POLIMERISASI UREA FORMALDEHID I. TUJUAN - Mahasiswa dapat menjelaskan kondisi reaksi pada kecepatan reaksi dan hasil reaksi pada tahap awal - Dapat menganalisa kadar formaldehid bebas dan kadar resin dalam larutan resin - Menentukan pH massa jenis pada tahap reaksi dan hasil.
II. BAHAN DAN ALAT - Bahan yang digunakan:
-
1. Formalin
: 20 ml
2. Urea
: 100 gr
3. Etanol
: 50 ml
4. Natrium sulfit
: 31,51 gr
5. Asam sulfat
: ml
6. Fenolftalin
: secukupnya
7. Aquadest
: secukupnya
8. Es
: secukupnya
Alat yang digunakan: 1. Erlenmeyer 250 ml
: 6 buah
2. Gelas kimia 250 ml
: 4 buah
3. Gelas ukur 100 ml
: 1 buah
4. Corong kaca
: 1 buah
5. Kaca arloji
: 2 buah
6. Pipet ukur 1 ml
: 1 buah
7. Pipet ukur 25 ml
: 1 buah
8. Bola karet
: 1 buah
9. Spatula
: 1 buah
10. Pengaduk kaca
: 2 buah
11. Pengangas air
: 1 buah
12. Hot plate
: 1 buah
13. Kondenser
: 1 buah
14. Termometer
: 2 buah
1
Polimerisasi Urea Formaldehid
15. Wadah es
: 1 buah
16. Labu bundar
: 1 buah
17. Batu didih
: 3 buah
18. Pipet tetes
: 1 buah
19. Buret
: 1 buah
20. Cawan porselen
: 2 buah
III. DASAR TEORI Polimer adalah zat yang mempunyai massa molekul tinggi ( dan biasanya mempunyai unit struktur berulang (monomer) dengan ikatan kovalen hingga terbentuk molekul besar (polimer). Pembentukan Resin
Urea formaldehid resin adalah hasil kondensasi antara Urea dengan Formaldehid. Pda pH >7 reaksi Urea Formaldehid (metilolasi) yaitu adisi Formaldehid pada gugusan Amino dari Urea menghasilkan metilolasi yang berupa monomer. Penyebab terjadinya reaksi polimerisasi adalah kondensasi, polimer yang dihasilkan pada awalnya berupa rantai lurus dan larut dalam ai r, semakin lama kondensasi polimer mulai membentuk rantai tiga dimensi dan berkurang kelarutannya dalam air. Pada tahap curing, kodensasi tetap berlanjut dan polimer akan membentuk rangkaian tiga dimensi yang kompleks dan menjadi termoset. Panjang polimer diperincikan dari jumlah satuan pengulang dalam rantai disebut derajat polimerisasi (PD). Massa molekul polimer adalah hasil pengulangan massa molekul monomer dan derajat polimerisasi. Contoh : Polivinilklorida, dp 1000 MASSA MOLEKUL 63 x 1000 = 63000 Hasil dan kecepatan reaksi sangat dipengaruhi oleh faktor perbandingan molekul pereaksi, katalis, suhu dan waktu reaksi. Pada prinsipnya pembuatan Urea Formaldehid melalui tahapan berikut : Tahap pembuatan (intermediet), tahap reaksi hingga terbentuk resin yang masih
berupa cairan, larut dalam air.
2
Polimerisasi Urea Formaldehid
Tahap persiapan sebelum curing, pencampuran dengan zat kimia lain, pengisi (filter)
dan lain-lain. Tahap curing, proses akhir dengan bantuan katalis, panas dan tekanan tinggi
mengubah resin menjadi resin termoset. Resin urea-formaldehid adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk mebelir (furniture), panel dan lain-lain.
Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai urea-metanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensilestrength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah. 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 inisiasi, propagasi (kondensasi), dan proses curing : 1.
Tahap metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea.
2.
Tahap selanjutnya propagasi, yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus.
3.
Tahap terakhir adalah proses curing yaitu ketika kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi resin thermosetting. Resin thermosetting mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, serta tidak dapat melarut dan meleleh. Temperatur curing dilakukan pada sekitar temperatur 120 Celcius dan pH < 5.
3
Polimerisasi Urea Formaldehid
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 temparatur 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. 4. Reaksi Pembuatan Kondensasi. Reaksi kondensasi ini dilakukan dalam sebuah labu berleher yang dilengkapi kondensor ohmmeter, 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. 4
Polimerisasi Urea Formaldehid
Formaldehida 1.
Nama IUPAC
: Metanal
2.
Nama lain
: Formol, metil aldehida, oksida metilena
Identifikasi
: Nomor CAS [50-00-0]
3.
Sifat
4.
: Nomor RTECS
LP8925000
: Rumus molekul
CH2O
: Massa molar 30,03 g·mol−1 : Penampilan gas tak berwarna : Densitas
1 kg·m−3, gas
:Titik lebur
-117 °C (156 K)
: Titik didih
-19,3 °C (253,9 K)
: Kelarutan dalam air > 100 g/100 ml (20 °C) Struktur
5.
: Bentuk molekul
trigonal planar
: Momen dipol 2,33168(1) D : Bahaya beracun, mudah terbakar : Titik nyala Senyawa terkait
6.
-53 °C
: Aldehida terkait asetaldehida, benzaldehida, keton, asam karboksilat
RESIN UREA FORMALDEHID Resin
urea-formaldehid
adalah
salah
satu
contoh polimer yang
merupakan
hasilkondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan diindustri untuk berbagai tujuan seperti bahan adesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk mebelir (furniture), panel dan lainlain. Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai urea-metanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah. 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 5
Polimerisasi Urea 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 inisiasi, propagasi (kondensasi), dan proses curing. 1. Tahap metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea 2. Tahap selanjutnya propagasi, yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus 3. Tahap terakhir adalah proses curing yaitu ketika kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi resin thermosetting. Resin thermosetting mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, serta tidak dapat melarut dan meleleh. Temperatur curing dilakukan pada sekitar temperatur 120 Celcius dan pH < 5.
IV. LANGKAH KERJA Pembuatan resin
1. Memasukan 20 ml formalin ke dalam labu bundar leher dua dan menambahkan amonia pekat sebanyak 7% berat total campuran dan menambahkan natrium sulfit sebagai buffering agent sebanyak 10% berat katalis. 2. Mengaduk rata campuran, menyisihkan 25 ml sebagai sampel dan erlenmeyer 100 ml. 3. Memasukan urea 100 gr ke dalam campuran, mengaduk rata lalu mengambil 25 ml dengan pipet, menaruh dalam erlenmeyer 100 ml dan menyimpan sebagai sampel 2. 4. Memanaskan campuran dengan refluks selama 1 jam pada suhu maksimum 60 oC. 5. Mengambil sampel 3 sebanyak 25 ml dengan pipet setelah refluk 30 menit lalu menyimpan dalam erlenmeyer 100 ml 6. Setelah 1 jam, megambil lagi 25 ml sebagai samel 4 lalu menyimpannya dalam erlenmeyer 100 ml.
6
Polimerisasi Urea Formaldehid
Analisis sampel
Sampel 1 dianalisis dengan tes I dan II
Sampel 2 dianalisis dengan tes I dan II
Sampel 3 dianalisis dengan tes I dan II, III
Sampel 4 dianalisis dengan tes I dan II, III
TES I
Langkah kerja : Analisa kadar formaldehid bebas dengan menggunakan natrium sulfat dengan reaksi : CH2O + Na2SO4
HO-CH2-Na2SO4 + NaOH
1. Melarutkan 1 ml sampel ke dalam 20 ml air dalam erlenmeyer 250 ml 2. Menambahkan indikator fenolftalin 3. Menambahkan 25 ml larutan Na2SO3 dalam air, mengocok larutan dengan baik, membiarkan 5-10 menit agar bereaksi sempurna. 4. Melakukan titrasi duplo
TES II
Langkah kerja : Mencelupkan kertas lakmus untuk mengetahui pH larutan dan menyesuaikan dengan warna standar.
TES III
Langkah kerja : 1. Menentukan kadar resin dalam resin 2. Memanaskan cawan porselen pada suhu 140 oC selama 30 menit, mendinginkan dalam desikator hingga suhu ruang dan menimbang seba gai G1 3. Menimbang 5-10 gr sampel dalam cawan tersebut, memanaskan pada suhu 140 oC hingga kering, mendinginkan hingga suhu ruang di desikator dan menimbang sebagai G2
7
Polimerisasi Urea Formaldehid
V.
DATA PENGAMATAN No. Perlakuan
Pengamatan
1.
20 ml formalin + NH3 25% +
Cairan berwarna bening dan reaksi
Na2SO3 7% berat NH3
terjadi eksotermis
20 ml formalin + 25 % NH 3 + 7 %
Campuran Urea tidak larut dan
Na2SO3 + 10 gram Urea
berwarna putih keruh
2.
Campuran
direfluk
selama
30
menit 3.
Berwarna agak keruh dan bau tidak terlalu menyengat (eksotermis)
Campuran direfluks selama 1jam Campuran menjadi bening, terdapat pada suhu 60°C
endapan urea dan baunya tidak terlalu menyengat
ANALISIS SAMPEL
Volume Titran Analisis
Sampel
Test 1
Blanko
Test 2
Test 3
8
H2SO4 (ml)
pH
G1
G2
Perubahan
(gr)
(gr)
warna
1
1
2,5
2
1,3
3
1,2
4
1,1
Merah muda
1
8
menjadi
2
8
bening
3
8
4
8
3
56,7
57,12
4
88,3
89,4
Polimerisasi Urea Formaldehid
Tes 4 Sampel
Stroke Curve
3
38,39 menit
4
40,15 menit
]
VI.
PERHITUNGAN Formaldehida m = ρ x V = 1,06 gr/ml x 20 ml mf = 21,2 gr NH3 25 % % m NH3 = 0,25
=
0,25x + 5,3 gr
=x
x – 0,25x = 5,3 gr 0,75 x = 5,3 gr x = 7,066 gr
V NH3 =
=
= 7,851 ml
Pembuatan H2SO4 1 M 250 ml M1
= =
ρ
= 18,4 M M1 V1 = M2 V2 18,4 M x V1 = 1 M x 250 ml V1 = 13,586 ml
9
Polimerisasi Urea Formaldehid
Pembuatan Na2SO3 1 M 250 ml gr = M V BM = 1 M x 0,25 l x 142,04 gr/mol = 35,51 gr
Sampel 1 ml berat = ml H2SO4 - ml H2SO4 blanko = 2,5 ml – 1 ml = 1,5 ml
= =
= gr CH2/1000 ml Larutan Sampel 2 ml berat = ml H2SO4 - ml H2SO4 blanko = 1,3 ml – 1 ml = 1 ml
= =
= gr CH2/1000 ml Larutan Sampel 3 ml berat = ml H2SO4 - ml H2SO4 blanko = 1,2 ml – 1 ml = 0,3 ml
= =
= gr CH2/1000 ml Larutan
10
Polimerisasi Urea Formaldehid
Sampel 4 ml berat = ml H2SO4 - ml H2SO4 blanko = 1,1 ml – 1 ml = 0,1 ml
= =
= gr CH2/1000 ml Larutan Tes 3 Penentuan Kadar
1. Sampel 3 G1 = 49,6 gram G2 = 51,4 gram Gram sampel = 10 gram % resin = =
x 100 %
x 100 %
= 10 % 2. Sampel 4 G1 = 49,8 gram G2 = 51,4 gram Gram sampel = 10 gram % resin = =
x 100 %
x 100 %
= 21 %
11
Polimerisasi Urea Formaldehid
VII. ANALISA PERCOBAAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat dianalisa bahwa zat yang dipakai pada praktikum “Polimerisasi Urea Formaldehid” adalah 20 ml formalin 32,22 ml amonia pekat dan 2,0048 gr Na 2SO3. Saat penambahan amonia kedalam formaldehid larutan berasap karena merupakan zat volatil dan membuat mata menjadi perih. Namun larutan tetap menjadi bening hingga penambahan Na 2SO3.. Pada tingkat keasaman zat lebih dari
7 atau di atas 7, reaksi urea formaldehid yaitu adisi
formaldehid pada gugusan amina dari urea menghasilkan metilolosi yang berupa rantai lurus dan larut dalam air, semakin lama kondensasi polimer mulai membentuk rantai tiga dimensi dan berkurangnya kelarutan dalam air. Tahap pertama pembuatan urea formadehid yaitu dengan mencampur formalin dan urea hingga terbentuk resin yang masih berupa cairan dan larutan dalm air. Tahap kedua yaitu pencampuranzat kimia lain ke dalam campuran pertama. Zat kimia lain yang ditambahkan yaitu Na2SO4 sebagai buffering agent, dimana berfungsi untuk menstabilkan keadaan campuran, baik dari pH maupun suhu. Tahap ketiga yaitu proses akhir, dimana dilakukan penambahan katalis NH3. Untuk volume titran semakin berkurang dari sampel 1 dan 4 dan kandungan formalin dalam sampel semakin semakin besar.
VIII. KESIMPULAN Setelah melakukan percobaan, dapat juga disimpulkan bahwa:
% Resin sampel 3 = 10% % Resin sampel 4 = 21%
Waktu stroke Sampel 3 : 38,39 menit Sampel 4 : 40,15 menit
Tahap pembuatan Formaldehid ini ada 3, yaitu inisiasi, propagasi dan proses curring.
12
Polimerisasi Urea Formaldehid
DAFTAR PUSTAKA Jobsheet. 2014. Penuntun Praktikum Satuan Proses I. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang Jakaoktasanovajaka.blogspot.com
13
Polimerisasi Urea Formaldehid
Gambar Alat
Kaca Arloji
Thermometer
Buret
Erlenmeyer
14
Gelas Kimia
Pipet Ukur
Corong gelas
pipet tetess
Bola Karet
Pengaduk
Saringan Vacum
Cawan Porselen
Polimerisasi Urea Formaldehid