoset Dapat dilebur dalam pembuatannya tapi menjadi kerasselamanya tidak melunak dan tidak dapat dicetak ulang. Contoh polimer termoset ialah : a. 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. b. Resin Amino 2 jenis resin amino, yakni: formaldehida urea dan formaldehida melamin. Formaldehida melamin banyak di pasarkan dalam bentuk serbuk, untuk kemudian di cetak, sedangkan bila bentuk cair (larutan), untuk digunakan sebagai perekat.Untuk meningkatkan sifat mekanik dan listrik, maka pada melamin ditambahkan bahan pengisi,sehingga
dapat
juga
digunakan
untuk
membuat sendok-garpu,
bagian
busi, tombol-tombol dan alat cukur. Formaldehida urea. Resin urea, dapat dicetak tekan, memiliki permukaan yang keras dan mempunyainilai dielektrik yang tinggi dan dapat diberi berbagai warna. Produk yang dihasilkan dari resin urea adalah: peralatan listrik, kancing, dll. Kedua jenis resin ini banyak juga digunakan untuk mencegah berkerut dan kusut nya kain katun dan untuk mencegah menyusutnya kayu. c. Resin Furan. Resin ini berasal dari hasil pengolahan limbah pertanian, seperti: tongkol jagung dan bijikapas. Warna produk nya agak tua, tahan air dan mempunyai sifat-sifat listrik yang baik. d. Resin Epoksida. Resin jenis ini banyak dipakai untuk keperluan: pengecoran, pelapisan, protektor alatalat listrik, campuran cat dan sebagai adhesif (perekat/lem).Karena alasan resin ini tahan terhadap aus dan beban kejut, maka sering juga digunakan untuk membuat cetakan tekan (metalurgi serbuk), panel sirkuit listrik, tangki dan jig. e. Resin SilikonPolimer 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 terhadapsuhu 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. Pengertian Resin Resin adalah suatu campuran yang kompleks dari ekskret tumbu-tumbuhan dan insekta, biasanya berbentuk padat dan amorf dan merupakan hasil terakhir dari metabolisme dan
dibentuk dari ruang-ruang skizogen dan skizolisigen. Secara fisis, resin ini biasanya keras, transparan plastis dan pada pemanasan menjadi lembek. Secara kimiawi, resin adalah campuran yang kompleks dari asam-asam resinat, alkoholresinat, resinotannol, ester-ester dan resene-resene. Bebas dari zat lemas dan mengandung sedikit oksigen karena mengandung zat karbon dalam kadar tinggi, maka kalau dibakar menghasilkan angus. Ada juga yang menganggap bahwa resin terdiri dari zat-zat terpenoid, yang dengan jalan addisi dengan air menjadi dammar dan fitosterin.sifatny tidak larut dalam air, sebagian larut dalam alcohol, larut dalam eter, aseton, petroleum eter, kloroform, dan lain-lain. Apabila resin-resin dipisahkan dan dimurnikan, biasanya dibentuk dalam zat padat yang getas dan amorf, yang kalau dipanaskan akan menjadi lembek dan akan habis terbakar. Resin ini juga tidak larut dalam air, tetapi larut dalam alcohol dan pelarut organic lainnya. Isi dari resin pada umumnya adalah asam-asam resinat dan alkohol-alkohol resinat
BAB II ISI
2.1 Resin Urea Formaldehid Resin urea-formaldehid adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai ureametanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Sifat fisik •
Memiliki sifat tidak dapat meleleh
•
Dapat dicetak tekan atau transfer
•
Absorpsi air yang rendah
•
Memiliki permukaan yang keras
•
Dapat diberi berbagai jenis warna
Sifat mekanik •
Massa jenis 1,47-1,52 (g/cm3)
•
Perpanjangan 0,4-1,0%
•
Kekuatan tarik 4,2-9,1 (kgf/mm2)
•
Ketahanan panas 750C
Sifat kimia •
thermosetting
•
Tidak larut dalam pelarut apapun
•
Kenaikan temperatur dapat menurunkan berat molekul (Mr) resin urea-formaldehid. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.
•
Resin urea formaldehid lebih buruk daripada resin fenol, resin melamin, dsb, yaitu dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi, dan ketahanan terhadap penuaan, sehingga sifat-sifat tersebut diperbaiki dengan penambahan bahan lain atau diproses menjadi kopolimer dengan fenol, melamin, dsb.
Struktur resin urea formaldehyd
2.1.1 Pembuatan Resin urea-formaldehid a) Sintesis amonia dari karbondioksida Amonia dan karbondioksida (reaktan) dicampurkan pada tekanan tinggi menghasilkan ammonium karbamat. Amonium karbamat selanjutnya dipekatkan pada evaporator vakum menghasilkan urea. Urea yang dihasilkan dari hasil reaksi akan dipisahkan menggunakan evaporator. Evaporatot bekerja dengan prinsip destilasi, yatu berdasarkan perbedaan titik didih. Komponen yang akan dipisahkan adalah urea dari dari air yang melarutkannya. Air akan terpisahkan menuju labu lan karena titik didihnya yang lebih rendah dari urea, yaitu 100oC sedangkan urea 132,7oC. Prinsip kerja : Evaporator berfungsi untuk mengurangi bahkan menghilangkan kadar air dari suatu zat cair, sehingga didapat zat cair yang lebih pekat, berkonsentrasi tinggi, dan lebih murni. Dalam hal ini zat yang menjadi lebih murni dan pekat adalah urea.
Evaporator vakum b) Kondensasi urea dengan formaldehyd Reaksi urea-formaldehid merupakan reaksi kondensasi antara urea dengan formaldehid. Pada umumnya reaksi menggunakan katalis hidroksida alkali dan kondisi reaksi dijaga tetap pada pH 8-9 agar tidak terjadi reaksi Cannizaro, yaitu reaksi diproporsionasi formaldehid menjadi alkohol dan asam karboksilat. Untuk menjaga agar pH tetap maka dilakukan penambahan ammonia sebagai buffer ke dalam campuran.
Reaksi ini secara umum berlangsung dalam 3 tahap yakni metlolasi, propagasi (kondensasi), dan proses curing. 1. Tahap Metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan
menghasilkan metilol urea. Urea dan formaldehid direaksikan dengan ditambahkannya katalis basa. Basa yang digunakan dapat berupa barium hidroksida ataupun kalium hidroksida. Dari reaksi tsbt diperoleh monomer atau yang disebut mono-metilol dan dimetilol. Monometilol adalah hasil reaksi penggabungan antara 1 molekul urea dengan 1 molekul formaldehid, sedangkan dimetilol adalah hasil reaksi penggabungan 2 molekul formaldehid dan 1 molekul urea. Baik mono-metilol urea maupun dimetilol urea larut dalam air sehingga reaksi pembentukannya dilakukan dalam fasa pelarut air.
2. Tahap Propagansi
Tahap propagasi (kondensasi), yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus. Kondensasi lanjutan ini akan menghasilkan jembatan metilen antara dua molekul urea. 3. Tahap Curring Tahap curing, yaitu proses terakhir yang dipengaruhi oleh katalis, panas dan tekanan tinggi. Pada proses ini, ketika kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi resin thermosetting. Temperatur curing dilakukan pada sekitar temperatur 120 Celcius dan pH < 5
2.1.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Urea-Formaldehid 1. Katalis Penggunaan katalis pada suatu reaksi akan meningkatkan laju reaksi tersebut. Begitu juga yang terjadi pada reaksi urea-formaldehid ini. Laju reaksinya akan meningkat jika digunakan katalis. Katalis yang diguanakan pada percobaan ini adalah NH4OH karena reaksi ini berlangsung pada kondisi basa. 2. Temperatur
Kenaikan temperatur selalu mengakibatkan peningkatan laju suatu reaksi. Namun, kenaikan temperatur ini dapat mempengaruhi jumlah produk yang terbentuk, bergantung pada jenis reaksi tersebut (eksoterm atau endoterm). Oleh karena itu, diperlukan suatu optimasi untuk mencapai hasil yang diinginkan. Kenaikan temperatur juga dapat menurunkan berat molekul (Mr) resin urea-formaldehid. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin. 3.
Waktu Reaksi Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan dari suatu reaksi juga dipengaruhi oleh waktu reaksi. Makin lama waktu reaksi, jumlah produk yang dihasilkan makin banyak akibatnya, resin yang dihasilkan akan berkadar tinggi dan memiliki Mr tinggi. Pembuatan resin urea – formaldehid skala laboratorium dapat dilakukan dengan langkah kerja sebagai berikut:
Reaksi kondensasi ini dilakukan dalam sebuah labu berleher yang dilengkapi kondensor ohm meter, termometer, agitator. Kondensor berfungsi mengembunkan air yang menguap selama proses polimerisasi. Hal ini dimaksudkan untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan reaksi. Agitator berfungsi membuat larutan tetap homogen selama proses berlangsung.
Kerugian penggunaan urea-formaldehid sebagai resin dibandingkan polimer lain adalah resistensinya terhadap kadar air (moisture) apalagi jika dikombinasikan dengan panas. Kondisi ini dapat menyebabkan reaksi balik dan melepaskan monomer – monomer yang belum sempurnya bereaksi membentuk polimer. Monomer ini biasanya beracun misalnya formaldehid yang dapat menyebabkan kanker. Oleh sebab itu, ada baiknya bila kita akan menggunakan peralatan makan yang terbuat dari bahan polimer, sebaiknya peralatan tersebut direndam dahulu dengan air panas dengan tujuan agar monomer – monomer yang belum sempurna bereaksi terlepas pada air rendaman.
2.1.3 Pencetakan Resi n urea-formaldehid a. 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. Ada bermacam jenis mesin pres hidrolik, mulai dari yang dikendalikan dengan tangan sampai kepada jenis otomatik. Fungsi dari pres adalah memberikan tekanan dan panas yang cukup sekaligus sehingga terjadi plastisasi yang sempurna dari bahan. Panas yang diperlukan dapat dialirkan melalui pelat peemanas, atau langsung ke cetakan dan berasal dari uap, cairan yang dipanaskan, listrik atau berfrekuensi tinggi.
Gambar. Proses cetak-tekan b. 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.
Gambar. Proses cetak-transfer
c. Cara Injeksi Bahan Termosett Bahan termosett dalam batas-batas tertentu dapat dibentuk dengan cara cetak-jet. Setelah dimodifikasi mesin cetak-injeksi untuk bahan termoplastik, dapat diubah untuk keprluan cetak jet. Nosel, yang merupakan bahan terpenting dari mesin harus dapat dipanaskan dan didinginkan selama siklus injeksi. Mula-mula resin dipanaskan dalam silinder yang menglilingi penekanan, sampai lunak namun belum terpolimerisasi. Pada waktu penekan menekan resin melalui nosel ke dalam cetakan, terjadi panas tambahan. Pada saat cetakan penuh, nosel didinginkan dengan cepat dengan mengalirkan air untuk mencegah polimerisasi bahan yang tersisa. Mesin ulir umpan balik kini mulai digantikan dengan mesin cetak-jet seperti tampak pada gambar di bawah ini. Bahan masuk, (di bawah pengaruh gravitasi), sementara didorong oleh ulir yang berputar, bahan sekaligus dipanaskan. Pada waktu ulir berputar, bahan terplastisasi di muka ulir, dan masih terhalang oleh plunyer sampai terkumpul sejumlah bahan tertentu. Plunyer kemudian turun, dan ulir memaksa bahan memasuki ruang transfer. Bahan kemudian ditekan memasuki rongga cetakan.
Gambar. Siklus cetak-injeksi sekrup Penjelasan gambar : A Sekrup berputar kembali dan bahan masuk ke dalam tabung (di bawah pengaruh gaya gravitasi). B. Ulir (tidak berputar) menekan bahan memasuki ruang transfer vertikal. C. Plunyer hidrolik menekan bahan yang telah terplastisir ke dalam cetak
Tidak terjadi pematangan dari bahan karena bahan didinginkan dengan air. Proses ini sama dengan cetak-transfer dengan catatan bahwa operasi di sini berjalan secara otomatik.
2.1.4 Kegunaan resin urea-formaldehid 1.
Bahan ini digunakan untuk barang-barang kecil yang digunakan sehari-hari
seperti
pelindung cahaya, soket, alat-alat listrik, kancing, tutup wadah, kotak, baki, dan mangkuk. 2.
Salah satu jenis resin yang digunakan sebagai bahan perekat dan pelapis kayu atau kertas.
3.
Resin ini digunakan untuk mencegah berkerut dan kusutnya kain katundan untuk mencegah menyusutnya kayu. 4.
5.
Digunakan untuk laminating.
Karena resin ini sangat terang warnanya dan sehingga lebih cocok untuk pemakaian dekoratif. Contohnya : Counter berwarna cerah dan taplak-taplak dibuat dengan kertas yang diimpregnasi resin urea, serta kayu lapis interior dekoratif biasanya menempel dengan resin urea karena resin fenol yang berwarna gelap bisa mendai lapisan pernisnya. Akan tetapi, kayu lapis eksterior merekat dengan damar fenol karena mempunyai ketahanan cuaca yang lebih baik.
6.
Dalam bidang koting, resin urea-formaldehid kadangkala dipadukan dengan alkyd baking enemels untuk memperbaiki kekerasan.
7.
Resin urea dipergunakan untuk memberikan ketahanan crease dan shrink kepada produk melalui reaksi-reaksi ikat silang.
8.
Aplikasi utama lainnya dari polimer urea-formaldehid adalah dalam menginsulasi busa. Hal ini biasanya difabrikasi on-site dengan peralatan pembusaan yang portable. Bahan-bahannya mencakup resin, surfaktan untuk menstabilkan busa, katalis (biasanya asam fosfat), dan udara bertekanan. Surfaktan dan katalis biasanya dicampur terlebih dahulu. Ketiga komponen tersebut (resin, surfaktan plus katalis, dan udara) kemudian dipompakan secara terpisah ke dalam wadahnya untuk diisikan. Busa terbentuk dalam beberapa menit dan mengeras secara sempurna dalam sehari. Telah banyak kontroversi di sekitar pemakaian busa urea-formaldehid untuk menginsulasi rumah karena aspekaspek kesehatan yang timbul dari lepasnya uap formaldehida.
2.1.5 Dampak resin urea formaldehid
2.1.5.1 Dampak terhadap tubuh •
Resin urea formaldehid ini memiliki resistensi yang rendah terhadap air dan
kondisi yang panas. Kondisi ini dapat menyebabkan reaksi balik dan melepaskan monomer – monomer yang belum sempurnya bereaksi membentuk polimer. Monomer ini biasanya dilepaskan dalam bentuk formaldehid atau formalin. •
Jika terpapar formaldehida dalam jumlah banyak, misalnya terminum, bisa
menyebabkan kematian. Dalam tubuh manusia, formaldehida dikonversi jadi asam format yang meningkatkan keasaman darah, tarikan nafas menjadi pendek dan sering, hipotermia, juga koma, atau sampai kepada kematiannya. •
Apabila bahan yang menggunakan resin urea formaldehid terpapar panas,
maka resin urea ini akan melepaskan molekul formaldehid. Formaldehid dalam suhu ruangan ditemukan dalam bentuk gas. Apabila kadar di udara lebih dari 0.1 mg/kg, formaldehida yang terhisap bisa menyebabkan iritasi kepala dan membran mukosa, yang menyebabkan keluar air mata, pusing, tengorokan serasa terbakar, serta kegerahan. •
Iritasi kepala dan membran mukosa, yang menyebabkan keluar air mata,
pusing, teggorokan serasa terbakar, serta kegerahan •
Di dalam tubuh, formaldehida bisa menimbulkan terikatnya DNA oleh
protein, sehingga mengganggu ekspresi genetik yang normal. Binatang percobaan yang menghisap formaldehida terus-terusan terserang kanker dalam hidung dan tenggorokannya, sama juga dengan yang dialami oleh para pegawai pemotongan papan artikel. Tapi, ada studi yang menunjukkan apabila formaldehida dalam kadar yang lebih sedikit, seperti yang digunakan dalam bangunan, tidak menimbulkan pengaruh karsinogenik terhadap makhluk hidup yang terpapar zat tersebut. 2.1.5.2 Dampak terhadap lingkungan Resin ini termasuk kedalam golongan polimer thermosetting sehingga tahan terhadap panas. Penanggulangan bahan ini tidak dapat dilakukan secara sederhana. Karena bahan ini jika rusak tidak dapat dibentuk kembali, maka hal yang dapat dilakukan adalah : -
Membuatnya menjadi barang baru (recycle) Dibakar dengan suhu pemanasan yang sangat tinggi, yaitu menggunakan insenerator ( suhu 800-1000oC)
2.1.6 Penanggulangan limbah polimer resin urea-formaldehid Alat yang digunakan untuk melakukan pembakaran polimer ini adalah insenerator. Insenerator dapat membakar dan mengubah limbah hingga yang tersisa hanya abu dan gasnya saja. Insenerator akan membakar polimer ini dengan suhu sangat tinggi, yaitu 8001000oC. .
2.1.8.a Insenerator skala kecil 2.1.8.b Insenerator skala besar Gas hasil pembakaran polimer tersebut masih mengandung zat berbahaya, maka untuk meminimalisirnya dilakukan proses pengolahan lanjutan, yaitu dengna kondensasi. Kondensasi merupakan satu metoda untuk mengubah gas menjadi zat cair. Hasil dari kondensasi ini (cairan) akan mengandung za berbahaya lebih sedikit dari limbah dalam bentuk gasnya. Setelah cair, limbah tersebut dapat diolah atau difiltrasi untuk menjadi air pemakaian luar (bukan untuk konsumsi makhluk hidup) atau dapat langsung dibuang ke lingkungan
2.2.
Resin Fenol Formaldehid Fenol formaldehid merupakan resin sintetis yang pertama kali digunakan secara
komersial baik dalam industri plastik maupun cat (surface coating). Sifat bahan keras, kuat dan awet dapat dicetak dengan berbagai kondisi.
Definisi Resin Phenol Formaldehide
Phenol formaldehid termasuk kelompok resin sintetis yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara phenol dengan formaldehid. Phenol formaldehid dapat diaplikasikan sebagai vernis karena dapat membentuk lapisan film yang kering.
Resin Fenol Formaldehid termasuk polimer thermoset. Polimer Thermoset memiliki perilaku sebagaimana logam yang getas, gelas, atau keramik sebagai akibat dari struktur rantai molekulnya yang kaku dengan ikatan kovalen membentuk jejaring 3 dimensi. Pada saat polimerisasi jejaring terbentuk lengkap dan terbentuk kaitan silang tiga dimensi secara permanen.
Proses pembentukan tidak bersifat irreversible. Tidak seperti halnya polimer thermoplastik, thermoset tidak memiliki Tg (temperatur transisi gelas yang jelas. Kekuatan dan kekerasan dari thermoset pun tidak banyak dipengaruhi oleh kenaikan temperatur dan laju deformasi.
Sifat-Sifat Polimer Termosetting Sifat produk akhir berbeda terutama karena rumusan bahan mentahnya, jenis dan banyaknya katalis, pengisi, dan pemilihan medium dalam hal resin fenol. Keuntungannya adalah sebagai berikut :
1.
Mudah dibentuk, dan menguntungkan dalam kestabilan dimensi. Kurang
penyusutannya dan kurang keretakannya.
2.
Unggul dalam sifat isolasi listrik.
3.
Relatif tahan panas dan dapat padam sendiri.
4.
Unggul dalam ketahanan asam
Kerugiannya adalah sebagai berikut :
1.
Kurang tahan terhadap alkali
2.
Aslinya agak berwarna, jadi tak bebas dalam pewarnaan
3.
Ketahanan busur listriknya tidak baik
2.2.1.
Jenis resin fenol formaldehid
Berdasarkan perbandingan mol reaktan dan jenis katalis yang digunakan, resin phenol formaldehid dibagi menjadi 2 jenis yaitu novolak dan resol. • Novolak yang bersifat termoplast. Jenis novolak dibuat pada suasana asam dengan
penambahan HCl, suhu 900C, dan waktu reaksi 5 jam. 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 molekul500 - 900. Kondisi optimum jenis novolak diperoleh pada pH 2,5 dan perbandingan reaktan 1 : 0,8. Agar novolak menjadi bersifat termoset maka membutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967). Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan bertambahnya pH dan perbandingan reaktan, waktu kering semakin lama. Pada novolak, reaksi polikondensasi dapat berlangsung sempurna sampai membentuk rantai dengan struktur methylenelink 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 jenis novolak sebagai vernis kayu menghasilkan warna yang lebih cerah (tingkat gloss tinggi) dibanding dengan jenis resol. • Resol bersifat thermoset, merupakan hasil reaksi antara phenol dengan formaldehid
ekses oleh adanya katalis basa. jenis resol dibuat pada suasana basa dengan penambahan NaOH, suhu 800C dan waktu reaksi 3 jam. Untuk jenis resol dicapai
pada pH 10 dan perbandingan mol reaktan 1 : 2. Jenis katalis basa yang sering digunakan adalah natrium hidroksida dan ammonium hidroksida pada pH =8-11. Produk phenol formaldehid yang dihasilkan dengan katalis natrium hidroksida akan mempunyai sifat larut dalam air dan apabila katalis yang digunakan ammonium hidroksida akan memberikan sifat tidak larut dalam air yang dikarenakan terbentuk bis dan trishydroksylbenzylamin (Martin, 1956).
Adapun cara pembuatan Novolak adalah sebagai berikut (Rokhati, 2008) : Disiapkan fenol Ditambahkan formaldehid Diperoleh monomethylol phenol Ditambahkan fenol Diperoleh dihidroksi diphenil methane Selesai
2.3. Pembuatan Resin Fenol Formaldehida
Phenol formaldehid dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara phenol dan formaldehid. Reaksi terjadi antara phenol pada posisi ortho maupun para dengan ormaldehid untuk membentuk rantai yangcrosslinking dan pada akhirnya akan membentuk jaringan tiga dimensi (Hesse, 1991).
2.4. Kegunaan resin Fenol Formaldehida Salah satu aplikasi dari resin phenol formaldehid adalah untuk vernis. Vernis adalah bahanpelapisakhir yang tidak berwarna (clear un pigmented coating ). Istilah vernis digunakan untuk kelompok cairan jernih yang memiliki viskositas 2 ± 3 poise, yang bila diaplikasikan akan membentuk lapisanfilm 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 yangterkandung dalam vernis. Hasil akhir dari vernis adalah lapisan film transparan yang memperlihatkantekstur bahan yang dilapisi.Perkembangan phenol formaldehid untuk aplikasi vernis dan lacquer telah mampu menyaingi produk melamin formaldehid karena harganya yang lebih murah. Selain itu, hasil aplikasinya dapat memunculkan jenis vernis dan lacquer yang berwarna sedangkan melamin formaldehid tidak berwarna sehingga bila diinginkan hasil aplikasi yang berwarna tidak perlu penambahan zat warna.Produk phenol formaldehid ada yang memberikan warna jernih kekuning-kuningan tetapi ada juga yang kecoklatan sampai kemerahmerahan. Selain itu digunakan untuk bahan pelapis dan laminating pengikat batu gurinda dan pengikat logam, dapat dicetak menjadi kotak, tutup botol, tangkai pisau, kotak radio dan TV Aplikasi Penggunaan Resin Phenol Forlmaldehide
Bentuk yang rumit dapat dicetak. Digunakan untuk komponen dalam bidang listrik dan komunikasi. Tabel di bawah ini menunjukan jenis, karakteristik dan penggunaan.
Tabel 12.1 Karakteristik Dan Penggunaan Polimer Termosetting
Jenis
Umum
Dasar
Karakteristik
Penggunaan
Bubuk kayu
Murah, isolasi listrik
Alat listrik secara umum
atau bubuk
yang baik.
soket dst.
tanaman Isolasi
Bubuk kayu
Sifat listrik dan
Komponen yang isolasi
listrik
atau bubuk
tahan air serta sifat
listriknya diperlukan,
tanaman
mekanisnya cukup
untuk alat komunikasi,
baik
otomotif dan mesin lainnya.
Isolasi
Anorganik
Sifat listrik yang
Komponen untuk alat
frekuensi
sangat baik terutama
komunikasi tanpa kabel,
tinggi
untuk frekuensi
jaringan listrik frekuansi
tinggi
tinggi.
Mesin-mesin Bubuk kertas
Sifat listrik dan
Komponen mesin-mesin
listrik
dan bahan
mekaniknya baik,
listrik (kotak, tutup dan
berserat
terutama kekuatan
komponen lainnya untuk
lainnya.
impaknya.
operasi mekanik)
Tahan
Asbes dan
Tahan panas, baik
Komponen untuk kapal
panas
bahan
untuk penggunaan
laut, kereta api, dan
anorganik
komponen tahan
peralatan listrik berat.
lainnya.
bakar dan tahan busur listrik.
Selain hal di atas, resin fenol juga kadang-kadang digunakan sebagai resin tukar ion ketika gugus-gugus fungsional yang lain hadir, juga dipakai sebagai lak dan pernis, senyawa cetakan, bahan laminating (teristimewa untuk panel dinding dekorasi dan taplak meja, dan bahan perekat (khususnya untuk kayu lapir dan particle board).
2. Penggunaan Resin Phenol Forlmaldehid Sebagai Vernis
Novolak yang bersifat termoplast dan resol yang bersifat termoset. Jenis novolak dibuat pada suasana asam dengan penambahan HCl, suhu 90 oC, dan waktu reaksi 5 jam, sedangkan jenis resol dibuat pada suasana basa dengan penambahan NaOH, suhu 80 oC dan waktu reaksi 3 jam. Hasil resin phenol formaldehid diaplikasikan sebagai vernis pada kayu jati. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan bertambahnya pH dan perbandingan reaktan, waktu kering semakin lama. Kondisi optimum jenis novolak diperoleh pada pH 2,5 dan perbandingan reaktan 1 : 0,8, sedangkan untuk jenis resol dicapai pada pH 10 dan perbandingan mol reaktan 1 : 2.
Aplikasi jenis novolak sebagai vernis kayu menghasilkan warna yang lebih cerah (tingkat gloss tinggi) dibanding dengan jenis resol.
Tabel 12.2 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering Waktu kering (jam)
(Jenis P:F = 1:0,5
P:F = 1:0,75
P:F = 1:0,8
P:F = 1:0,85
P:F = 1:0,9
1
1.5
2.5
2.25
4
5.5
2
1.5
3
4
12
24
2,5
2
4
5.25
12
48
3
4,25
5
16
24
72
4
24
24
24
48
72
novolak ) pH
Dari data tabel 12.2 dapat dilihat bahwa dengan semakin tinggi pH reaksi, waktu kering vernis semakin lama. Dengan naiknya pH maka kecepatan reaksi kondensasi semakin lambat, semakin naik pH maka rantai yang dibentuk semakin bercabang sehingga BM polimer bertambah besar. Perbandingan reaktan (rasio mol phenol : formaldehid) akan berpengaruh pada properties produk dan struktur polimer yang dihasilkan.
Tabel 12.2 juga menunjukkan bahwa semakin tinggi perbandingan reaktan (P:F), waktu kering vernis semakin lama. Semakin tinggi perbandingan P:F maka struktur rantai yang dibentuk semakin kompleks (mulai dari short chain polimers hingga high cross-linked polymers). Semakin besar BM senyawa resin yang dihasilkan, mengakibatkan waktu kering semakin lama. Karena rasio Formaldehid kurang dari satu mol per mol phenol maka walaupun mempunyai fungsionalitas yang cukup namun tidak mampu untuk membentuk produk yang termoset tetapi membentuk produk yang termoplast dengan berat molekul 500-900. Agar novolak menjadi bersifat termoset maka dibutuhkan pemanasan dan penambahan crosslinking agent (Frisch, 1967). Pada jenis resol, reaksi berlangsung pada suasana basa. Pada suasana basa reaksi addisi berjalan dengan cepat sedangkan reaksi kondensasi (pembentukan jembatan methylen) berjalan lambat sehingga produk yang terbentuk bersifat termoset. Tabel 12.3 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering Waktu kering (jam)
(Jenis resol) pH
P:F = 1:1,25
P:F = 1:1,5
P:F = 1:2
P:F = 1:2,5
P:F = 1:3
9
0.5
0.75
1
1.25
1.5
10
1
1.25
1.25
1.75
1.75
11
1.5
1.67
1.67
2.25
2.25
12
2.25
2.42
2.42
3.25
3.25
13
2.5
2.87
2.87
4
4
Tabel 12.3 menunjukkan bahwa pengaruh pH dan perbandingan reaktan terhadap waktu kering vernis tidak berbeda dengan yang terjadi pada jenis novolak. Namun waktu kering vernis jenis resol lebih cepat dibanding dengan jenis novolak, karena resin jenis novolak mempunyai sifat termoplast, sedangkan resol mempunyai sifat termoset.
Nilai gloss merupakan pengamatan secara visual hasil refleksi dari permukaan suatu bahan. Semakin tinggi nilai gloss, maka permukaan bahan yang dilapisi akan semakin mengkilap. Oleh karena itu sering kali nilai gloss dapat digunakan untuk menggambarkan kualitas dari vernis. Tabel 3 dan 4 menggambarkan hasil pengukuran gloss dari resin phenol formaldehid yang digunakan sebagai vernis pada kayu jati. Tabel 12.4 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap Nilai Gloss
Nilai Gloss (%)
(Jenis novolak)
P:F =
P:F = 1:0,75
P:F = 1:0,8
pH
1:0,5
1
P:F = 1:0,85 P:F = 1:0,9
52,7
60,5
73,1
60
60
2
60,4
71
75
70,5
63
2,5
67,6
70,5
78,4
64,7
63
3
60,1
58,5
63,5
54,8
57,2
4
43,3
50,5
50
48,1
45
Tabel 12.5 Hubungan pH dan perbandingan reaktan terhadap Nilai Gloss
Nilai Gloss (%)
(Jenis P:F = 1:1,25
P:F = 1:1,5
P:F = 1:2
P:F = 1:2,5
P:F = 1:3
9
7,5
8,5
21,5
15
6,8
10
8
12
26,6
18,8
7
11
6
5,6
12
7,3
4,6
resol) pH
12
3,9
3,4
9,5
4,7
2,5
13
3
3,2
8,6
2,7
2
Data hasil penelitian menunjukkan bahwa tingkat gloss tertinggi pada jenis novolak diperoleh pada pH 2,5 (tabel 12.4), sedangkan pada resol diperoleh pada pH 10 (tabel 12.5). Pada pH semakin tinggi, selain formaldehid bereaksi dengan phenol membentuk resin phenol formaldehid, formaldehid juga akan mengadakan reaksi canizzaro menghasilkan asam formiat dan methanol sehingga reaksi polimerisasi akan berjalan lambat dan tingkat gloss menjadi turun. Pengaruh perbandingan reaktan terhadap nilai gloss menunjukkan bahwa nilai gloss tertinggi untuk novolak diperoleh pada perbandingan mol phenol : formaldehid 1:0,8 (tabel 12.4), sedangkan untuk resol pada perbandingan 1:2 (tabel 4). Nilai gloss novolak lebih tinggi dibanding resol.
Tabel 12.6 Perbandingan P:F terhadap warna vernis
Resol
Novolak
P:F
Warna
P:F
Warna
1:1,25
Merah kecoklatan
1:0,5
Kuning kecoklatan
1:1,5
Merah kekuningan
1:0,75
Kuning kecoklatan
1:2
Merah kekuningan
1:0,8
Kuning kecoklatan
1:2,5
Merah kecoklatan
1:0,85
Kuning kecoklatan
1:3
Merah kecoklatan
1:0,9
Kuning kemerahan
Tabel 12.6 menunjukkan hasil warna kayu jati yang telah divernis dengan vernis jenis novolak dan resol dari berbagai perbandingan phenol dan formaldehid. Vernis jenis resol yang memberikan warna yang lebih tua dibanding dengan vernis jenis novolak
2.5. Pengaruh Terhadap Badan Karena resin formaldehida dipakai dalam bahan konstruksi seperti kayu lapis/tripleks, karpet, dan busa semprot dan isolasi, serta karena resin ini melepaskan formaldehida pelan-pelan, formaldehidamerupakan salah satu polutan dalam ruangan yang sering ditemukan. Apabila kadar di udara lebihdari 0,1 mg/kg, formaldehida yang terhisap bisa menyebabkan iritasi kepala dan membran mukosa,yang menyebabkan keluarnya air mata, pusing, teggorokan serasa terbakar, serta kegerahan.Jika terpapar formaldehida dalam jumlah banyak, misalnya terminum, bisa menyebabkan kematian.Dalam tubuh manusia, formaldehida dikonversi menjadi asam format yang meningkatkan keasamandarah, tarikan nafas menjadi pendek dan sering, hipotermia, juga koma, atau sampai kepada kematiannya. Di dalam tubuh, formaldehida
bisa
menimbulkan
terikatnya
DNA
oleh
protein,
sehingga
menggangguekspresi genetik yang normal. Binatang percobaan yang menghisap formaldehida terus-terusan erserang kanker dalam hidung dan tenggorokannya, sama juga dengan yang dialami oleh para pegawai pemotongan papan artikel. Tapi, ada studi yang menunjukkan apabila formaldehida dalamkadar yang lebih sedikit, seperti yang digunakan dalam bangunan, tidak menimbulkan pengaruhkarsinogenik terhadap makhluk hidup yang terpapar zat tersebut.
2.6. Pertolongan pertama bila terjadi keracunan akut Pertolongan tergantung pada konsentrasi cairan dan gejala yang dialami korban. Sebelum ke rumahsakit, berikan arang aktif (norit) bila tersedia. Jangan melakukan rangsangan agar korban muntah,karena akan menimbulkan resiko trauma korosif pada saluran cerna atas. Di rumah sakit biasanya timmedis akan melakukan bilas lambung (gastric lavage), memberikan arang aktif (walaupun pemberianarang aktif akan mengganggu penglihatan pada saat endoskopi). Endoskopi adalah tindakan untuk mendiagnosis
terjadinya
trauma
esofagus
dan
saluran
cerna.
Untuk
meningkatkan eliminasi formalindari tubuh dapat dilakukan hemodialisis (cuci darah). Tindakan ini diperlukan bila korbanmenunjukkan tanda-tanda asidosis metabolik berat.
