BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan Swedia, Berzelius pada tahun 1833, sepanjang abad 19 para kimiawan bekerja dengan makromolekul tanpa memiliki suatu pengertian yang jelas mengenai strukturnya. Sebenarnya beberapa polimer alam yang termodifikasi telah dikomersialkan. Sebagai contoh, selulosa nitrat dipasarkan di bawah nama-nama “celluloid” dan guncotton. Bahan plastik buatan pertama kali dikembangkan pada abad ke-19, dan saat ini di awal abad ke-21 jenis bahan ini telah ada di sekeliling kita dalam bentuk dan kegunaan yang sangat beragam. Cellulose nitrate merupakan salah satu jenis bahan plastik yang pertama-tama dikembangkan. Bahan ini ditemukan Alexander Parkes di pertengahan abad ke-19 dan pertama kali dipamerkan pada suatu Pameran Akbar di London tahun 1862 dalam bentuk sol sepatu dan bola-bola billiard. Pada tahun 1869 John Wesley Hyatt mengembangkan bahan Cellulose nitrate lebih lanjut dengan cara mencampurkannya dengan camphor menjadi bahan baru yang kemudian diberi nama Celluloid. Polimer merupakan material yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Penggunaan material ini sangat beragam dan hampir setiap kehidupan manusia, mulai dari pembungkus makanan, barang-barang keperluan rumah tangga, sampai pada alatalat teknik. Plastik merupakan polimer yang tersusun dari berbagai jenis komoditas seperti polietilena, polipropilena, polivinilklorida, polietilena tereftalat, polistirena, dan polikarbonat. Keenam jenis komoditas ini membentuk 98% dari seluruh polimer dan plastik yang ditemukan dalam kehidupan sehari- hari. Setiap jenis plastik ini memiliki karakteristik dan penggunaan yang spesifik seperti sifat degradasi dan ketahanan dari panas, cahaya dan zat kimia. Dengan semakin banyaknya kebutuhan akan plastik, maka kebutuhan akan bahan baku plastik pun semakin meningkat. Pellet polipropilena merupakan salah satu bahan baku yang cukup banyak digunakan pada industri plastik. Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata-rata ukuran molekul dan jumlah rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi 1
sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misalny seri hidrokarbon). Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Dalam kehidupan sehari-hari banyak barang-barang yang digunakan merupakan polimer sintetis mulai dari kantong palstik untuk belanja, plastic pembungkus makanan dan minuman, kemasan plastic, alat-alat listrik, alat-alat rumah tangga, dan alat-alat elektronik. 1.2.
Rumusan Masalah 1. 2. 3. 4.
Mahasiswa dapat mendefinisikan apa itu polipropilena Mahasiswa dapat mengetahui bahan baku dalam pembuatan polipropilena Mahasiswa dapat mengetahui proses pembuatan polipropilena Mahasiswa dapat mengetahui teknologi yang di gunakan dalam proses pembuatan
5.
polipropilena Mahasiswa dapat mengetahui produk yang di hasilkan dari polipropilen
1.3.
Tujuan 1. 2. 3. 4. 5.
Untuk mengetahui definisi apa itu polipropilen Untuk mengetahui bahan baku pembuatan polipropilen Untuk mengetahui proses pembuatan polipropilen Untuk mengetahui teknologi yang di gunakan dalam proses pembuatan polipropilen Untuk mengetahui produk yang di hasilkan dari polipropilen
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Propilen
2
Propilena meupakan bahan baku dalam pembuatan polipropilena jenis homopolimer sedangkan untuk jenis random copolymer dan impact copolymer selain propilena diperlukan juga etilena dengan komposisi tertentu. Propilena merupakan hidrokarbon alfatik dengan satu rantainya mempunyai ikatan rangkap dua atau ikatan tidak jenuh. Polipropilena merupakan golongan olefin yang diperoleh dari hasil cracking (perengkahan) minyak bumi pada temperature 700-9000 C, untuk menghilangkan gas nafhtalena dan dilanjutkan dengan proses fraksionasi. Proses produksi polipropilena yang digunakan di PT.Chandra Asri Petrochemical,Tbk (PP Plant) adalah proses fasa gas UNIPOL polypropylene dari Union Carbide Corporation. Proses ini merupakan proses bersih karena limbah yang dihasilkan sangat sedikit dan semua sisa bahan baku dapat diambil kembali. Pembuatan polipropilena sesuai dengan proses produksi pembuatan dipabrik ini, terdiri dari beberapa tahap, yaitu : a. b. c. d. e. f.
Pemurnian bahan baku Polimerisasi fasa gas Pemurnian produk Penambahan aditif Pembuatan pellet Silo dan Bagging Bahan baku utama yang digunakan adalah propilena dan etilena.
Sedangkan bahan baku penunjangnya adalah berupa katalis, ko-katalis, Selectivity Control Agent (SCA), nitrogen, hidrogen dan karbon monoksida. Propilena, etilena, nitrogen dan hidrogen yang disuplai, biasanya diperoleh dalam kondisi tidak murni. Oleh karena itu, diperlukan suatu pemurnian (refinery) terhadap bahan baku tersebut sehingga dihasilkan bahan baku yang memenuhi syarat sebagai umpan ke reaktor. Dalam proses pemurnian, dilakukan penghilangan kandungan light gas, sulfur, arsen, MAP (Metil Asetilena/Propadiena), air dan oksigen. Hal ini dilakukan karena dengan adanya senyawa-senyawa ini dalam reaktor akan dapat meracuni katalis. Reaksi polimerisasi dilakukan dalam reaktor unggun terfluidakan (fluidized bed) pada temperatur temperatur 65 °C dan tekanan 30 kg/cm2G. Reaksi ini merupakan reaksi fasa gas dengan pengumpanan bahan baku dan katalis 3
secara kontinu kedalam reaktor. Reakor ini dilengkapi dengan cycle gas blower dan cycle gas cooler. Cycle gas blower mensirkulasikan gas sisa reaksi dan memberikan gerakan yang diperlukan oleh fluidisasi. Cycle gas cooler digunakan untuk menurunkan temperatur didalam reaktor dengan mendinginkan recycle gas. Temperatur reaktor harus dijaga pada temperatur yang tetap, yaitu pada temperatur dew point gas. Temperatur yang lebih tinggi dari temperatur dew point gas didalam reaktor dapat menyebabkan terjadinya penggumpalan (chunk) polimer yang mengakibatkan reaksi harus dihentikan (shut down).Reaksi ini merupakan reaksi eksotermis sehingga perlu dilakukan pendinginan. Akan tetapi, Reaksi polimerisasi yang dilakukan nantinya akan menghasilkan polipropilena berupa resin berfasa padat. Setelah resin mencapai ketinggian tertentu dalam reaktor, resin dikeluarkan dengan Product discharge system (PDS) yang terdiri dari product chamber dan product blow tank. Secara umum, reaksi polimerisasi propilena menjadi polipropilena dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Reaksi Polimerisasi Propilena menjadi Polipropilena
Dalam product chamber dan product blow tank tidak hanya mengandung resin tetapi juga mengandung gas-gas sisa reaksi yang ikut keluar dari reaktor. Oleh karena itu, resin yang disimpan tersebut kemudian dialirkan ke resin degassing unit. Resin dipisahkan dengan menggunakan nitrogen dan kukus untuk mendeaktivasi sisa katalis. Resin yang telah terpisahkan dari gas dialirkan ke unit pelleting dan gas yang 4
terpisahkan dikirim ke vent recovery system untuk didaur ulang. Sebelum masuk ke pelleter, sebagian resin ditambahkan aditif. Resin dan aditif ini kemudian dicampur dengan perbandingan tertentu sesuai dengan sifat yang diinginkan. Dengan aditif yang berbeda maka akan dihasilkan sifat plastik yang berbeda pula. Dalam pelleter, resin dilelehkan dan dibentuk menjadi pellet. Resin yang telah menjadi pellet kemudian dikeringkan dan didinginkan. Resin yang telah kering dialirkan menuju silo untuk disimpan sementara, sebelum dikemas pada unit pengantongan (bagging).
2.2 Sifat – Sifat Propilena Propilena pada tekanan atmosferik dan temperatur kamar berwujud uap. Propilena memiliki uap yang tidak berwarna dan bersifat anastetik pada konsentrasi tinggi (>60% volume) di udara, tetapi gas propilena merupakan salah satu gas yang tergolong tidak beracun. Senyawa ini mudah terbakar dan mudah meledak bila bercampur dengan udara sehingga penggunaan propilena harus dilengkapi dengan ventilasi. Karena gas ini sangat reaktif maka pengunaannya harus dihindarkan dari kontak dengan asam kuat, garam dari asam logam, aluminium klorida, besi klorida anhidrat, halogen, oksigen dan senyawa-senyawa pengoksidasi. Propilena juga tidak baik untuk kondisi panas (temperatur di atas 70 °C), percikan api dan flame, tekanan diatas 400 psig, dan adanya kehadiran katalis.
Sifat
Sifat Fisik Propilena Nilai
Berat molekul, g/mol
42,078
Titik didih pada 101,3 kPa, °C
-47,7
Titik leleh, °C
-185,3
Temperatur kritik, °C
92
Tekanan kritik, Mpa
4,63
Densitas kritik, g/mL
0,233
Lower explosion limit, %volume dalam udara
2,4
5
Upper explosion limit, %volume dalam udara
11,1
Temperatur autoignition, °C
224
Kelarutan dalam air (pada 20 °C, 101,3 kPa),
44,6
mL gas/100mL Rupa
Tidak berwarna
Bau
Bau gas alam, sweet odor
Titik nyala, °C
-108
Densitas uap ( untuk udara = 1)
1,5
Spesific gravity (20 °C, untuk air=1)
0,516
Tekanan uap (20 °C), psig
132
Cp, kal/mol °C
15,27
Panas penguapan (-47,7 °C), kal/gr
104,67
Panas Peleburan (ΔHm) (20 °C) (kal/g)
16,67
Panas Pembentukan (ΔHf) (25 °C) (kal/g)
4,879
Panas Pembakaran (ΔHc) (25 °C) (kal/g)
11,688
BAB III PEMBAHASAN
3.1.
Polipropilena Polipropilena merupakan sebuah polimer hidrokarbon linier hasil reaksi polimerisasi dari propilena. Polipropilena adalah poliolefin atau polimer jenuh merupakan bahan baku untuk pembuatan berbagai macam barang plastik. Polimer ini termasuk jenis polimer termoplastik yang lunak jika dipanaskan, lelehannya bisa mengalir seperti cairan viscous, dan mudah dibentuk.
6
Secara umum, polipropilena memiliki daya tahan yang baik terhadap pelarut organik, agensia peluruh dan serangan elektrolitik. Polipropilena memiliki ketahanan yang baik terhadap asam dan basa namun tidak begitu baik pada pelarut aromatik, alifatik dan mengandung klor. Polipropilena dapat teroksidasi oleh oksidator kuat seperti H2SO4 dan HNO3 pekat. Hal ini karena adanya atom hidrogen tersier yang kurang stabil jika dibandingkan dengan atom hidrogen primer dan sekunder. Polipropilena termasuk paling ringan jika dibandingkan dengan jenis bijih plastik lainnya. Permukaan polipropilena licin, tidak menyerap air, kelembaban dan kekuatan termal lebih besar dari pada polietilena, dan kekuatan renggangnya besar. Pemanfaatan polipropilena sangat luas di
berbagai sektor industri. Polipropilena
dimanfaatkan dalam industri barang plastik rumah tangga, lain-lain termasuk mainan anak-anak dan peralatan kesehatan. 3.1.1.
Struktur Polipropilena Polipropilena merupakan polimer yang tersusun oleh monomer propilena
dengan unit berulang seperti pada gambar berikut:
Struktur Polipropilena Tiga faktor struktural yang menentukan sifat dari polipropilena adalah distribusi molekul, struktur ruang molekul, dan berat molekul rata-rata. Berdasarkan Textbook of Polymer Science, kimia ruang polipropilena pertama kali dipelajari oleh Natta. Natta menyatakan bahwa struktur ruang yang mungkin ada pada polipropilena ada tiga, yaitu isotaktik, sindiotaktik dan ataktik. Struktur taktik pada polipropilena dapat dilihat dengan NMR (Nuclear Magnetic Resonance) atau dengan menggunakan prinsip kelarutan untuk mencari persen taksisitas. Perbedaan dari ketiganya dilihat dari letak gugus metil relatif terhadap rantai utama polipropilena. 1. Polipropilena isotaktik Pada struktur isotatik, semua gugus metil terletak pada salah satu sisi rantai polimer. Bersifat kaku pada temperatur ruang, kekuatannya tinggi, dan dapat mengkristal. 7
Struktur Isotaktik
2. Polipropilena sindiotaktik Pada struktur sindiotatik, gugus metil terletak berselang-seling berlawanan arah secara teratur pada kedua sisi rantai polimer. Memiliki sifat dapat mengkristal, jenis ini sulit ditemukan karena pembuatannya sulit (temperatur operasi -78oC).
Struktur Sindiotaktik
3. Polipropilena ataktik Pada struktur ataktik, gugus metil terletak tak beraturan terhadap sisi rantai polimer sangat lentur dan tidak bisa mengkristal sehingga polipropilena ataktik bersifat amorf.
Struktur Ataktik
8
Perbedaan sifat fisik polipropilena isotaktik, sindiotaktik, dan ataktik Sifat fisik
Isotaktik
Sindiotaktik
Ataktik
Densitas, g/cm3
0,92 – 0,94
0,89 – 0,91
0,85 - 0,9
Titik leleh, oC
165
135
-
Sedang
Tinggi
Sedang
Sangat rendah
-
-18 sampai -5
Kelarutan
dalam Tidak larut
hidrokarbon pada 20oC Yield strength
Tinggi
Temperatur transisi gelas -13 sampai 0 (Tg), oC
Berat molekul polimer ditentukan sebagai berat molekul rata-rata karena jenis polimer yang sama bisa memiliki berat molekul yang berbeda, tergantung dari panjang rantai yang dimilikinya. Pada skala industri, polipropilena yang dihasilkan diharapkan memiliki rentang berat rata-rata yang sempit dimana hal ini menunjukkan bahwa polimer tersebut relatif seragam. Penentuan berat molekul rata-rata polipropilena secara komersial dapat dilakukan dengan menggunakan parameter Melt Flow Index (MFI). Nilai MFI berbanding terbalik dengan reaksi. Semakin banyak hidrogen dalam medium reaksi, maka rantai polipropilena yang dihasilkan semakin pendek. Hal ini menyebabkan polipropilena akan mudah mengalir dan memiliki nilai MFI yang tinggi 3.1.2.
Sifat Fisik Polipropilena Sifat Fisik Polipropilena Homopolymer dan Copolymer
ASTM or Sifat
Homopolimer
Kopolimer
0,905
0,897
< 0,01
0,01
4.800
4.800
UL test Sifat Fisik (g/cm3)
D792
Densitas
D570
Daya serap air, 24 jam (%)
Sifat Mekanik D638
Tensile Strength (psi) 9
D638
Tensile Modulus (psi)
195.000
-
D638
Tensile Elongation at Yield (%)
12
23
D790
Flexural Strength (psi)
7.000
5.400
D790
Flexural Modulus (psi)
180.000
160.000
D695
Compressive Strength (psi)
7.000
6.000
D695
Compressive Modulus (psi)
-
-
D785
Hardness, Rockwell R
92
80
D256
IZOD Notched Impact (ft-lb/in)
1,9
7,5
Coefficient of Linear Thermal
6,7
6,6
210/99
173/78
125/52
110/43
Sifat Termal D696
Expansion ( x 10-5 in/°F) D648
Heat
Deflection
Temperature
(°F/°C) At 66 psi At 264 psi D3418
Melting Temperature (°F/°C)
327/164
327/164
-
Max.
180/27
170/77
500-600
475
Operating
Temperature
(°F/°C) Sifat Elektrik D149
Dielectric Strength (V/mil) short time, 1/8”thick
D150
Dielectric Constant at 1 kHz
2,25
2,2-2,36
D150
Dissipation Factor at 1 kHz
0,0005-0,0018
0,0017
D257
Volume Resistivity (ohm-cm) at
8,5 x 1014
2 x 1016
50% RH 10
D495
3.1.3.
Arc Resistance (sec)
160
100
Jenis - Jenis Polipropilena Saat ini polipropilena yang diproduksi secara komersial dan beredar di pasaran
terdiri dari tiga jenis yaitu homopolimer, kopolimer random dan kopolimer impak. 1. Homopolimer (Homopolymer) Homopolimer adalah polimer yang bahan bakunya berasal dari satu macam monomer yaitu propilena. Untuk membuat homopolimer, cukup dengan menggunakan satu reaktor. Sifat polimer ini antara lain memiliki berat jenis paling ringan, daya tahan panas paling tinggi, permukaan kristal yang halus, dan mempunyai daya tahan yang bagus terhadap tumbukan, kelembaban, abrasi dan gesekan. Homopolimer ini cocok digunakan dalam berbagai aplikasi seperti films, injection molding, sheet thermoforming, yarn dan fiber multifilament. 2. Kopolimer acak (random copolymer) Kopolimer random dibuat dari propilena yang direaksikan dengan etilena dalam pembentukan rantai polimernya. Pada saat pembuatan polipropilena, 1-7 % berat monomer etilena ditambahkan ke dalam monomer propilena. Polimer ini mempunyai sifat pengkristalan yang lebih rendah dengan butiran sperulit yang lebih kecil serta lebih jernih. Hal ini menghasilkan kekuatan dan transparansi yang lebih baik dari pada homopolimer. 3. Kompolimer impak (impact copolymer) Kopolimer impak dihasilkan
secara
bertahap
melalui
pembentukan
homopolimer pada reaktor pertama dan diikuti dengan pembuatan propilena-etilena rubbery pada reaktor kedua. Sifat polipropilena jenis ini adalah memiliki kekakuan tinggi, ketahanan terhadap tumbukan yang cukup baik pada temperatur rendah (20°C), sifat insulasi listrik yang baik, tidak tembus cahaya, dan merupakan polimer kristalin yang memiliki titik leleh yang tinggi dengan dua atau lebih fasa lelehan. Manfaat utama kopolimer impak adalah pada injection molding bagian kendaraan dan grade tertentu juga digunakan pada extruded, sheet dan thermoforming. 3.2.
Bahan Baku Polipropilena Bahan baku yang digunakan dalam memproduksi polipropilena dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu bahan baku utama dan bahan baku penunjang.
2.2.1.
Bahan Baku Utama
11
Bahan baku utama yang digunakan dalam memproduksi homopolimer polipropilena adalah propilena, sedangkan etilena digunakan sebagai tambahan pada pembuatan kopolimer polipropilena 2.2.2.
Bahan Baku Penunjang Bahan penunjang yang diperlukan untuk pembuatan polipropilena antara lain
katalis, kokatalis, H2, N2, CO, Selectivity Control Agent ( SCA ) dan aditif.
2.2.2.1
Katalis
Katalis yang digunakan adalah SHAC (Super High Activity Catalyst) 201 dan LYNX 1010. SHAC diperoleh dari Shell Company Corporation. SHAC berbentuk bubuk padatan kuning muda yang dilarutkan dalam minyak mineral putih (White Mineral Oil). Komposisi utama katalis SHAC adalah TiCl4 dan MgCl2 yang terdapat dalam bentuk partikel padatan sebanyak 30 % berat. Minyak mineral putih yang jumlahnya mencapai 70-50 % berat berfungsi untuk melindungi katalis dan dari kontak udara lembab atau uap air, karena TiCl4 dan MgCl2 sangat reaktif terhadap air, dan sebagai pembawa katalis, sehingga katalis dapat dipompa kedalam reaktor. 2.2.2.2
Ko-katalis
Ko-katalis berfungsi sebagai pembentuk kompleks katalis aktif sehingga mempermudah terjadinya proses polimerisasi. Kokatalis yang digunakan adalah TEAl (Tri Etil Alumunium , (C2H5)3Al) yang terdiri dari tri etil alumunium 92 % berat dan senyawa lain seperti tri propil alumunium, tri n-butil alumunium, tri isobutil alumunium, alumunium, klor serta hibrida dalam bentuk AlH3CH4, etilena, dan isobutilena, TEAl berfasa cair pada kondisi ruang, transparan dan tidak berwarna. Sifat Fisik TEAl Sifat Fisik
Nilai
Titik didih, °C
185
Titik beku, °C
-58
Densitas ( 25 °C ), gr / mL
0,8324
12
Tekanan Uap (20 °C), mmHg
0,025
TEAl bersifat phyrophoric, yaitu sangat reaktif terhadap udara dan air, sehingga diperlukan penanganan secara hati-hati. Hasil dekomposisi TEAl berbahaya, karena dapat berupa oksida karbon , oksida alumunium, dan uap mudah terbakar yang mengandung debu. Jika dihasilkan dekomposisi dan terhirup lama dapat menyebabkan kerusakan paru – paru. 2.2.2.3
Selectivity Control Agent (SCA)
Selectivity Control Agent (SCA) digunakan untuk mengatur kecenderungan rantai isotaktik dalam polimer dengan cara mematikan sisi aktif katalis yang menghasilkan resin ataktik. SCA memiliki efek racun terhadap katalis sehingga SCA mengurangi produktivitas katalis. Katalis SHAC paling cocok menggunakan SCA jenis NPTMS (Normal Para Ttri Metoksi Silane) sedangkan katalis LYNX 1010 menggunakan SCA jenis CMDMS (Cyclohexyl Metil Dimethoxy Metil Silane). 2.2.2.4
Hidrogen
Hidrogen digunakan untuk mengakhiri reaksi polimerisasi sehingga polimer yang dihasilkan memiliki panjang rantai dan berat molekul yang sesuai dengan yang diinginkan. Panjang rantai molekul polimer berbanding terbalik dengan melt flow index produk. Untuk menghasilkan produk dengan melt flow tinggi, maka jumlah hidrogen yang diperlukan juga tinggi. Hidrogen juga digunakan dalam sistem utilitas yaitu untuk regenerasi bejana deoxo nitrogen dan deoxo etilena serta pada proses hidrogenasi pada bejana pemisah MAP (Metil Asetilena/Propadiena) pada unit pemurnian propilena.
Sifat Fisik Hidrogen Sifat Fisik
Nilai
13
Temperatur Autoignition, °C
585
Titik beku, °C
-259,1
Titik didih, °C
-252,9
Densitas uap (untuk udara = 1)
0,0695
Flammable limit, %-vol
4-75
.
2.2.2.5
Nitrogen
Nitrogen digunakan karena bersifat inert (tidak bereaksi) sehingga tidak mengganggu reaksi polimerisasi yang terjadi dalam reaktor.
Sifat Fisik Nitrogen Sifat Fisik
Nilai
Bentuk
tidak berwarna, tidak beraroma
Titik beku, °C
-209,9
Titik didih, ( 1 atm )°C
-195,8
Densitas gas,( 21°C, 1 atm) kg / m 3
1,153
Specific grafity, (untuk udara = 1)
0,967
Kelarutan dalam air (v/v pada 0 °C)
0,023
Rasio pengembangan cair terhadap gas (21,1 °C)
1 : 96,5
2.2.2.6
Karbon Monoksida
14
Karbon Monoksida merupakan salah satu senyawa yang dapat meracuni katalis sehingga digunakan untuk menghentikan reaksi (Kill System) bila terbentuk Chunk (gumpalan padat) dalam reaktor. Gumpalan ini dapat terbentuk akibat temperatur di dalam reaktor lebih tinggi daripada temperatur pelelehan polipropilena. Hal ini menyebabkan resin dalam unggun akan membentuk lembaran dan membuat unggun menjadi gumpalan padat (Chunk) yang memerlukan biaya besar untuk menanggulanginya.
Sifat Fisik Karbon Monoksida Sifat Fisik
Nilai
Specific grafity
0,96
Titik didih, oC
-191,5
Titik beku, oC
-205,1
Temperatur autoignition, oC
639
2.2.2.7
Aditif
Aditif ditambahkan untuk memperoleh polipropilena dengan sifat tertentu, sesuai dengan spesifikasi produk yang diinginkan. Aditif biasanya berbentuk bubuk padatan dan cairan. Aditif ditambahkan sebelum pembuatan pellet. Beberapa Aditif yang Digunakan di dalam pembuatan polipropilen Jenis Aditif
Nama Aditif
Acid Receptor
Calcium
Fungsi Stearate-Zinc
Oxide
Menetralisir residu katalis yang bersifat asam dan yang dapat menyebabkan korosi
Anti Blok Agent
Celite White Mist
Mencegah menempel 15
produk
plastik
Anti Oxidant
Irganox 1010
Mencegah terjadinya oksidasi rantai polimer dan berwarna kuning
Clarifying Agent
Millad 3988
Membuat produk plastik terlihat jernih
Heat Stabilizer
Everfos-168
Mencegah terjadinya degradasi akibat pengaruh udara panas
Lubricant
Arcawax C
Sebagai pelicin ketika molding
Nucleating Agent
Millad 3905
Untuk produk plastik yang pada aplikasinya sering mengalami benturan
Slip Agent
Eucamid
Membuat produk plastik lebih licin
UV Stabilizer
Cysorb UV-3346
Mencegah
kerusakan
akibat
sinar matahari
3.3.
Mekanisme Reaksi Pembentukan Polipropilena Reaksi polimerisasi pertumbuhan rantai terdiri dari 3 tahapan, yaitu : inisiasi, propagasi, dan terminasi. Sebelum terjadi tahapan reaksi ini, katalis TiCl4 diaktifkan terlebih dahulu oleh ko-katalis Al(C2H5)3 sehingga akan terbentuk pusat aktif (active center) katalis seperti pada reaksi berikut ini : C2H5
Cl
Ti
C2H5
C2H5
Cl Cl
Cl Titanium Klorida
+
C2H5
Al
C2H5
Tri Etil Aluminium
Al
C2H5
Cl Pusat Aktif Katalis
16
Ti Cl
Cl Cl
Reaksi Pembentukan Pusat Aktif Katalis 2.3.1.
Inisiasi Setelah katalis diaktifkan oleh ko-katalis membentuk radikal bebas Ti, maka
monomer propilen akan menyerang bagian aktif ini dan berkoordinasi dengan logam transisi, selanjutnya ia menyisip antara metal dan grup alkil. Sehingga mulailah terbentuk rantai polipropilen. Reaksinya : C2H5 C2H5
Al
C2H5 C2H5
C2H5
Cl
+ Ti
CH
CH2
Cl
CH3
C2H5
CH
Al
Ti
CH2 Cl Cl
C2H5 C2H5
CH3
Al
C2H5
CH2 Ti Cl
Ti
Cl Cl
Cl
CH
CH3
CH2
Cl
Cl Rantai Polipropilen
CH
Cl
C2H5
C2H5
C2H5
Cl
Monomer Propilen
Cl Cl Pusat Aktif Katalis
CH3
Al
Cl Cl
Reaksi Inisiasi 2.3.2.
Propagasi Radikal propilen terbentuk akan menyerang monomer propilen lainnya terus
menerus dan membentuk radikal polimer yang panjang. Pada tahap ini tidak terjadi pengakhiran, polimerisasi terus berlangsung sampai tidak ada lagi gugus fungsi yang 17
tersedia untuk bereaksi. Cara penghentian reaksi yang biasa dikenal adalah dengan penghentian ujung atau dengan menggunakan salah satu monomer secara berlebihan. Reaksinya adalah : . C2H5 C2H5
Al
C2H5 CH
C2H5 CH3 C2H5
CH2 +
CH2
Cl
CH Monomer Propilen
Cl Cl Rantai Polipropilen
CH3
Cl Ti
Cl
Cl Cl Radikal Polipropilen yang Panjang
Reaksi Propagasi
2.3.3.
CH3
CH2 - CH - CH2 - CH - C2H5
Cl Ti
CH3
Al
Terminasi Pada tahap ini diinjeksikan sejumlah hidrogen yang berfungsi sebagai
terminator. Hidrogen sebagai terminator akan bergabung dengan sisi aktif katalis sehingga terjadi pemotongan radikal polimer yang akan menghentikan reaksi polimerisasi propilene. Reaksinya :
18
C2H5 CH C2H5 C2H5
C2H5 CH
CH3 C2H5
CH2 CH
Al
CH3
CH2
H2
C2H5
Hidrogen
Cl Ti Cl
+
CH2 CH
Al
CH3
CH2 Cl Ti
Cl Cl
CH3
Radikal Polipropilen yang Panjang
Cl
H Cl
Cl
Reaksi Terminasi
3.4.
Proses Pembuatan Poliropilena Polipropilena adalah hasil polimerisasi propena. Polimerisasi adalah penggabungan molekul – molekul sejenis menjadi molekul raksasa sehingga berantai karbon sangat panjang. Molekul yang bergabung disebut monomer – monomer. Sedangkan molekul raksasa yang terbentuk disebut polimer. Jenis polimerisasi yang terjadi pada pembuatan polipropilena ini adalah polimerisasi adisi, karena terjadi ikatan antara monomer propilena melalui ikatan rangkapnya. Pertumbuhan yang terjadi pada polimerisasi ini disebabkan karena adanya penambahan monomer yang berlangsug secara terus – menerus pada pusat aktif radikal bebas. Polimerisasi adisi menghasilkan berat molekul yang sama dengan berat semu unit menome yeng tergabung dalam rantai polimer. Polimerisasi ini akan berlangsung sampai semua monomer habis bereaksi. Akan tetapi, terminasinya dapat diatur dengan menambah molekul hydrogen yan 19
memutuskan pertumbuhan atau perpanjangan rantai polimer. Polimerisasi adisi pada umumnya berlangsung dalam kondisi tanpa katalisator dan temperature kamar, pada polimerisasi adisi juga tidak dihasilkan molekul-molekul ringan sebagai produk samping.
2.4.1.
Diagram Alir Pembuatan Polipropilena
2.4.2. Tahapan proses pembuatan Polipropilena Persiapan bahan baku, dimana seperti yang telah dijelaskan jika bahan baku utama pembuatan polipropilena adalah propena yang diambil dari minyak bumi untuk menjadi polipropilena. Selanjuutnya bahan dimasukkan ke dalam reactor dimana di dalam reaktor terjadi reaksi polimerisasi propilen menjadi resin propilena dengan menggunakan fluidized bed reactor fasa gas, reaksi ini terjadi di dalam unggun resin polipropilena yang terfluidakan dengan menggunakan unggun resin. Product Discharge System merupakan suatu system yang digunakan untuk mengeluarkan resin yang terbentuk di dalam reactor dan dikirim ke product receiver. 20
Pada product receiver ini terjadi proses pemisahan campuran gas hidrokarbon, hydrogen, dan nitrogen dengan resin polipropilene, dari bagian bawah product receiver dimasukkan gas nitrogen yang berasal dari nitrogen surge tank. Purge bin merupakan alat yang digunakan untuk menetralisir sisa katalis dank o katalis (TEAL) serta menghilangkan sisa-sisa gas yang masih terdapat di dalam resin. Pelletizing system dimana untuk proses pembuatan pellet polipropilen dari resin polipropilena. Resin polipropilene yang berasal dari product purge bin dan aditif masuk ke dalam polipropilen dan additive dicampur dan diletakkan di dalam long continous mixer masuk ke dalam melt pump yang berfungsi untuk menaikkan tekanan polimer agar polimer melewati transition piece1, screen changer transition piece 2 dan die plate. Hasil dari pelletizing system akan masuk ke dalam silo and bagging dimana pellet yang dihasilkan akan dimasukkan ke dalam silo dan untuk proses pengantongan produk.
2.4.3.
Bagan pembuatan Polipropilena dapat diringkas sebagai berikut :
21
Resin atau biji plastic yan telah terbentuk kemudian diproses lebih lanjut untuk dijadikan produk baru. Salah satu caranya adalah dengan metode ekstrusi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Proses ekstrusi adalah proses mengubah bentuk dari bahan baku bijih plastic menjadi gulungan-gulungan atau roll plastic. Pertama-tama bijih plastic dilelehkan pada Ekstruder, kemudian diinjeksikan melalui cetakan, setelah keluar dari cetakan yang sesuai dengan profil yang diinginkan dimasukkan ke dalam alat kalibrasi. Keluar dari alat kalibrasi masuk tangki air untuk didinginkan, setelah dingin dimasukka ke bahan penarik kemudian dipotong-potong sesuai dengan ukuran yang diminta pada alat potong dan disusun pada alat penyusun.
3.5.
Perkembangan Teknologi Proses Pembuatan Polipropilena Produksi polipropilena secara komersial baru dilakukan setelah ditemukannya katalis yang mempolimerisasi propilena menjadi polipropilena kristal. Laporan pertama tentang penemuan polipropilena kristal terjadi pada tahun 1950-an. Pada saat itu, Natta menggunakan katalis heterogen yang ditemukan oleh Ziegler untuk dipolimerisasi etilena pada tekanan rendah. Penemuan ini menjadikan polipropilena kristal (isotaktik) sebagai salah satu polimer komersial. Pabrik polipropilena pertama didirikan di Italia (Montecatini) pada tahun 1957 dan beberapa bulan kemudian diikuti oleh pendirian pabrik Hercules diAmerika Serikat.
22
Berdasarkan pada fasa reaksi polimerisasinya, proses produksi polipropilena dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu proses fasa slurry dengan pelarut, fasa cair dan fasa gas. 2.7.1.
Proses Fasa Slurry dengan Pelarut Proses slurry mendominasi produksi pembuatan resin polipropilena sampai
tahun 1980. Proses fasa slurry yang telah dikembangkan menggunakan katalis beraktivitas tinggi generasi kedua yang memungkinkan penghilangan tahap degassing dan dapat mengurangi jumlah polimer ataktik yang diproduksi. Beberapa cara produksi polipropilena dengan proses slurry adalah teknologi Hercules, teknologi Mitsui Toatsu, teknologi Montedison, dan teknologi Hoechst AG. Produksi komersial pada proses fasa slurry awalnya dilakukan secara batch, kemudian diganti dengan proses kontinu. Teknologi Hercules merupakan proses kontinu pertama dalam teknologi produksi polipropilena. 2.7.2.
Proses Fasa Cair Proses polimerisasi jenis ini menggunakan monomer propilena cair tanpa
penggunaan pelarut inert dan merupakan teknologi produksi polipropilena pertama yang dikembangkan. Ciri utama proses fasa cair ialah adanya stirrer (pengaduk) dan pendinginan yang menggunakan efek evaporatif. Produksi dengan cara ini merupakan proses yang paling mahal, namun kemurnian yang dihasilkan pun sangat tinggi (hingga 98%). Proses fasa cair ini masih digunakan hingga sekarang. Beberapa proses produksi polipropilena fasa cair adalah teknologi Mitsui Petrochemical, teknologi Rexall, teknologi Phillips, dan teknologi Spheripol. 2.7.3.
Proses Fasa Gas Proses polimerisasi fasa gas mulai dioperasikan secara komersial sejak 1969.
Proses fasa ini banyak digunakan oleh industri-industri polipropilena. Hal ini disebabkan karena investasi untuk instalasi dan operasi lebih murah dibanding kedua fasa sebelumnya, selain itu konsumsi energinya juga relatif rendah. Proses produksi polipropilena fasa gas meliputi teknologi Borstar, teknologi Chisso, teknologi Mitsui, teknologi Amoco, teknologi Sumitomo, teknologi Novolen dan teknologi UNIPOL. Proses Novalen merupakan proses polimerisasi propilen fasa gas skala komersial yang pertama. 23
2.7.4.
Proses Unipol Pada tahun 1960-an, Union Carbide mengembangkan teknologi polimerisasi
etilena pada fasa gas menjadi polimerisasi untuk propilena dengan menggunakan sistem katalis sangat aktif dari Shell Chemical. Katalis Shell yang dibangun pada tahun 1981 merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi, stereospesifisitas yang tinggi sehingga dengan jumlah katalis yang sedikit dapat digunakan untuk memproduksi polipropilena. Katalis milik Shell ini ada tiga macam yaitu SHAC-103, SHAC-201 dan SHAC-205. Versi terbaru, SHAC-201 memberikan aktivitas tertinggi dan kemampuan untuk mencapai derajat isotaktik hingga 98%. Proses ini sederhana, ekonomis dan tangguh. Proses Unipol menggunakan dua buah reaktor unggun terfluidakan yang tersusun secara seri. Satu reaktor digunakan untuk memproduksi homopolimer dan reaktor lain berukuran lebih kecil digunakan untuk memproduksi kopolimer. Bagian produksi utama proses ini terdiri dari penanganan katalis, pemurnian propilena untuk menghilangkan sejumlah kecil racun katalis, polimerisasi, pencucian katalis, pembuatan pellet dan penyimpanan. Pada proses ini, propilena segar dilewatkan ke dalam degassing column untuk menghilangkan gas ringan dan melalui molecular sieve atau Al2O3 dryer untuk menghilangkan kandungan air sebelum memasuki reaktor. Proses polimerisasi dilangsungkan dalam sistem reaktor yang terdiri dari bejana tekan dengan bagian atas yang membesar. Panas reaksi dipindahkan dengan mendinginkan gas recycle dengan alat penukar panas. Katalis yang digunakan pada proses ini adalah TiCl4 dengan penyangga MgCl2, kokatalis Al-trialkil, ditambah donor elektron berupa alkylphthalate dan alkoxysilanes. Temperatur operasi polimerisasi umumnya 65oC dengan tekanan 30 bar pada reaktor homopolimer dan tekanan 20 bar pada reaktor kopolimer.
24
3.6.
Jenis Kualitas Produk polipropilena Berdasarkan kualitasnya, produk polipropilena yang dihasilkan oleh PT. Chandra asri Petrochemical Tbk (PP plant) dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu : 1. Prime Merupakan produk PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk (PP plant). yang memenuhi kualitas yang diinginkan. 2. Near Prime Merupakan produk PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk (PP plant) yang menyimpang sedikit dari kualitas yang diinginkan. 3. Utility Merupakan produk PT. Chandra Asri Petrochemical Tbk (PP plant) yang tidak memenuhi kualitas yang diinginkan. Ketiga jenis kualitas tersebut mempunyai pangsa pasar tersendiri dengan harga yang semakin murah untuk tingkat kualitas yang semakin turun. Selain ketiga kategori diatas, sebagai hasil sisa dari produk juga dihasilkan enam jenis hasil sisa (scrap) yang masing-masing memiliki nilai jual tertentu dan disimpan dalam gudang pokok. Keenam scrap tersebut adalah : 1. Bongkahan Merupakan lelehan resin yang keluar dari pelletizer dan memadat membentuk bongkahan. 2. Dust Merupakan debu dari resin yang dihasilkan 3. Resin Merupakan bubuk hasil reaksi yang tidak memenuhi spesifikasi dan tidak diproses menjadi pellet.
4. Rebagging 25
Merupakan produk yang dikumpulkan dari tumpahan pellet akibat karung yang rusak atau berlubang, baik dalam proses bagging maupun loading. Produk ini dikemas dalam karung dan masih dapat diolah tetapi harus dipertimbangkan adanya pengkotor. 5. Sweeping Merupakan scrap yang sama dengan rebagging yang dikumpulkan dari tumpahan pellet tetapi kandungan pengotornya banyak. 6. Trash Merupakan produk yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan tetapi ukuran pelletnya lebih besar (oversize) atau lebih kecil (less than size) dari yang ditentukan.
3.7.
Manfaat Polipropilena Karena polipropilena kebal dari lelah, kebanyakan living hinge (engsel fleksibel tipis yang terbuat dari plastic yang menghubungkan dua bagian dari palstik yang kaku), seperti yang ada di botol dengan tutup flip top, dibuat dari bahan ini. Lembar propilena yang sangat tipis dipakai sebagai dielektrik dalam pulsa berdaya tinggi tertentu serta kondensator frekuesni radio yang kehilangan frekuensinya rendah. Kebanyakan barang dari palstik untuk keperluan medis atau laboratorium bisa dibuat dari polipropilena karena mampu menahan panas di dalam autoklaf. Sifat tahan panas ini menyebabkan digunakan sebagai bahan untuk membuat ketel (ceret) tingkat-konsumen. Wadah penyimpan makan yang terbuat darinya takkan meleleh di dalam mesin cuci piring dan selama proses pengisian panas industry berlangsung. Untuk alasan inilah sebagian besar tong plastic untuk produk susu perahan terbuat dari polpropilena yang ditutupi dengan foil aluminium (keduanya merupakan bahan tahan panas). Sesuai produk diinginkan, tabung sering diberi tutup yang terbuat dari bahan yang kurang tahan panas, seperti polietilena berdensitas rendah (LDPE) atau polistirena. Wadah seperti ini merupakan contoh yang bagus mengenai perbedaan modulus, karena tampak jelas beda kekenyalan LDPE (lebih lunak, lebih mudah dilenturkan) dengan polipropilena yang tebalnya sama. Jadi wadah 26
penyimpan makan dari polpropilena sering memiliki tutup yang terbuat dari LDPE yang lebih fleksibel agar bisa tertutup rapat-rapat. Polipropilena juga bisa dibuat menjadi botol sekali pakai untuk menyimpan produk konsumen berbentuk cairan atau tepung, meski HDPE dan polietilena tereftalatlah yang umumnya dipakai untuk membuat botol semacam itu. Ember plastic, baterai mobil, container penyejuk, piring dan kendi sering terbuat dari polipropilena atau HDPE, keduanya memliki penampilan, rasa, serta sifat yang hampir sama pada suhu ambient. Polipropilena merupakan sebuah polimer utama dalam barang-barang tak tertenun. Sekitar 50% digunakan dalam berbagai produk sanitasi yang dipakai untuk menyerap air (hidrofil), bukan yang secara alami menolak air (hidrofobik). Penggunaan tak tertenun lainnya yang menarik adalah saringan udara, gas, dan cair dimana serat bisa dibentuk menjadi lembaran atau jarring yang bisa dilipat untuk membentuk kartrij atau lapisan yang menyaring dalam batas-batas 0.5 sampai 30 mikron. Aplikasi ini bisa ditemukan di dalam rumah sebagai saringan air atau saringan tipe pengondisian udara. Wilayah permukaan tinggi serta polipropilena hidrofobik alami yang tak tertenun merupakan penyerap tumpahan minyak yang ideal dengan perintang apung yang biasanya diletakkan di dekat tumpahan minyak di sungai. Polipropilena juga umum digunakan sebagai polipropilena berorientasi dwi sumbu Biaxially Oriented Polypropilene (BOPP). Lembaran BOPP ini digunakan untuk membuat berbagai macam bahan seperti clear bag (tas yang transparan). Saat polipropilena berorientasi dwi sumbu, ia menjadi sejernih Kristal dan berfungsi sebagai bahan pengemasan untuk berbagai produk artistic eceran. Polipropilena yang berwarna-warni banyak dipakai dala pembuatan permadani dan tatakan untuk digunakan di rumah Militer AS pernah menggunakan polipropilena atau “polypro” untuk membuat lapisan dasar cuaca dingin seperti kaos lengan panjang atau celana dalam yang panjang. (Saat ini polyester menggantikan polipropilena dalam berbagai aplikasi di militer AS). Kaos dari polipropilena tidak mudah terbakar, tapi bisa meleleh yang berakibat pada bekas terbakar pada bagian baju yang terkena apapun jenis ledakan atau api. BAB IV 27
PENUTUP
4.1. Kesimpulan Polipropilena merupakan sebuah polimer hidrokarbon linier hasil reaksi polimerisasi dari propilena. Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan polipropilen yaitu propilen dan etilen sedangkan bahan baku penunjangnya diantara lain katalis (TiCl 4), kokatalis (TEAI), H2, N2, CO, Selectivity Control Agent ( SCA ) dan aditif. Struktur polipropilena terdiri dari tiga macam yaitu polipropilena isotaktik, polipropilena sindiotaktik, polipropilena ataktik. Mekanisme pembuatan polipropilena terdiri dari : a. b. c. d. e. f. g.
Persiapan bahan baku Bahan dimasukkan kedalam reactor dan terjadi reaksi polimerisasi Product discharge system Product receiver Purge bin Pelletizing system Hasil pelletizing masuk ke dalam silo
Manfaat dari polipropilena yaitu bahan untuk membuat ketel, untuk keperluan medis atau laboratorium, untuk menghubungkan dua bagian dari palstik yang kaku), seperti yang ada di botol dengan tutup flip top, dibuat dari bahan ini, untuk membuat botol semacam ember plastic, baterai mobil, container penyejuk, piring dan kendi, banyak dipakai dalam pembuatan permadani dan tatakan untuk digunakan di rumah Militer AS.
4.2. Saran Sebaiknya limbah polipropilena lebih di perhatikan kembali agar tidak mencemari lingkungan dan alangkah baiknya agar bisa di daur ulang kembali oleh alam atau lingkungan.
DAFTAR PUSTAKA 28
http://www.chandra-asri.com/product_types.php http://id.wikipedia.org/wiki/Polipropilena http:www/firdaus ali POLIPROPILENA (polypropylene).html http:www/Polimer Polipropilena (Pp), Acrylonitrile Butadiene Styrene (Abs) , Dan Poliuretan _tommy putra simeulue.html
29
