Senin, 24 Januari 2011

TUGAS KIMIA POLIMER DEGRADASI KIMIA OLEH : YOZA FITRIADI (A1F007010)

TUGAS KIMIA POLIMER
DEGRADASI KIMIA









OLEH :
YOZA FITRIADI (A1F007010)
HERINA YUNI UTAMI (A1F007019)
PEBLEGI ZURYATIN (A1F007028)


PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS BENGKULU
2009

DEGRADASI KIMIA

A. Pengertian
1. Degradasi
Degradasi adalah suatu reaksi perubahan kimia atau peruraian suatu senyawa atau molekul menjadi senyawa atau molekul yang lebih sederhana secara bertahap. Misalnya, pengurangan panjang polimer makromolekul atau perubahan gula menjadi glukosa dan akhirnya membentuk alcohol.
Degradasi polimer dasarnya berkaitan dengan terjadinya perubahan sifat karena ikatan rantai utama makromolekul. Pada polimer linear, reaksi tersebut mengurangi massa molekul atau panjang rantainya. Sesuai dengan penyebabnya, kerusakan atau degradasi polimer ada beberapa macam. kerusakan termal (panas), fotodegradasi (cahaya), radiasi (energi tinggi), kimia, biologi (biodegradasi) dan mekanis. Dalam artian peningkatan berat ukuran molekul ikat silang dapat dianggap lawan degradasi.
Pada kerusakan termal (termokimia) ada peluang aditif, katalis atau pengotor, turut bereaksi meskipun dari segi istilah seakan-akan tidak ada senyawa lain yang tidak terlibat. Fotodegradasi polimer lazim melibatkan kromofor yang menyerap daerah uv di bawah 400 nanometer. Radiasi energi tinggi misalnya sinar X, gamma, atau partikel, tidak khas serapan. Segenap bagian molekul dapat kena dampak, apabila bila didukung oleh faktor oksigen, aditif, kristalin, atau pelarut tertentu. Degradasi mekanis dapat terjadi saat pemrosesan maupun ketika produk digunakan oleh gaya geser, dampak benturan dan sebagainya.
Degradasi polimer menyebabkan terjadinya perubahan dalam sifat - kekuatan tarik, warna, bentuk, dll - dari suatu polimer atau produk berbasis polimer di bawah pengaruh dari satu atau lebih faktor-faktor lingkungan seperti panas, cahaya atau bahan kimia. Perubahan-perubahan ini biasanya tidak diinginkan, seperti perubahan selama penggunaan, cracking dan depolymerisation produk atau, lebih jarang, diinginkan, seperti dalam biodegradasi atau sengaja menurunkan berat molekul suatu polimer untuk daur ulang. Perubahan dalam sifat sering disebut "penuaan".
Dalam sebuah produk jadi perubahan seperti itu harus dicegah atau ditunda. Namun degradasi dapat berguna untuk daur ulang / penggunaan kembali limbah polimer untuk mencegah atau mengurangi lingkungan pencemaran. Degradasi juga dapat diinduksi dengan sengaja untuk membantu penentuan struktur.
Polimer molekul yang sangat besar (pada skala molekuler), dan mereka yang unik dan berguna terutama properti akibat ukuran mereka. Kerugian dalam panjang rantai menurunkan kekuatan tarik dan merupakan penyebab utama pecah dini.

2. Degradasi Kimia
Degradasi kimia adalah suatu reaksi perubahan kimia atau peruraian komponen suatu polimer karena reaksi dengan polimer sekitarnya berupa tindakan atau proses penyederhanaan atau meruntuhkan sebuah molekul menjadi lebih sederhana (kecil) baik secara alami maupun buatan.
Degradasi atau penguraian kimia kerangka polimer-polimer vinil yang tersusun dari rantai-rantai karbon yang tidak mengandung gugus-gugus fungsional selain ikatan rangkap dua polimer-polimer diena pada prinsipnya terbatas pada reaksi oksidasi.
Polimer-polimer terurai sangat lambat oleh oksigen dan reaksinya bersifat otokatalitik. Reaksi dapat dipercepat oleh penerapan panas atau sinar atau oleh hadirnya beberapa zat kotor yang mengkatalis proses oksidasi tersebut.
Polimer-polimer tak jenuh mengalami penguraian oksidatif jauh lebih cepat oleh proses-proses radikal bebas yang rumit, yang melibatkan zat antara peroksida dan hidroperoksida. Polimer-polimer tak jenuh juga sangat mudah menerima serangan ozon. Penguraian polimer melalui ozonolisis untuk memperbaiki ketahanan ozon dengan cara menempatkan sebagian alkena yang diperlukan untuk ikat silang sedemikian rupa sehingga pemutusan ikatan oksidatif tidak menyebabkan berkurangnya berat molekul.

B. Ciri-ciri Polimer yang mengalami degradasi kimia
Adapun ciri-ciri polimer yang mengalami degradasi kimia yaitu terjadi perubahan yang bersifat kimia pada polimer, selain itu juga terjadi perubahan sifat fisik dan mekanik pada polimer.
Perubahan yang bersifat kimia yaitu terjadi perubahan rantai polimer dan ikatan polimer. Perubahan fisik terlihat pada terjadinya perubahan warna polimer, timbulnya retakan pada polimer, polimer bersifat lebih rapuh, dan timbulnya bau air mineral kemasan.
Perubahan sifat mekaniknya meliputi kekuatan tarik, kekuatan kompresif (tekanan), kekuatan fleksur (patahan), kekuatan impak (menahan pukulan tiba-tiba), kelelahan, dan kekerasan.

C. Contoh Degradasi kimia
1. Degradasi Kimia Negatif
a. Hidrolisis
Nilon peka terhadap degradasi oleh asam, proses yang dikenal sebagai hidrolisis, dan nilon cetakan akan retak ketika diserang oleh asam kuat. Sebagai contoh, permukaan fraktur konektor bahan bakar menunjukkan pertumbuhan progresif retak dari serangan asam (Ch) ke titik puncak terakhir (C) dari polimer. Masalah ini dikenal sebagai stres korosi retak, dan dalam hal ini disebabkan oleh hidrolisis dari polimer. Itu adalah reaksi sebaliknya sintesis polimer:


b. Fluoroelastomer
Degradasi kimia dari fluoroelastomer, FKM (Viton ® A), dalam situasi alkaline (10% NaOH, 80 ° C). Optical microscope dan analisis SEM mengungkapkan bahwa degradasi dimulai dengan kekasaran permukaan sejak tahap awal paparan (misalnya, 1 minggu) dan akhirnya menyebabkan keretakan pada permukaan setelah kontak yang terlalu lama. Pada awalnya tingkat degradasi terutama terbatas pada daerah permukaan (beberapa nanometer) tapi dengan pencahayaan lebih lama (misalnya, 12 minggu) itu meluas sampai ke bawah daerah bawah permukaan fluoroelastomer. Tingkat degradasi permukaan ini ditemukan untuk menjadi cukup kuat untuk mempengaruhi sifat mekanik massal. Mekanisme molekuler dari degradasi kimia permukaan yang ditentukan menggunakan analisis permukaan (XPS dan ATR-FTIR) di mana degradasi awal ditemukan untuk melanjutkan melalui dehydrofluorination. Ini mengarah pada pembentukan ikatan ganda pada tulang punggung karet yang mempercepat degradasi lebih jauh dengan pencahayaan lebih lama. Selain itu, salib-link situs dari sampel karet yang terbuka juga ditemukan untuk rentan terhadap serangan hidrolitik kimia di bawah lingkungan yang diteliti terbukti dengan penurunan kepadatan lintas link dan fraksi gel (%).
c. Klor-Induced Cracking
Gas yang sangat reaktif diantaranya adalah klorin, yang akan menyerang polimer rentan seperti resin asetal dan polybutylene pipa. Ada banyak contoh seperti pipa dan alat kelengkapan asetal gagal dalam properti di Amerika Serikat sebagai akibat klorin-induced cracking. Pada dasarnya serangan gas bagian sensitif dari rantai molekul (terutama sekunder, tersier atau allylic atom karbon), oksidasi rantai rantai dan akhirnya menyebabkan perpecahan. Akar penyebab adalah sisa-sisa klorin dalam pasokan air, ditambahkan untuk tindakan anti-bakteri, serangan terjadi bahkan pada bagian per juta jejak gas yang larut. Klorin menyerang bagian lemah dari suatu produk, dan dalam kasus sebuah resin asetal persimpangan dalam sistem pasokan air, itu adalah akar benang yang diserang pertama, menyebabkan retak rapuh untuk tumbuh. Perubahan warna pada permukaan fraktur disebabkan oleh pengendapan karbonat dari air keras pasokan, sehingga sendi sudah dalam kondisi kritis selama berbulan-bulan. Masalah-masalah di AS juga terjadi untuk polybutylene pipa, dan menyebabkan materi yang dikeluarkan dari pasar, meskipun masih digunakan di tempat lain di dunia.






serangan klorin resin asetal pipa gabungan





d. Degradasi Karet oleh Ozon
Salah satu contoh umum dari degradasi dibantu kimia adalah degradasi karet oleh partikel ozon. Ozon adalah molekul atmosfer alami yang dihasilkan oleh pengeluaran muatan listrik atau melalui reaksi oksigen dengan radiasi matahari. Ozon juga diproduksi dengan polutan atmosfer bereaksi dengan ultraviolet Radiasi. Untuk reaksi terjadi, hanya konsentrasi ozon harus serendah 3-5 bagian per seratus juta (pphm) dan ketika konsentrasi ini dicapai, suatu reaksi terjadi pada lapisan permukaan tipis (5 x10-7 meter) dari bahan . Molekul ozon bereaksi dengan karet yang dalam banyak kasus tak jenuh (mengandung ikatan rangkap), namun reaksi akan tetap terjadi dalam polimer jenuh (yang hanya mengandung ikatan tunggal). Ketika reaksi terjadi, pemotongan dari rantai polimer (melanggar ikatan kovalen ganda) terjadi membentuk pembusukan produk:
Pemotongan rantai meningkat dengan kehadiran aktif Hidrogen molekul (misalnya, dalam air) serta asam dan alkohol. Bersamaan dengan jenis reaksi, lintas menghubungkan dan samping formasi cabang juga terjadi oleh aktivasi ikatan ganda dan ini membuat bahan karet lebih rapuh. Karena peningkatan kerapuhan karena reaksi kimia, bentuk retakan di daerah-daerah yang tinggi stres. Sebagai propagasi retakan ini meningkat, permukaan baru dibuka untuk degradasi terjadi.

e. Degradasi Poli Vinil Chloride (PVC)
Degradasi juga dapat terjadi sebagai akibat dari pembentukan, dan kemudian kerusakan ikatan ganda, seperti solvolysis dalam PVC (Peacock). Solvolysis terjadi bila ikatan Karbon-X, dengan X mewakili halogen, rusak. Ini terjadi pada PVC di keberadaan asam spesies. Atom Hidrogen aktif akan menghapus atom Klor dari polimer molekul, membentuk asam klorida (HCl). HCl dihasilkan dapat mengakibatkan dechlorination atom Karbon yang berdekatan. The dechlorinated Karbon atom kemudian cenderung untuk membentuk ikatan ganda, yang dapat diserang dan dirusak oleh ozon, seperti karet degradasi dijelaskan di atas.

f. Degradasi Polyester
Degradasi poliester dapat terjadi tanpa kehadiran asam katalis yang menyebabkan degradasi PVC. Selama hidrolisis air yang bertindak sebagai katalis reaktif bukan asam. Ini menyebabkan degradasi terutama pada suhu dan tekanan tinggi selama pemrosesan.
Dalam proses ini molekul air akan menyerang CO-ikatan ester, memecah polimer setengah. Molekul air akan terdisosiasi, dengan satu atom hidrogen membentuk kelompok asam karboksilat pada atom karbon dengan oksigen berikatan ganda, sedangkan sisanya membentuk atom alkohol di ujung rantai yang lain. Produk reaktif ini dapat juga menyebabkan degradasi lebih lanjut dari rantai polimer. Pemotongan rantai ini rata-rata menurunkan berat molekul dari polimer, menurunnya jumlah dan kekuatan ikatan antarmolekul serta tingkat keterlibatan. Ini akan meningkatkan mobilitas rantai, menurunnya kekuatan polimer dan meningkatkan deformasi pada tegangan rendah.






pipa bahan bakar rusak konektor

2. Degradasi Kimia Positif
a. Solvolisis atau daur ulang PET secara kimia (Sintesis dibenzil tereftalat melalui depolimerisasi plastik poli(etilena tereftalate) sebagai alternatif daur ulang plastik bekas).
Plastik poli(etilena tereftalat) (PET) telah menjadi kebutuhan yang penting bagi kehidupan manusia. Bahan ini biasanya dimanfaatkan sebagai fiber dan pengemas. Disamping itu juga menjadi bagian pokok pada komponen eksterior dan interior bodi mobil. Komponen plastik banyak menawarkan banyak keuntungan dibanding bahan lain seperti baja, paduan logam nonferro, keramik dan gelas. Plastik bobotnya ringan, yang menyebabkan komponen lebih ringan, mobil lebih ringan. Plastik dapat dicetak dengan mudah menjadi bentuk yang rumit. Banyak produk plastik, khususnya yang digunakan untuk pengemas, memiliki periode pemakaian yang pendek dan segera dibuang. Karena ada sebagian daerah yang kekurangan lahan untuk penimbunan, suatu usaha pemberian insentif untuk pendaur ulang limbah telah diberikan untuk mengurangi limbah yang ditimbun. Sedangkan produk kertas sekitar 20% dan wadah aluminium 30% telah didaur ulang, hanya 1 % plastik buangan yang didaur ulang. Terdapat beberapa faktor yang memberikan sumbangan terhadap kecilnya daur ulang plastik saat ini. Harga plastik daur ulang tidak kompetitif dibandingkan plastik “asli” yang dibuat dari petrokimia. Faktor kontribusi lain melibatkan problem pemilahan (sorting) produk limbah plastik menjadi katagori yang bervariasi. Jika pemilahan ini tidak dilakukan, produk yang dibuat dari campuran plastik yang digunakan akan rendah mutunya.

b. Degradasi Nylon
Nylon merupakan salah satu polimer yang banyak ditemukan. Selain jelas digunakan dalam industri tekstil untuk pakaian dan karpet, banyak nilon digunakan untuk membuat ban tali - struktur bagian dalam ban kendaraan di bawah karet.
Serat juga digunakan dalam tali, dan nilon dapat dicampakkan ke dalam bentuk padat untuk roda gigi dan bantalan di mesin, misalnya.
Perusahaan kimia raksasa dari Amerika Serikat, Du Pont, berhasil mengembangkan teknologi baru daur ulang untuk Nylon, yakni dengan menggunakan teknologi ammonolysis. Pilot plant untuk melakukan riset daur ulang Nylon, ternyata jauh sebelumnya telah dibangun di wilayah Ontario, tepatnya di kota Kingston, Kanada, demikian Du Pont menjelaskan. Pihak Du Pont sendiri bahkan telah mengadakan riset dan pengembangan proses ammonolysis pada fasilitas riset tersebut selama bertahun-tahun.
Dan terakhir, sebelum mengaplikasikannya secara luas, Du Pont merasa perlu untuk mengadakan test kelayakan terutama dari sudut pandang ekonomis metoda baru tersebut. Untuk itulah, pada tahun 2000 ini, Du Pont juga telah menyelesaikan pembangunan sarana yang lebih besar di kota Maitland yang juga terletak di wilayah Ontario. Sarana demonstrasi daur ulang Nylon dalam skala besar ini, sebenarnya juga dimaksudkan untuk memberikan sarana penilaian bagi khalayak industri secara luas terhadap metoda baru tadi. Dan tentu saja sekaligus sebagai sarana promosi Du Pont yang jitu.
Metoda ammonolysis ini adalah metoda yang murni hasil riset milik Du Pont sendiri. Nylon yang beredar di pasaran adalah Nylon PA6 dan Nylon PA66. Namun kenyataannya selama ini, metoda daur ulang kimiawi untuk masing-masing jenis Nylon adalah saling berlainan. Sehingga sebelum masing-masing didaur ulang, diperlukan proses pemisahan di antara kedua jenis Nylon tersebut. Apalagi untuk jenis bahan seperti karpet Nylon (yang biasanya terbuat dari campuran Nylon PA6 dan PA66), tidak ada metoda kimiawi yang bisa dipakai untuk mendaur-ulangnya. Dan biasanya, bahan-bahan Nylon yang tidak bisa dipisahkan seperti ini, tidak didaur-ulang, bahkan sebagian besar ditimbun di dalam tanah begitu saja.
Proses ammonolysis yang ditemukan Du Pont, adalah teknologi degradasi polimer yang berlaku untuk kedua jenis Nylon, PA6 dan PA66. Disinilah letak perbedaannya. Jadi ketika Nylon yang akan didaur ulang dikumpulkan, tidak diperlukan lagi proses pemisahan Nylon PA6 dan PA66. Metoda kimiawi daur ulang seperti ini adalah metoda pertama di dunia, yang sangat dinanti-nantikan kehadirannya, terutama pada ‘era ISO 14000′ seperti sekarang ini. Hasil daur ulang Nylon dengan proses ammonolysis terbukti menunjukkan kualitas yang serupa. Kualitas bahan yang homogen ini memungkinkan dan memudahkan pemasaran kembali hasil daur ulang Nylon. Ini penting artinya dari sudut pandang ekonomis. Namun yang jauh lebih penting lagi, proses daur ulang ini sangat besar artinya bagi pelestarian lingkungan hidup, karena tidak perlu lagi penimbunan berbagai jenis Nylon ke dalam tanah.











D. Cara dan Proses Degradasi PET
Sampel yang digunakan adalah botol minuman ringan sebagai sumber PET.
Prosedur sintesis dibenzil tereftalat dilakukan sebagai berikut bahwa Plastik PET dari botol minuman ringan seberat 3,057 g yang telah dipotong-potong dimasukkan ke dalam labu alas bulat 100 ml yang telah berisi batang magnet yang dilapisi teflon, 30 ml benzyl alkohol, dan 0,601 g zink asetat. Setelah condenser pendingin air dipasang, campuran diaduk dan direfluks selama 20, 24, dan 28 jam. Campuran hasil dicuci dengan air terdistilasi 100 ml dan air didekantasi dari campuran. Setelah penambahan 50 ml metanol ke dalam campuran hasil, lalu didinginkan dalam ice bath untuk menghasilkan kristal putih dibenzil tereftalat belum murni yang dikumpulkan melalui filtrasi isap. Produk ini dilarutkan dalam 100 ml metanol panas dan filtrasi panas dilakukan untuk menghilangkan pengotor yang tak larut. Filtrat diuapkan hingga tinggal separo pada hot plate dan dibiarkan mendingin pelan-pelan sampai temperatur kamar. Setelah pendinginan lanjut dalam ice bath, produk yang telah dianggap murni dikumpulkan melalui filtrasi isap dan dibiarkan sampai kering di udara. Data titik leleh zat hasil sintesis dibandingkan dengan data literatur (titik leleh dibenzil tereftalat, DBT 96,5 – 97oC). Jika titik leleh DBT hasil sintesis sama atau mendekati data ini maka dapat dikatakan sudah cukup murni. Dari spektra FTIR akan diketahui puncak khas seperti gugus C=O, C=C, C-H alifatik, dan C-H aromatik ulur, sedang dari RMN 1H dapat diketahui jumlah proton metilen dan aromatik serta multiplisitasnya. Kromatografi lapis tipis diperlukan untuk mengetahui fraksi molekul yang ada dalam zat hasil sintesis.
Sintesis dibenzil tereftalat dilakukan melalui degradasi poli(etilena tereftalat) secara refluks dalam benzil alkohol pada temperatur 145-150 oC selama 20, 24, dan 28 jam menggunakan katalis zink asetat. Hasil degradasi dimurnikan dengan rekristalisasi dalam metanol dan kemudian titik leleh, spektra FTIR, RMN 1H, dan pemisahan secara TLC ditentukan. Titik leleh produk degradasi selama 28 jam adalah 98-99oC. Berdasarkan spektra FTIR diketahui senyawa hasil degradasi memiliki gugus OH dari benzil alkohol pengotor (3431,1 cm-1), C=O (1716,5 cm-1), C-O (1272,9 cm-1), CHalifatik (sekitar 2950 cm-1), dan aromatik (sekitar 3050 cm-1), benzen monosubstitusi (727,1 dan 696,3 cm-1), dan benzen disubstitusi (383,8 cm-1), sedangkan pada spektra RMN 1H menunjukkan pergeseran kimia pada 8,2 ppm (s, 10H aromatik monosubstitusi), 7,5 ppm (s, 9 H yaitu 4 H aromatik disubstitusi dan 5 H aromatik benzil alkohol), 5,4 ppm(s, 1 H yang berikatan dengan O pada benzil alkohol), 4,8 ppm (s, 4 H metilen), dan 2,9 ppm (s, 7 H dari pengotor lain). Pada lempeng TLC terlihat noktah tunggal pada hasil degradasi selama 28 jam, yang dapat menunjukkan senyawa tunggal. Berdasarkan hasil karakterisasi ini dapat disimpulkan bahwa senyawa hasil degradasi adalah dibenzil tereftalat yang masih mengandung benzil alkohol dan pengotor lain.
Sintesis dibenzil tereftalat (DBT) berhasil dibuat melalui degradasi PET secara refluks dalam benzil alkohol dalam kondisi reaksi yaitu, temperature 145-150oC, waktu 28 jam, dan tekanan atmosfer. Dibenzil tereftalat tersebut berupa kristal berwarna putih dengan titik leleh 98 – 99oC.

E. Perlindungan terhadap Degradasi Kimia
Kedua hambatan fisik dan kimia dapat digunakan untuk melindungi polimer dari degradasi dibantu secara kimiawi. Penghalang fisik harus memberikan perlindungan terus-menerus, tidak boleh bereaksi dengan polimer lingkungan, harus fleksibel sehingga dapat terjadi peregangan dan juga harus mampu untuk menumbuhkan (setelah memakai proses). Penghalang kimia harus sangat reaktif dengan lingkungan sekitar polimer sehingga penghalang bereaksi dengan kondisi lingkungan daripada polimer itu sendiri. Penghalang ini melibatkan penambahan bahan ke dalam campuran polimer selama fabrikasi dari polimer. Karena ini, tambahan penghalang harus memiliki kelarutan yang cocok, harus secara ekonomi layak dan harus tidak menghambat proses produksi. Untuk penghalang harus diaktifkan, penambahan harus berdifusi ke permukaan dan jadi cocok difusivitas juga diperlukan. Ada empat teori tentang bagaimana hambatan jenis ini melindungi bahan polimer:

Penstabil
Cahaya terhalang-amina penstabil (Hals) menstabilkan terhadap pelapukan oleh pemulungan radikal bebas yang dihasilkan oleh foto-oksidasi matriks polimer. UV-absorbers stabil terhadap pelapukan dengan menyerap sinar ultraviolet dan mengubahnya menjadi panas. Antioksidan menstabilkan polimer dengan menghentikan reaksi berantai karena adsorpsi sinar UV dari sinar matahari. Reaksi berantai yang dimulai oleh foto-oksidasi mengarah pada penghentian silang dari polimer dan degradasi milik polimer.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. Degradasi polimer. http://en.wikipedia.org/wiki/Polymer_degradation
Anonym. 2000. du-pont-temukan-metoda-baru-daur-ulang-nylon. http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/berita/du-pont-temukan-metoda-baru-daur-ulang-nylon
Anonym. 2009. Degradasi kimia. http://www.degradation.com/degradasi-kimia-chart
Hart, dkk. 2003. Kimia Organik Edisi Kesebelas. Jakarta : Erlangga
http://images.google.co.id/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/Nylon6_and_Nylon6,6_structure.svg/708px-
Stevens, Malcolm P. 2007. Kimia Polimer. Jakarta : PT Pradnya Paramita
Suwardi, dkk. 2005. Sintesis Dibenzil Tereftalat Melalui Depolimerisasi Plastik Poli(Etilena Tereftalate) Sebagai Alternatif Daur Ulang Plastik bekas. http://journal.ui.ac.id/?hal=detailArtikel&q=202

2 komentar: