Resin Urea Formaldehid
1. Resin Urea Formaldehid
Resin urea formaldehid adalah salah satu polimer yang merupakan kondensasi urea dengan formaldehid. Resin ini produk yang sangat penting di bidang plastik, pelapisan dan perekat. Hasil reaksi antara urea dan formaldehid adalah resin yang termasuk ke dalam golongan thermosetting, artinya mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh.
Resin urea formaldehid dikenal juga dengan nama urea metanol yaitu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana bisa lembut seperti amonia dan piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi dan absorpsi air yang rendah.
Resin urea formaldehid umumnya menggunakan katalis hidroksida alkali dan kondisi reaksi dijaga tetap pada pH 8-9 agar tidak terjadi reaksi connizaro yaitu reaksi diproposionasi formaldehid menjadi alkohol dan asam karboksilat. Untuk menjaga agar pH tetap konstan maka dilakukan penambahan amonia sebagai buffer ke dalam campuran.
Resin urea formaldehid banyak digunakan dalam industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adeshif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk furniture, panel dan lain-lain. Di bidang plastik resin urea formaldehid merupakan bahan pendukung resin fenol formaldehid karena dapat memberikan warna-warna terang. Selain itu, laju pengerasan pada temperatur kamar yang cepat membuat resin ini cocok digunakan sebagai perekat.
2. Proses Pembuatan Resin Urea Formaldehid
Polimerisasi
Polimer merupakan zat yang mempunyai molekul besar terdiri dari banyak satuan ulangan atau monome. Polimer tidak memiliki rumus tertentu karena bahan ini terdiri dari banyak rantai dengan panjang yang berbeda-beda. Reaksi kimia yang menggabungkan molekul monomer membentuk polimer disebut polimerisasi. Polimer yang terdiri dari jenis monomer dinamakan homopolimer, sedangkan yang dibentuk dari beberapa jenis monomer disebut kopolimer.
Berdasarkan jenis ikatannya , polimer dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Homopolimer yaitu polimer yang terbentuk dari monomer – monomer yang sejenis .
2. Kopolimer yaitu polimer yang terbentuk dari monomer – monomer tak sejenis.
Berdasarkan mekanisme reaksinya , proses polimerisasi dibagi menjadi dua yaitu :
1. Polimerisasi adisi , yang terjadi jika monomer – monomer mengalami reaksi adisi tanpa terbentuk zat lain. Jadi yang terbentuk hanya polimer yang merupakan penggabungan monomer – monomernya
2. Polimerisasi kondensasi , yaitu suatu reaksi dari dua buah molekul atau gugus fungsi dari molekul ( biasanya senyawa organik ) yang membentuk molekul yang lebih besar dan melepaskan molekul yang lebih kecil yaitu air.
Berdasarkan sifatnya, polimer dapat dibagi menjadi dua yaitu :
1. Polimer thermosetting yaitu polimer yang tidak lunak apabila dipanaskan, sehingga sulit dibentuk ulang.
2. Polimer thermoplastic yaitu polimer yang lunak bila dipanaskan sehingga mudah untuk dibentuk ulang
Polimerisasi dari monomer dapat terjadi dalam bentuk liquid dan uap. Monomer dan zat aditif dicampur dalam suatu reaktor dan dipanaskan. Kemudian didinginkan sesuai dengan keadaan. Reaksi utama dari polimerisasi adalah eksoterm. Pada keadaan yang sama polimer-polimer dapat melarut dan monomer-monomer liquidnya yang menyebabkan viskositas bertambah besar.
Ada tiga tahap reaksi yang terjadi pada polimerisasi :
1. Tahap Inisiasi : pembentukan radikal bebas dan beraksi dengan monomer.
2. Tahap Propagasi : reaksi penggabungan sejumlah besar monomer membentuk rantai polimer.
3. Tahap Terminasi : penghentian reaksi (radikal bebas).
Reaksi Polimerisasi :
n A ---> (A)n
Dari reaksi dapat dilihat bahwa sebanyak n monomer yang bereaksi membentuk senyawa A dengan rantai polimer sebanyak n.
3. Reaksi pembuatan Urea Formaldehid.
Reaksi ini secara umum berlangsung dalam 3 tahap :
1. Tahap meditasi
yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea dan menghasilkan metitol urea.
2. Tahap Propagasi
yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer dan dimetil urea membentuk rantai polimer yang lurus.
3. Tahap Terakhir/Curring
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 curring dilakukan pada suhu sekitar 120 oC dan pH < 5.
Reaksi urea formaldehid dengan katalis basa menghasilkan mono-metitol urea sebagai monomer reaktan reaksi pembentukan polimer urea formaldehid. Basa yang digunakan berupa Ba(OH)2 atau KOH.
Dimetil urea juga dapat dibuat dengan cara yang sama tetapi menggunakan dua buah molekul formaldehid. Baik mono-metitol urea maupun dimetilol urea larut dalam air sehingga reaksi pembentukannya dilaksanakan dalam fasa pelarut air. Tahap reaksi pembentukan mono-metilol urea dan dimetitol urea dikenal dengan tahap intermediate (tahap metilolasi).
Kondensasi akan berlanjut menghasilkan jembatan metilen antara dua molekul urea. Jenis kondensasi ini dapat berlanjut terus menghasilkan rantai lurus.Reaksi penggabungan dua buah mono-metilol urea menghasilkan suatu molekul air. Apabila air tersebut dikeluarkan dari sistem reaksi, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke arah pembentukan polimer.
Reaksi urea formaldehid pada pH di atas 7 adalah reaksi metilolasi yaitu reaksi adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, menghasilkan metilol urea. Turunan-turunan metilol merupakan monomer reaktan reaksi polimerisasi kondensasi. Mula-mula polimer yang dihasilkan masih berupa polimer rantai lurus dan larut dalam air. Semakin lanjut reaksi berlangsung, reaksi polimerisasi membentuk polimer tiga dimensi dan kelarutannya dalam air semakin berkurang. Pada proses curring, reaksi kondensasi tetap berlangsung terus dan polimer membentuk rangkaian tiga dimensi yang sangat kompleks. Sehingga membentuk thermosetting resin.
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.
Macam-macam proses pada pembentukan urea formaldehid :
1. Proses Kontinyu
Menggunakan dua reaktan dimana urea dan formalin dicampur dalam reaktor pertama dan dipanaskan sampai temperatur 158 oC bertekanan. Pada tahap kedua, larutan bertekanan tersebut dijaga dengan temperatur yang sama dan melangsungkan kondensasi. Tekanan dari reaktor kemudian ditarik sehingga bagian yang menguap terutama air hilang dari resin. Setelah itu larutan didinginkan kemudian dimasukkan ke dalam tangki pengaduk.
2. Proses Batch
Larutan formaldehid, urea dan larutan buffer dicampur dan direaksikan dalam reaktor berpengaduk dengan bantuan katalis. Reaksi tersebut terjadi selama empat jam pada suhu 60 oC. Kemudian dievaporasi dalam evaporator yang menghasilkan uap destilat dan larutan pekat yang kemudian didinginkan sampai suhu 30 oC. Setelah itu dimasukkan dalam suatu filter untuk memisahkan komponen-komponen yang bereaksi selanjutnya ditambahkan zat aditif agar diperoleh produk urea yang berkualitas tinggi.
Pada prinsipnya, pembuatan produk-produk urea-formaldehid dilakukan melalui beberapa tahapan:
1. Tahap intermediate
Merupakan suatu tahap untuk mendapatkan resin yang masih berupa larutan dan larut dalam air atau pelarut lainnya .
2. Tahap persiapan
Pada tahap ini resin merupakan produk dari tahap intermediate yang dicampurkan dengan bahan lain . Penambahan bahan akan menentukan produk akhir dari polimer .
3. Tahap curing
Pada proses curing, kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi thermosetting resin.
Resin.
Resin merupakan molekul yang besar atau makromolekul yang terdiri dari satuan berulang (mer). Resin merupakan gabungan dari beberapa monomer membentuk polimer seperti plastik. Resin bersifat isolator karena tidak memiliki elektron bebas.
Resin Amino.
Resin amino merupakan resin yang terbentuk dari senyawa amino.
Keuntungan dari resin amino adalah :
1. Dapat difibrikasi dengan mudah dengan metode yang ekonomis.
2. Mempunyai kekerasan yang tinggi.
3. Bersifat kaku.
4. Anti kikis.
5. Ketahanan yang tinggi.
6. Mudah rusak pada temperatur rendah.
7. Sifat-sifatnya tidak mudah hilang.
8. Tahan terhadap pelarut organik, minyak alkali dan asam.
9. Baik digunakan untuk instalasi pabrik.
10. Cenderung untuk pengujian kayu.
Resin Urea Formaldehid.
Resin urea formaldehid adalah hasil polimerisasi kondensasi urea dengan formaldehid. Resin ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam ,basa , tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Karena sifat-sifat tersebut, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah laminating, coating, tekstil resin finishing.
Katalis-katalis yang dapat digunakan dalam pembuatan resin formaldehid adalah katalis hidroksida diantaranya :
a. NH4OH
b. NaOH
c. Ba(OH)2
d. KOH
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi urea formaldehid
a. Katalis
Katalis berfungsi untuk meningkatkan laju reaksi, katalis yang biasa digunakan NH4OH karena reaksi berlangsung pada kondisi basa.
b. Temperatur
Meningkatnya temperatur selalu mengakibatkan peningkatan laju suatu reaksi. Kenaikan temperatur ini dapat mempengaruhi jumlah produk yang terbentuk, tergantung pada jenis reaksi (eksoterm atau endoterm). Oleh karena itu diperlukan optimasi untuk mencapai hasil yang diinginkan. Selain itu pertambahan temperatur juga dapat menurunkan BM resin urea formaldehid. Hal tersebut disebabkan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.
c. Waktu Reaksi
Makin lama waktu reaksi maka jumlah produk yang dihasilkan akan berkadar tinggi dan berat molekulnya pun tinggi karena jumlah produknya banyak.
d. Perbandingan Jumlah Mol Reaktan
Semakin besar jumlah perbandingan semakin besar juga kecepatan pembentukan senyawa yang mempunyai ikatan silang.
5. Bahan Baku.
a. Urea
Urea merupakan hablur/serbuk putih yang mengandung Nitrogen (46%), digunakan sebagai pupuk dan mudah larut dalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman.
Penggunaannya sebagai pupuk, pemberi makanan daun, tambahan makanan protein untuk hewan memamah biak untuk produksi melamin, pewaris pembuatan resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, antidut untuk tekstil dan perpindahan ion.
Sifat-sifat fisika urea :
1. Pada suhu kamar tidak berbau dan tidak berwarna.
2. Titik lebur 132,7 oC
3. Berat jenis 1,335
4. Indeks bias 1,484
5. Energi pembentukan pada suhu 29 oC adalah - 47,2 kal/jam.
6. Panas peleburan 60 kal/gram (endotermis)
7. Panas pelarutan dalam air 58 cal/gram.
Sifat – sifat kimia urea :
1. Dengan HNO3 membentuk urea nitrat [CO(NH2)2 – NH3].
2. Urea-amonia bereaksi dengan logam alkali membentuk garam sebagai NH2CONH2.
3. Dalam bentuk larutan terhidrolisis dengan lambat membentuk Amonium Karbamat pada suhu ruangan.
4. Pemanasan yang lama, larutan urea akan menghasilkan biuret.
2NH2CONH2 Û NH2CONHCONH2 + NH2
b. Formaldehid (Metanol/Formalin)
Formaldehid adalah gas yang tidak berwarna, sedangkan yang dibuat formalin adalah larutan 36 – 40% formaldehid di dalam air. Di laboratorium digunakan sebagai penghapus hama dan pengawat sedangkan dalam industri untuk membuat harsa tiruan, cat celup dan untuk penyamakan kulit.
Sifat-sifat fisika formalin :
1. Pada kondisi ruangan, formalin murni berada pada fase gas.
2. Mudah terbakar, bau merangsang, dapat merusak lendir.
3. Dapat larut dalam air
4. Dapat membunuh kuman.
5. Titik beku : - 118 oC
6. Titik didih : - 19,2 oC
Sifat – sifat kimia formaldehid :
1. Formaldehid dapat direduksi menjadi metanol dan dapat dioksidasi menjadi asam format atau CO2 + N2O.
2. Dengan katalis asam, formaldehid dan alkohol glycol atau polyhidroksi bereaksi menghasilkan formal methylen eter (CH3CO12)2.
3. Reaksi dengan hidrokarbon aromatic menghasilkan chlorometil.
C6H6 + HCNO + HCl ® C6H5CH2Cl + H2O
Jelajah Nagari Awak: Resin Urea Formaldehid
kidalnarsis.blogspot.com/2011/06/urea-formaldehid.html
