BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Pengertian Poliamid Poliamidaa Polyamide (Poliamida) Polyamide (Poliamida) adalah polimer yang terdiri dari monomer amida yang tergabung dengan ikatan peptida.
Gambar 2.1 Struktur Poliamida Poliami Poliamida da pertam pertamaa kali dibuat dibuat oleh oleh W.Caroth Carothers ers pada pada tahun tahun 1928 1928 dengan dengan nama dagang nylon. Poliamida dibuat dari hasil reaksi senyaa diamina dan dikarboksilat. Poliamida yang pertama dibuat dari heksametilendiamina dan asam adipat. Serat yang dihasilkannya disebut nylon !!" dimana persamaan reaksinya sebagai berikut # $%2(C%2)! $% $%2 & C''%(C%2)C''%
$%2(C%2)! $%C'(C% $%C'(C%2)C''% & % 2'
ngka dibelakang nama nylon menun*ukkan *umlah atom karbon penyusun dari senyaa amina dan senyaa karboksilatnya. Serat nylon lain yang dibuat adala adalah h dari dari asam asam sebasa sebasatt dan dan heksa heksame metil tilen endi diam amin inaa yang yang hasil hasil reak reaksi siny nyaa dinamakan nylon !.1+.
4
,katan amida dihasilkan dari reaksi kondensasi gugus amino dan asam karboksilat atau gugus asam klorida. Suatu molekul ke-il" biasanya air atau hydrogen klorida dieliminasi. elompok amino dan kelompok asam karboksilat bisa berada pada monomer yang sama" atau polimer dapat dibentuk dari dua monomer bi/ungsional yang berbeda. Satu dengan dua gugus amino" dan yang lain dengan dua asam karboksilat atau gugus asam klorida. sam amino dapat diambil dari monomer tunggal (*ika perbedaan antara kelompok 0 diabaikan) bereaksi dengan molekul identik untuk membentuk poliamida. Persamaan reaksinya dapat terlihat pada gambar berikut #
Gambar 2.2 0eaksi Pembentukan Poliamida Pembentukan poliamida dari gugus monomer *uga dapat terlihat pada pembuatan aramid (aromati- polyamide) sebagai berikut #
Gambar 2. 0eaksi Pembentukan ramid (aromatic polyamide) Si/at poliamida tergantung dari senyaa penyusunnya. Se-ara umum" serat poliamida mempunyai penampang membu*ur berbentuk silinder dan penampang melintang bulat. Serat nylon dibuat untuk berbagai tu*uan" seperti untuk keperluan industri dibuat serat dengan kekuatan tinggi dan mulur ke-il" sedangkan untuk
5
tekstil pakaian dibuat dengan kekuatan yang tidak terlalu tinggi dan mulur yang agak tinggi. Si/at isik dan imia dari poliamida # 1) 3ariasi kilau# nilon memiliki kemampuan untuk men*adi sa ngat berkilau" semilustrous atau membosankan. 2) 4urabilitas# serat yang tinggi keuletan digunakan untuk sabuk pengaman" ban tali" kain balistik dan penggunaan lainnya. ) 5longasi tinggi ) etahanan abrasi yang sangat baik 6) Sangat tangguh (kain nilon yang panas7set) !) embuka *alan untuk memudahkan peraatan pakaian ) 0esistensi tinggi terhadap serangga" *amur" hean" serta bahan kimia -etakan" *amur" membusuk dan banyak 8) 4igunakan dalam karpet dan stoking nilon 9) en-air bukan terbakar 1+) :ransparan terhadap -ahaya in/ramerah (712d;) 11) :itik lebur !7!o 12) ekerasan ro-kell 1+! 1) ondukti
/tho 1) Panas laten di/usi 6"98 ;:=>lb 16) oe/isien ekspansi linier 6"+66 ? 1+76 >' 1!) ekuatan tarik pada hasil 9!78! psi 1) oe/isien gesekan +"1+7+"+
6
18) epadatan 1"16 g>-m 19) onduktim Serat poliamida tahan terhadap serangan *amur" bakteri dan serangga. Serat ini *uga sangat tahan basa" rusak dalam asam kuat.dan dapat di-elup dengan @at arna dispersi asam dan basa. Serat poliamida dipintal dengan pemintalan leleh" seperti halnya serat buatan lainnya. Poliamida mempunyai penampang melintang yang berma-am7ma-am" tetapi yang paling umum bentuk trilobal dan bulat. aktor yang mempengaruhi la*u reaksi polimerisasi pada umumnya adalah konsentrasi gugus /ungsi. 4engan demikian la*u reaksi polimerisasi pada polyamides ditentukan oleh /aktor konsentrasi gugus /ungsinya yaitu# konsentrasi A$%" 7C'.
2.2 Proses Pembuatan Poliamida Sintesis poliamida mempunyai tipe yang berbeda sesuai dengan *enis poliamida yang diinginkan. Sintesis Poliamida termasuk dalam polimer kondensasi dimana dapat mengalami step grow polymerization dan solid state polymerization . Pada skala laboratorium dapat mengalami kedua tipe sintesis tersebut. $amun pada skala industri (se*auh ini) hanya tipe sintesis step grow polymerization. Step Grow Polimerization adalah sintesis polimer yang menga-u pada mekanisme bi7/ungsional atau multi/ungsi monomer bereaksi untuk membentuk dimer" kemudian trimer " oligomer dan akhirnya memebentuk rantai pan*ang polimer. Solid state polymerization adalah polimerisasi yang dilakukan dengan mengkontakan molekul (monomer) dengan padatan (biasanya ristalin). Selan*utnya molekul yang telah berikatan tersebut disentesis dalam reaktan. 0eaktor yang digunakan biasanya bed reactor /luidisasi. ;erikut ini -ontoh polymeri@ation untuk Polyamide *enis nylon#
7
$ilon dibentuk dari dari reaksi kondensasi he?ametilen diamin dan sebuah asam dikarboksilat. ;erdesarkan pan*ang rantai karbonnya polyamide (nilon) mempunyai si/at yang beraneka ragam. Si/at nylon yang beraneka ragam tersebut disebabkan adanya si/at /isikan yang berbeda. Sebagai -ontoh" nilon !.! diman/aatan untuk bahan tekstil" sedangkan nilon 1+ diman/aatkan untuk pembuatan peralatan olahraga. Sintesis nilon !.! dimulai dengan men-ampurkan asam adipat dengan he?amethylene diamine pada suhu 28+ C dengan tekanan tinggi. Sedangkan sintesis asam adipat sendiri berasal dari oksidasi sikloheksena dengan asam nitrat. ;erikut ini urutan reaksi pembentukan nylon !.!. Gambar 2. Sintesis Poliamida
Sedangkan pada skala laboratorium se-ara umum mempunyai tipe yang sama untuk sintesis polyamide. Perbedaannya pada penggunaan oksidator untuk sintesis asam adipat. Pada skala laboratorium lebih sering menggunakan alium permanganat untuk menintesis asam adipat dari sikloheksena Sintese nilon !.! dari industri tradisional melibatkan asam adipin dan he?amethylene diamin untuk membentuk suatu garam yang meleleh" pada suhu 18+oC. dipin dan he?amethylena diamin diubah men*adi poliamida dengan pemanasan sampai suhu 28+ oC di baah tekanan" yang menghilangkan air. sam adipik dengan menggunakan polymerisasi ini pada umumnya diperoleh dengan oksidasi perpe-ahan -y-lohe?ena dengan asam nitrat" suatu -uka mengoksidasi sangat kuat. da beberapa -orak yang diinginkan reaksi inti ini *ika seseorang mempertimbangkan besar produksi nilon meliputi seluruh dunia. sam $itrat bereaksi dengan -epat deangan kandungan organik yang berma-am7ma-am" sebagai /aktor kehadiran keselamatan dari kimia berbahaya.. %al ini *uga
8
memberikan beberapa resiko lingkungan yaitu mengakibatkan emisi dari $itro oksida ($2' mengandung nitrogen)" gas rumah ka-a" dan produksi skala asam adipin yang industri *uga diper-aya mengubah 1+B dari semua tidak alami emisi nitro oksida ( $'?D). :ekanan tinggi dibutuhkan untuk polymerisasi mugkin *uga bersikap men*adi keselamatan *ika reaktor tidaklah dengan baik dibangun dan diraat. ;erikut ini merupakan gambaran proses pembuatan poliamida !!#
Gambar 2.6 Skema pembuatan poliamida
2. lasi/ikasi Poliamida
9
dapun klasi/ikasi poliamida adalah poliamida !! dan poliamida 11. a) Poliamida !! Poliamida !! atau nilon !! merupakan hasil produk yang terbentuk dari reaksi polimerisasi antara dua monomer yang memiliki atom karbon ber*umlah !. onomer tersebut antara lain #asam adipat dan 1"!74iaminoheksana (he?amethylenediamine).
Gambar 2.! 0eaksi pembuatan poliamida !! 0eaksi yang ter*adi merupakan reaksi polimerisasi kondensasi dimana terbentuk air sehingga terbentuk ikatan amida setelah terbentuk air. Pada polimerisasi poliamida !! he?amethylenediamine dan asam adipi- membentuk garam he?amethylenediammonium adipate 1#1. Garam ini dilarutkan dalam air dan ditambahkan ke dalam auto-la
10
aminoundekanoat yang disintesis dari asam 127oksododekanoat o?ime . Proses untuk mensitesis poliamida # Penyusunan ;e-kmann • 4egradasi %o/mann • %idrolisis • sam aldo?ime dihidrolisis dengan keberadaan nikel asetat tetrahidrat menghasilkan asam 117-arbamoylundekanoat. Selan*utnya asam 117-arbamoylundekanoat diproses dengan larutan sodium metoksida dan bromin pada + A 8+ oC sehingga menghasilkan asam 11 7
(metoksikarbonilamino)
undekanoat"
yang
kemudian
dengan
hidrolisis dasar dan netralisasi akan menghasilkan asam 11 7 aminoundekanoat.
2. abrikasi Poliamida $ilon ! • $ilon ! (polikaprolaktam) umumnya diproduksi dari polimerisasi 7-aprola-tam (%$(C%2)6C'). 0ute produksi yang paling signi/ikan dalam membuat nilon ! menggunakan tiga bahan baku /enol" sikloheksana" dan toluena. 0ekasi dimulai dengan hidrogenasi /enol men*adi
sikloheksanol
sikloheksanon.
yang
Selan*utnya
kemudian
sikloheksanon
dioksidasi
men*adi
direaksikan
dengan
hidroksilamin sehingga men*adi sikloheksanon oksim. Sikloheksanon oksim kemudian mengalami ;e-kmann rearrangement dalam 2+B oleum pada 1++712+ +C dan terkon
Crude 'il
Propylene
:oluene
11
;en@ene
Cumene
Cy-lohe?ana
Phenol
Cy-lohe?anone
Cy-lohe?anone o?ime
Caprola-tam
Gambar 2. Skema proses pembuatan nilon ! :erdapat dua *alur polimerisasi E7-aprola-tam yang umum digunakan dalam industri. Falur yang paling sering digunakan adalah polimerisasi hidrolitik dimana digunakan air untuk membuka -in-in E7-aprola-tam sehingga men*adi molekul linear berupa asam aminokaproik (%2$(C%2)6C''%). Polimerisasi kemudian diproses
dengan
mekanisme
step
groth
dari
senyaa7senyaa
asam
aminokaproik sehingga terbentuk polimer linear (%(%$(C%2)6C')n'%) dan air. Proses hidrolik kontinyu banyak digunakan dalam manu/aktur nilon !. Pada proses ;S digunakan tiga tahap utama yang dibedakan men*adi melt7 polymeri@ation" e?tra-tion" dan solid7state polymeri@ation. Gambar skema prosesnya sebagai berikut#
12
Gambar 2.8 flowsheet pembuatan nilon ! menggunakan proses ;S. a) eed tank b) 3 tube -) Pourer d) Pelleti@er e) Water bath /) 5?tra-tor g) Solid7 state rea-tor Pada melt7polymeri@ation" E7-aprola-tam dan air diumpankan ke bagian atas kolom 3 (3erein/a-ht ontinuierli-hes 0ohr). olom 3 berupa tube
13
kesetimbangan poliamidasi ke arah massa molar polimer yang tinggi serta memperbaiki properties polimer maka dibutuhkan proses /inal yaitu solid7state polymeri@ation yang menggunakan mo
dasar
solid7state
polymeri@ation
adalah
pemaksimalkan
luas
permukaan untuk perpindahan massa tanpa menggunakan bantuan peralatan mi?ing yang poer/ul. 0eaksi degradasi tidak diuntungkan karena suhu reaksi yang rendah dan preser
$ilon !7! $ilon !7! dapat dibuat dengan dua -ara. Pertama nilon !"! dapat dibuat dengan mereaksikan adipoyl -hloride dengan he?amethylene diamine. edua dapat dibuat dengan mereaksikan adipi- a-id dengan he?ametylene diamine. 0eaksi yang ter*adi adalah sebagai berikut#
1) 0eaksi adipoyl -hloride dengan he?ametylene diamine
14
Gambar 2.9 Skema reaksi pembuatan nilon !7! dari adipoyl -hloride
2) 0eaksi adipi- a-id dengan he?ametylene diamine
Gambar 2.1+ Skema reaksi pembuatan nilon !7! dari asam adipat ekanisme reaksi adipi- a-id dengan he?ametylene diamine adalah sebagai berikut# a) olekul adipi- a-id memprotonasi karbonil oksigen adipi- a-id lainnya Pasangan elektron bebas oksigen pada asam adipat menyerang atom hidrogen pada gugus karboksilat dari molekul asam adipat lain. olekul asam adipat yang diserang mengalami kelebihan elektron pada atom oksigen yang terikat pada gugus karboksilat seperti yang tertera pada gambar dibaah. olekul asam adipat yang lain mengalami kekurangan elektron pada atom oksigen yang terikat pada gugus karboksilat seperti yang terlihat pada gambar.
15
Gambar 2.11 ekanisme molekul adipi- a-id memprotonasi karbonil oksigen adipi- a-id lainnya
b) %e?amethylene diamine menyerang karbonil karbon pada adipi- a-id dan membentuk ammonium intermediet.
16
Gambar 2.12 ekanisme he?amethylene diamine menyerang karbonil karbon pada adipi- a-id dan membentuk ammonium intermediet.
%e?amethylene diamine menyerang asam adipat di gugus karboksilat dimana terdapat atom oksigen yang kekurangan elektron. %asilnya terbentuk ammonium intermediet dimana salah satu gugus amine7nya mengalami kekurangan elektron.
-) Perpindahan elektron pada ammonium intermediet. Struktur ammonium intermediet yang tidak stabil dikarenakan salah satu atom nitrogen pada gugus amine kekurangan ele-tron mengakibatkan ter*adinya perpindahan elektron. alnya pasangan elektron bebas dari oksigen pada gugus karboksilat yang berikatan dengan amine menyerang atom oksigen yang terikat pada nitogen yang kekurangan elektron. %al ini membuat atom nitrogen tidak kekurangan elektron lagi tetapi hal ini membuat oksigen tersebut men*adi kekurangan elek tron. tom oksigen yang kekurangan elektron menarik elektron atom karbon sehingga ter*adi pelepasan molekul %2'. 'leh karena atom karbon mengalami kekurangan elektron maka atom oksigen yang terikat padanya memberikan elektronnya dan menarik elektron dari atom hidrogen sehingga ter*adi pelepasan ion %&. Pada akhirnya perpindahan elektron ini akan menghasilkan amida dimer disertai pelepasan %2' dan ion %&.
17
Gambar 2.1 ekanisme perpindahan elektron pada ammonium intermediet
d) mida dimer bereaksi dengan molekul adipi- a-id atau he?amethylene diamine lainnya Selan*utnya amida dimer yang telah terbentuk akan bereaksi dengan asam adipat atau dengan he?amethylene diamine yang lain untuk membentuk amida trimer. e) Pembentukan polimer nilon !"! 0eaksi7reaksi seperti diatas ter*adi terus7menerus dan pada akhirnya akan membentuk polimer !"!.
Gambar 2.1 0umus struktur nilon !7! (polyamida)
18
Gambar 2.16 Skema proses produks nilon !7! ( sumber: www.pall.jp/pdf/PPG3a.pdf )
=mpan yang digunakan pada industri pembuatan polimer nilon !"! adalah adipia-id" he?amethylene diamnine" dan air. dipi- a-id" he?amethylene diamine" dan air kemudian dimasukkan ke reaktor untuk direaksikan men*adi he?amethylene diammonium adipate yang biasa disebut nilon salt solution. :i' 2 Slurry kemudian ditambahkan ke nilon salt solution untuk mendeluster /iber. Pendelusteran /iber ini bertu*uan untuk memberi arna pada nilon yang akan dibentuk. Harutan garam yang telah di-ampur dengan :i' 2 slurry dimasukkan ke dalam e
reaktor
dimana
ter*adi
reaksi
polimerisasi
dan
terbentuk
polyhe?amethylene adipamide atau yang biasa dikenal dengan nilon !"!. Polimer nilon !"! kemudian dipisahkan ke dalam dua *alur dimana *alur yang satu polime nilon !"! dimasukkan ke unit -utter dan dibentuk men*adi nilon !"! -hip. Pada *alur yang lain nilon -air !"! diekstrusi melalui spinneret dan mengalami proses pemintalan. $ilon tersebut kemudian didinginkan untuk dibentuk men*adi /ilamen.
19
2.6 Contoh plikasi Poliamida anu/aktur • $ylon !! merupakan bahan sintetik serbaguna yang dapat dibentuk men*adi serat" lembaran" /ilamen atau bulu. ,ni pada gilirannya dapat digunakan dalam produksi kain" benang dan pintal. Sebagai -ontoh" baik /ilamen nilon !! yang digunakan dalam pembuatan kaus kaki" ra*utan pakaian dan parasut. $ylon !! bulu yang digunakan untuk memproduksi sikat gigi dan sisir sikat. Sebagai komposit dengan polimer lain" nilon !! *uga digunakan dalam produksi produk -etakan seperti mobil mainan" •
skate7board roda dan /rame pistol. ,ndustri ;enang 4engan ketahanan tarik
tinggi
kekuatan"
kelelahan
dan
ketangguhan" satu aplikasi utama untuk nilon !! adalah dalam pembuatan benang industri. dhesi unggul untuk karet membuat sebuah media yang ideal untuk memproduksi kain ban kabel" media untuk memperkuat bias7 ply ban bus dan truk. :erlebih lagi" dapat di-ampur dengan polietilena (P5)" polimer lebih murah" untuk menghasilkan biaya rendah benang •
industri tanpa se-ara signi/ikan menurunkan kualitas produk akhir. :ekstil $ylon !! digunakan se-ara luas dalam industri tekstil untuk memproduksi kain non7o
•
arna7arni dan ringan namun kuat dan tahan lama Penyerapan =3 $ylon !! /ilm plastik sering diproduksi dengan kapasitas serapan =3" sebuah properti yang berman/aat signi/ikan dalam pengendalian penyakit
•
untuk serapan =3 yang meliputi rekayasa" medis" dan pertanian. Perlengkapan 0umah las tidur" karpet" atap dan perkakas rumah lainnya.
•
Peralatan ,ndustri :ali ;an" Pipa karet" lat pengangkutan 4an ,kat pinggang di pesaat" Parasut" 4aai74aai 0aket" :ali temali dan *aring" kantong tidur" kain terpal" tenda" benang" bulu sikat gigi. Poliamida dapat
20
digunakan sebagai sistem perpipaan dalam pendistribusian gas alam dikarenakan pipa dari poliamida ini memiliki karakteristik yang mampu menahan suhu dan tekanan dari gas alam tersebut. Pipa dari poliamida ini memiliki keuntungan yaitu tahan terhadap korosi sehingga biaya pemeliharaannya lebih murah dan harga *ualnya *uga lebih murah dibandingkan dengan pipa dari logam. ekurangan dari pipa poliamida adalah si/atnya yang dapat menyerap moisture (-airan) yang terdapat dalam gas alam maupun udara.hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian sambungan antar pipa dan menyebabkan kebo-oran pada sistem perpipaan. Penggunaan Poliamida sebagai Pipa saluran gas pada terkanan tinggi mempunyai beberapa kelebihan antara lain # 7 Hebih murah dalam biaya pemasangan dan peraatan dibandingkan dengan pipa besi" sebagaimana telah diterapkan di merika =tara. 7 :idak mengurangi akti
