Kupas Tuntas Polimer

Polimer adalah material yang dibentuk oleh satuan struktur secara berulang. Polimer berasal dari bahasa Yunani poly dan mer. Poly yang berarti banyak dan mer yang berarti bagian, maka polimer berarti banyak bagian. Sedangkan satuan struktur polimer disebut monomer (Stevens, 2001). Polimer mempunyai berat molekul diatas 10000 yang disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang besar. Karena berat molekul yang besar serta jumlah atom pembentuk yang besar pula, polimer disebut juga sebagai makromolekul. Setiap atom dari pasangan yang terikat dalam polimer diikat oleh gaya tarik-menarik yang kuat yang disebut ikatan kovalen. Gaya tarik-menarik antar molekul dalam polimer antara lain ikatan hidrogen dan gaya van der waals, namun lebih lemah daripada ikatan kovalen.

Polimer terbentuk dari sejumlah monomer yang berulang. Jumlah total unit monomer dinyatakan dalam derajat polimerisasi (DP). Derajat polimerisasi ekivalen dengan panjang rantai dan berkaitan dengan berat molekul polimer, dimana berat molekul polimer merupakan perkalian antara DP dengan berat molekul unit strukturnya. Sedangkan polimerisasi sendiri merupakan proses pembentukan polimer dari monomer-monomer penyusunnya.(Pradipta, 2012)

Polimerisasi terbagi atas polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Polimerisasi adisi merupakan polimerisasi yang melibatkan monomer ikatan rangkap dua. Monomer tersebut akan saling berikatan dan membentuk unit berulang dengan memecah ikatan rangkapnya. Contoh dari polimer yang terbentuk dari polimerisasi adisi adalah polietilena (CH2=CH2 –> [CH-CH2]n) dan teflon (CF2=CF2 –> [CF2-CF2]n). Sedangkan polimerisasi kondensasi adalah pembentukan polimer dari monomer-monomer yang berikatan dengan melepaskan suatu bentuk molekul lain seperti H2O, NH3, atau HCl. Contoh dari polimer yang terbentuk dari polimerisasi kondensasi adalah polietilena-glikol (HOCH2CH2OH –> [OCH2CH2]n + nH2O). (Pradipta, 2012)

Gambar 1 Jenis rantai pada polimer: (a) linier, (b) bercabang, dan (c) jaringan (Stevens, 2001)
Gambar 1 Jenis rantai pada polimer: (a) linier, (b) bercabang, dan (c) jaringan (Stevens, 2001)

Polimer dapat diklasifikasikan berdasarkan parameter tertentu, diantaranya berdasarkan respon termal dan asalnya. Berdasarkan respon termal, polimer terdiri atas polimer termoplastik dan polimer termoset. Polimer termoplastik adalah polimer yang dapat melunak atau terplastisisasi secara berulang-ulang akibat pemanasan dan pendinginan, contohnya adalah poliester, polistiren, PVC, dan sebagainya. Sedangkan polimer termoset adalah polimer yang pada awalnya berbentuk cairan kental namun akan berubah menjadi kaku ketika dikenai pemanasan lanjutan. Berbeda dengan polmer termoplastik, polimer termoset tidak dapat dikembalikan ke bentuk semula dengan perlakuan panas, contohnya adalah resin fenol, resin melamin, resin epoksi, dan sebagainya. Berdasarkan asalnya, polimer terdiri atas polimer alami, polimer semisintetik, dan polimer sintetik. Polimer alami adalah polimer yang tersedia di alam, misalnya selulosa, protein, dan pati (polisakarida). Polimer semisintetik adalah polimer alam yang dimodifikasi secara kimia, seperti ester, selulosa nitrat, dan metil selulosa. Sedangkan polimer sintetik adalah polimer buatan/sintesis manusia, seperti polietilen, polistiren, dan PVC. (Pradipta, 2012)

Polimer banyak diaplikasikan pada kehidupan sehari-hari, seperti sebagai plastik pembungkus atau tas plastik. Berikut adalah beberapa sifat khas yang menjadi kelebihan bahan polimer:

  • Mempunyai kemampuan cetak yang baik.
  • Menghasilkan produk yang ringan dan kuat.
  • Mempunyai ketahanan air dan bahan kimia yang baik.
  • Dapat menghasilkan produk dengan sifat yang berbeda tergantung pada cara pembuatannya, jenis zat pemlastis (plasticizer) yang digunakan atau zat tambahan lain yang digunakan.
  • Umumnya bahan polimer lebih murah.

Dengan sifat tersebut maka polimer sering dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, salah satunya adalah sebagai kemasan plastik.

Dalam kaitannya dengan kemasan plastik, maka perlu dipertimbangkan terhadap sifat mekanik bahan polimer. Sifat-sifat mekanik bahan polimer adalah khas dengan perilaku viskoelastisitasnya. Contohnya adalah mudah terjadinya pemelaran (creep) dan relaksasi, serta pada pengujian tarik sifatnya sangat dipengaruhi oleh laju pengujian tarik.

Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, temperatur, serta kelembaban. Nilai kekuatan tarik diperoleh melalui persamaan (1),

1                       Persamaan (1)

dengan σ adalah tensile strength , sedangkan F adalah gaya tarik dan A0 adalah luas penampang awal.

Pada bahan termoplastik besaran nilai kekuatan tarik berubah dengan penyearahan molekul rantai dalam bahan. Umumnya kekuatan tarik bahan polimer lebih rendah daripada bahan lain, misalnya baja. Kekuatan tarik nilon 66 adalah 6,5-8,4 kgf/mm2, PVC adalah 3,5-6,3 kgf/mm2, dan resin polietilen memiliki kekuatan tarik antara 0,7-8,4 kgf/mm2, sedangkan baja memiliki kuat tarik hingga 70 kgf/mm2 . Gambar 2.2 menunjukkan kelakuan tarikan dari bahan polimer dalam bentuk kurva tegangan regangan menurut karakteristiknya lunak atau keras, lemah atau kuat, dan getas atau liat.

Gambar 2 Kelakuan bahan polimer pada pengujian tarik (Surdia, 2000)
Gambar 2 Kelakuan bahan polimer pada pengujian tarik

Polimer juga memiliki daya perpanjangan (elongasi) bila dikenai gaya tarikan sesuai dengan sifat viskoelastisnya. Daya perpanjangan diperoleh melalui persamaan (2),

3                         Persamaan (2)

dengan ε adalah daya elongasi, ∆l adalah perubahan panjang dan l0 adalah panjang mula-mula. Perbandingan antara tegangan/kuat tarik (σ) dan regangan/perpanjangan (ε) disebut modulus Young (E), seperti yang terlihat pada persamaan (3).

2                                 Persamaan (3)

Modulus Young bahan polimer terletak di daerah 0,1-21×102 kgf/mm2 yang jauh lebih rendah daripada baja sebesar 200 x102 kgf/mm2 . Deformasi oleh penarikan sampai patah berbeda-beda tergantung pada jenis dan temperatur.

 Tabel 1 Sifat Mekanis Beberapa Film Polimer Sintesis dan Biopolimer (Sanjaya, 2011)

Bahan Film Tensile strength (MPa) Elongasi (%) Modulus Young (MPa)
LDPE 10 620 166
HDPE 15– 40 500 800
Plastik Pati Pisang-Gelatin 22,85 6,05 377,686
Pati Kulit Singkong-Gliserol 12,12-43,22 1,27-2,6 465,99-3412,39

Dalam kaitannya dengan kemasan plastik pula, akhir-akhir ini para pemerhati lingkungan meningkatkan perhatiannya terhadap sampah polimer yang merusak lingkungan. Oleh karena itu banyak sintesis polimer tahan lama (durable) yang beralih ke sintesis polimer yang dapat diurai (degradable) oleh lingkungan seperti sinar matahari dan mikroorganisme tanah. Polimer terdegradasi dari sinar matahari (fotodegradable) dapat terurai dengan menginkorporasi gugus-gugus karbonil yang menyerap radiasi ultraviolet (UV) sebagai energi untuk pembelahan ikatan (Stevens, 2001). Selain itu, mikroorganisme dapat menguraikan polimer-polimer dengan mengkatalisis hidrolisis (hidro-biodgradable) dan oksidasi (oxo-biodegradable), sedangkan polimer yang murni terdegradasi oleh mikroorganisme disebut biodegradable dimana polimer tersebut biasanya terbuat dari polimer alami.

Gambar 3 Proses pembelahan ikatan pada fotodegradasi (Stevens, 2001)
Gambar 3 Proses pembelahan ikatan pada fotodegradasi (Stevens, 2001)

Pengujian biodegradasi polimer alami dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan mikroorganisme pengompos EM4 (Sanjaya, 2011). EM4 berupa larutan coklat yang memiliki pH 3,5-4,0 yang terdiri dari mikroorganisme aerob dan anaerob. Kandungan EM4 terdiri dari bakteri fotosintetik, bakteri asam laktat, actinomicetes, ragi, dan jamur fermentasi.  Pada polimer biodegradable, mikroba akan mengonsumsi bahan di dalamnya, misalnya pati, yang akan memutus rantai dan membentuk pori-pori yang merusak polimer. Semakin rendah berat molekul, maka polimer akan semakin cepat terdegradasi.

Untuk mengetahui ikatan dalam polimer, dapat dilakukan pengujian FTIR. Pada FTIR, spektrum inframerah (IR) yang dipancarkan dapat terabsorpsi oleh pita-pita adsorpsi dari gugus fungsional apabila mengenai gugus tersebut. Akibatnya, spektrum yang dilewatkan bahan uji (polimer) akan mengalami perubahan. Dari nilai gelombang inframerah yang melewati bahan uji, maka dapat diketahui karakterisasi gugus fungsi dari struktur polimer yang diuji. (Pradipta, 2012)

Tabel 2 Contoh Nilai Gelombang dan Gugus Fungsional pada Analisa FTIR (http://www.chemistry.ccsu.edu)

Wave Number (cm-1) Gerak Molekul Gugus Fungsional
2400 – 3400 O-H stretch Asam karboksil
2800 – 2950 C-H stretch Alkana
~2150 C=C Alkina
1630-1690 C=C isolated Alkena
1290-1430 C-H plane bond Alkena
1000-1260 C-O stretch Alkohol

Referensi:

  • Steven, Malcolm. P. 2001. “Kimia Polimer”. Diterjemahkan oleh Dr. Ir. Iis S. Jakarta: Pradnya Paramita.
  • Pradipta, I Made D. dan Mawarani, Lizda J. 2012. “Pembuatan dan Karakterisasi Polimer Ramah Lingkungan Berbahan Dasar Glukomanan Umbi Porang”. Tugas Akhir Jurusan Teknik Fisika, FTI, ITS
  • Sanjaya, I Gede dan Tyas Puspita. 2011. “ Pengaruh Penambahan Khitosan dan Plasticizer Gliserol Pada Karakteristik Plastik Biodegradable Dari Pati Limbah Kulit Singkong”. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kimia, FTI, ITS

Baca juga Kupas Tuntas Biopolimer

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Nur Abdillah Siddiq

Nur Abdillah Siddiq

Mahasiswa S3 Fisika ITS, menekuni bidang Optoelektronik dan Elektromagnetika Terapan. Sangat mencintai aktivitas membaca dan mendesain. Profil lebih lengkap dapat dilihat di www.facebook.com/fisrek

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar