Polimer: Struktur dan Karakteristik Polimer
Polimer telah menjadi komponen penting dari komoditas sejak
hari-hari awal umat manusia. Penggunaan wol (keratin), serat kapas dan linen
(selulosa) untuk pakaian, buluh kertas (selulosa) untuk kertas hanyalah
beberapa contoh bagaimana nenek moyang kita memanfaatkan bahan baku yang
mengandung polimer untuk mendapatkan artefak. Getah lateks pohon caoutchouc
(karet alam) mencapai Eropa pada abad ke-16 dari Amerika Selatan jauh setelah
Olmec, Maya dan Aztecsudah mulai menggunakannya sebagai bahan untuk membuat
bola, tekstil dan wadah tahan air. Manipulasi kimia polimer dimulai pada abad
ke-19, meskipun pada saat itu sifat spesies ini tidak dipahami. Perilaku
polimer awalnya dirasionalisasikan menurut teori yang diajukan oleh Thomas
Graham yang menganggap mereka sebagai agregat koloid dari molekul kecil yang
disatukan oleh gaya yang tidak diketahui. Segel Jakarta/ Segel Tangerang/ Segel
Plastik/ Segel Plastik Tahan Lama/ Segel Plastik Kuat. Cari tahu lebih lanjut
mengenai Segel Keamanan.
Terlepas dari kurangnya pengetahuan teoretis, potensi
polimer untuk menyediakan bahan yang inovatif, mudah diakses, dan murah segera
ditangkap. Pekerjaan yang dilakukan oleh Braconnot, Parkes, Ludersdorf, Hayard
dan banyak lainnya pada modifikasi polimer alam menentukan banyak kemajuan
signifikan di lapangan. Kontribusi mereka mengarah pada penemuan bahan seperti
seluloid, galalit, parkesin, rayon, karet vulkanisir dan, kemudian, Bakelite:
semua bahan yang dengan cepat memasuki proses manufaktur industri dan mencapai
rumah tangga sebagai komponen garmen (misalnya, kain, kancing), barang pecah
belah dan barang-barang dekoratif.
Pada tahun 1920, Hermann Staudinger menerbitkan karya mani
"Über Polimerisasi", di mana ia mengusulkan bahwa polimer sebenarnya
rantai panjang atom dihubungkan oleh ikatan kovalen. Karyanya diperdebatkan
panjang lebar, tetapi akhirnya diterima oleh komunitas ilmiah. Karena karya
ini, Staudinger dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1953. Setelah tahun 1930-an polimer memasuki zaman keemasan di
mana jenis baru ditemukan dan dengan cepat diberikan aplikasi komersial,
menggantikan bahan yang bersumber secara alami. Perkembangan ini didorong oleh
sektor industri dengan dorongan ekonomi yang kuat dan didukung oleh komunitas
akademis yang luas yang berkontribusi dengan sintesis inovatif monomer dari
bahan baku yang lebih murah, proses polimerisasi yang lebih efisien, teknik
yang lebih baik untuk karakterisasi polimer dan pemahaman teoritis yang maju
tentang polimer.
Sejak 1953, enam hadiah Nobel diberikan di bidang ilmu
polimer, tidak termasuk untuk penelitian makromolekul biologis. Ini lebih
lanjut membuktikan dampaknya pada sains dan teknologi modern. Seperti yang
diringkas Lord Todd pada tahun 1980, "Saya cenderung berpikir bahwa
pengembangan polimerisasi mungkin adalah hal terbesar yang telah dilakukan
kimia, di mana ia memiliki efek terbesar pada kehidupan sehari-hari". Segel
Jakarta/ Segel Tangerang/ Segel Plastik/ Segel Plastik Tahan Lama/ Segel
Plastik Kuat. Cari tahu lebih lanjut mengenai Segel Keamanan.
Karakterisasi polimer mencakup banyak teknik untuk
menentukan komposisi kimia, distribusi berat molekul, dan sifat fisik. Pilih
teknik umum termasuk yang berikut:
1. Kromatografi eksklusi ukuran (juga disebut kromatografi
permeasi gel), kadang-kadang digabungkan dengan hamburan cahaya statis , dapat
digunakan untuk menentukan jumlah berat molekul rata-rata, berat molekul
rata-rata berat, dan dispersi .
2. Teknik hamburan, seperti hamburan cahaya statis dan
hamburan neutron sudut kecil, digunakan untuk menentukan dimensi (jari-jari
girasi) makromolekul dalam larutan atau dalam lelehan. Teknik-teknik ini juga
digunakan untuk mengkarakterisasi struktur tiga dimensi polimer blok yang dipisahkan
mikrofase, misel polimer, dan bahan lainnya.
3. Hamburan sinar-X sudut lebar (juga disebut difraksi sinar-X
sudut lebar) digunakan untuk menentukan struktur kristal polimer (atau
kekurangannya).
4. Teknik spektroskopi, termasuk spektroskopi inframerah
transformasi Fourier, spektroskopi Raman, dan spektroskopi resonansi magnetik
nuklir, dapat digunakan untuk menentukan komposisi kimia.
5. Kalorimetri pemindaian diferensial digunakan untuk
mengkarakterisasi sifat termal polimer, seperti suhu transisi gelas, suhu
kristalisasi, dan suhu leleh. Suhu transisi gelas juga dapat ditentukan dengan
analisis mekanik dinamis.
6. Termogravimetri adalah teknik yang berguna untuk
mengevaluasi stabilitas termal polimer.
7. Reologi digunakan untuk mengkarakterisasi aliran dan
perilaku deformasi. Ini dapat digunakan untuk menentukan viskositas, modulus,
dan sifat reologi lainnya. Rheologi juga sering digunakan untuk menentukan
arsitektur molekul (berat molekul, distribusi berat molekul, percabangan) dan
untuk memahami bagaimana polimer dapat diproses.
Struktur bahan polimer dapat digambarkan pada skala panjang
yang berbeda, dari skala panjang sub-nm hingga skala makroskopik. Sebenarnya
ada hierarki struktur, di mana setiap tahap menyediakan fondasi untuk tahap
berikutnya. Titik awal untuk deskripsi struktur polimer adalah identitas monomer
penyusunnya. Selanjutnya, struktur mikro pada dasarnya menggambarkan susunan
monomer ini dalam polimer pada skala rantai tunggal. Struktur mikro menentukan
kemungkinan polimer untuk membentuk fase dengan pengaturan yang berbeda,
misalnya melalui kristalisasi, transisi gelas atau pemisahan mikrofase. Fitur-fitur
ini memainkan peran utama dalam menentukan sifat fisik dan kimia polimer. Segel
Jakarta/ Segel Tangerang/ Segel Plastik/ Segel Plastik Tahan Lama/ Segel
Plastik Kuat. Cari tahu lebih lanjut mengenai Segel Keamanan.
1. Monomer dan unit berulang
Identitas unit berulang
(residu monomer, juga dikenal sebagai "mers") yang terdiri dari
polimer adalah atribut pertama dan terpentingnya. Tata nama polimer umumnya
didasarkan pada jenis residu monomer yang terdiri dari polimer. Polimer yang
hanya mengandung satu jenis unit berulang disebut homopolimer, sedangkan
polimer yang mengandung dua atau lebih jenis unit berulang disebut kopolimer. Sebuah
terpolymer adalah kopolimer yang berisi tiga jenis unit berulang.
Polystyrene hanya terdiri dari
unit pengulangan berbasis styrene, dan diklasifikasikan sebagai homopolimer.
Polietilena tereftalat, meskipun dihasilkan dari dua monomer yang berbeda (etilen
glikol dan asam tereftalat), biasanya dianggap sebagai homopolimer karena hanya
satu jenis unit berulang yang terbentuk. Etilen-vinil asetat mengandung lebih
dari satu variasi unit berulang dan merupakan kopolimer. Beberapa polimer
biologis terdiri dari berbagai residu monomer yang berbeda tetapi terkait
secara struktural; misalnya, polinukleotida seperti DNA terdiri dari empat
jenis subunit nukleotida. Polimer yang mengandung subunit yang dapat
terionisasi (misalnya, gugus karboksilat gantung) dikenal sebagai
polielektrolit atau ionomer, jika fraksi unit yang dapat terionisasi
masing-masing besar atau kecil.
2. Struktur mikro
Struktur mikro suatu polimer
(kadang-kadang disebut konfigurasi) berkaitan dengan susunan fisik residu
monomer di sepanjang tulang punggung rantai. Ini adalah elemen struktur polimer
yang membutuhkan pemutusan ikatan kovalen untuk berubah. Berbagai struktur
polimer dapat diproduksi tergantung pada monomer dan kondisi reaksi: Polimer
dapat terdiri dari makromolekul linier yang masing-masing hanya mengandung satu
rantai tidak bercabang. Dalam kasus polietilen tidak bercabang, rantai ini
adalah n- alkana rantai panjang. Ada juga makromolekul bercabang dengan rantai
utama dan rantai samping, dalam kasus polietilen, rantai sampingnya adalah
gugus alkil. Khususnya makromolekul yang tidak bercabang dapat berada dalam
keadaan padat semi-kristal, bagian rantai kristal disorot merah pada gambar di
bawah.
Sementara polimer bercabang
dan tidak bercabang biasanya termoplastik, banyak elastomer memiliki ikatan
silang yang lebar antara "rantai utama". Tautan silang yang erat, di sisi
lain, mengarah ke termoset. Tautan silang dan cabang ditunjukkan sebagai titik
merah pada gambar. Polimer bercabang tinggi bersifat amorf dan molekul dalam
padatan berinteraksi secara acak.
3. Morfologi polimer umumnya menggambarkan susunan dan urutan
skala mikro rantai polimer di ruang angkasa. Sifat fisik makroskopik suatu
polimer berhubungan dengan interaksi antar rantai polimer. Segel Jakarta/ Segel
Tangerang/ Segel Plastik/ Segel Plastik Tahan Lama/ Segel Plastik Kuat. Cari
tahu lebih lanjut mengenai Segel Keamanan.
a. Polimer tidak teratur
Dalam
keadaan padat, polimer ataktik, polimer dengan tingkat percabangan yang tinggi
dan kopolimer acak membentuk amorf (yaitu struktur kaca). Dalam lelehan dan
larutan, polimer cenderung membentuk "klaster statistik" yang terus
berubah, lihat model rantai sambungan bebas. Dalam keadaan padat, konformasi
masing-masing molekul dibekukan. Kaitan dan belitan molekul rantai menyebabkan
"ikatan mekanis" antara rantai. antarmolekuldan gaya tarik-menarik
intramolekul hanya terjadi di tempat-tempat di mana segmen-segmen molekul cukup
dekat satu sama lain. Struktur molekul yang tidak teratur mencegah pengaturan
yang lebih sempit.
b. Polimer linier
dengan
struktur periodik, percabangan rendah dan stereoregularitas (misalnya tidak
ataktik) memiliki struktur semi-kristal dalam keadaan padat. Dalam polimer
sederhana (seperti polietilen), rantai hadir dalam kristal dalam konformasi
zigzag. Beberapa konformasi zigzag membentuk paket rantai padat, yang disebut
kristalit atau lamela. Lamela jauh lebih tipis daripada panjang polimer
(seringkali sekitar 10 nm). Mereka dibentuk oleh lipatan yang kurang lebih
teratur dari satu atau lebih rantai molekul. Struktur amorf ada di antara
lamela. Molekul individu dapat menyebabkan belitan antara lamela dan juga dapat
terlibat dalam pembentukan dua (atau lebih) lamela (rantai daripada yang
disebut molekul ikat). Beberapa lamellae membentuk superstruktur, spherulite,
sering dengan diameter dalam kisaran 0,05 sampai 1 mm.
Jenis
dan susunan residu (fungsional) dari unit berulang mempengaruhi atau menentukan
kristalinitas dan kekuatan ikatan valensi sekunder. Dalam polipropilena
isotaktik, molekul membentuk heliks. Seperti konformasi zigzag, heliks semacam
itu memungkinkan pengemasan rantai yang padat. Interaksi antarmolekul yang
sangat kuat terjadi ketika residu unit berulang memungkinkan pembentukan ikatan
hidrogen, seperti dalam kasus p- aramid. Pembentukan asosiasi intramolekul yang
kuat dapat menghasilkan keadaan terlipat yang beragam dari rantai linier
tunggal dengan topologi sirkuit yang berbeda. Kristalinitas dan suprastruktur
selalu bergantung pada kondisi pembentukannya, lihat juga: kristalisasi
polimer. Dibandingkan dengan struktur amorf, struktur semi-kristal menyebabkan
kekakuan, kepadatan, suhu leleh, dan ketahanan polimer yang lebih tinggi.
c. Polimer ikat silang
Polimer
ikat silang bermata lebar adalah elastomer dan tidak dapat dicairkan (tidak
seperti termoplastik); pemanasan polimer cross-linked hanya menyebabkan dekomposisi.
Elastomer termoplastik, di sisi lain, secara reversibel "terikat silang
secara fisik" dan dapat dicairkan. Kopolimer blok di mana segmen keras
polimer memiliki kecenderungan untuk mengkristal dan segmen lunak memiliki
struktur amorf adalah salah satu jenis elastomer termoplastik: segmen keras
memastikan ikatan silang fisik yang lebar.
Degradasi polimer adalah perubahan sifat—kekuatan tarik, warna,
bentuk, atau berat molekul—dari polimer atau produk berbasis polimer di bawah
pengaruh satu atau lebih faktor lingkungan, seperti panas, cahaya, dan adanya
bahan kimia tertentu, oksigen, dan enzim. Perubahan sifat ini sering merupakan
hasil dari pemutusan ikatan pada tulang punggung polimer (pemotongan rantai)
yang dapat terjadi pada ujung rantai atau pada posisi acak dalam rantai. Meskipun
perubahan tersebut sering tidak diinginkan, dalam beberapa kasus, seperti
biodegradasi dan daur ulang, perubahan tersebut mungkin dimaksudkan untuk
mencegah pencemaran lingkungan. Degradasi juga dapat berguna dalam pengaturan
biomedis. Misalnya, kopolimer asam polilaktat dan asam poliglikolat digunakan
dalam jahitan yang dapat dihidrolisis yang perlahan-lahan terdegradasi setelah
diterapkan pada luka. Segel Jakarta/ Segel Tangerang/ Segel Plastik/ Segel
Plastik Tahan Lama/ Segel Plastik Kuat. Cari tahu lebih lanjut mengenai Segel
Keamanan.
Kerentanan polimer terhadap degradasi tergantung pada
strukturnya. Epoxy dan rantai yang mengandung fungsionalitas aromatik sangat
rentan terhadap degradasi UV sementara poliester rentan terhadap degradasi oleh
hidrolisis. Polimer yang mengandung tulang punggung tak jenuh terdegradasi
melalui perengkahan ozon. Polimer berbasis karbon lebih rentan terhadap
degradasi termal daripada polimer anorganik seperti polidimetilsiloksan dan
oleh karena itu tidak ideal untuk sebagian besar aplikasi suhu tinggi.
Degradasi polietilen terjadi dengan pemotongan
acak—penghancuran acak dari ikatan yang menyatukan atom - atom polimer. Ketika dipanaskan
di atas 450 °C, polietilen terdegradasi untuk membentuk campuran hidrokarbon.
Dalam kasus pemotongan ujung rantai, monomer dilepaskan dan proses ini disebut
sebagai membuka ritsleting atau depolimerisasi . Mekanisme mana yang
mendominasi akan tergantung pada jenis polimer dan suhu; secara umum, polimer
tanpa atau satu substituen kecil di unit berulang akan terurai melalui
pemotongan rantai acak. Pemilahan limbah polimer untuk tujuan daur ulang dapat
difasilitasi dengan menggunakan kode identifikasi resin yang dikembangkan oleh
Society of the Plastics Industry untuk mengidentifikasi jenis plastik.
Kegagalan produk
Kegagalan komponen polimer yang kritis terhadap keselamatan
dapat menyebabkan kecelakaan serius, seperti kebakaran jika saluran bahan bakar
polimer retak dan rusak. Retak akibat klorin pada sambungan pipa resin asetal
dan pipa polibutilen telah menyebabkan banyak banjir serius di properti
domestik, terutama di AS pada 1990-an. Jejak klorin dalam pasokan air menyerang
polimer yang ada di pipa ledeng, masalah yang terjadi lebih cepat jika ada
bagian yang diekstrusi dengan buruk atau dicetak dengan injeksi. Serangan pada
sambungan asetal terjadi karena cetakan yang salah, yang menyebabkan keretakan
di sepanjang ulir fitting di mana terdapat konsentrasi tegangan.
Oksidasi polimer telah menyebabkan kecelakaan yang
melibatkan peralatan medis. Salah satu mode kegagalan tertua yang diketahui
adalah retakan ozon yang disebabkan oleh pemotongan rantai ketika gas ozon menyerang
elastomer yang rentan, seperti karet alam dan karet nitril. Mereka memiliki
ikatan rangkap dalam unit berulang mereka yang dibelah selama ozonolisis. Retak
pada saluran bahan bakar dapat menembus lubang tabung dan menyebabkan kebocoran
bahan bakar. Jika terjadi keretakan di kompartemen mesin, percikan listrik
dapat menyalakan bensin dan dapat menyebabkan kebakaran yang serius. Dalam
penggunaan medis, degradasi polimer dapat menyebabkan perubahan karakteristik
fisik dan kimia perangkat implan.
Nylon 66 rentan terhadap hidrolisis asam, dan dalam satu
kecelakaan, saluran bahan bakar retak menyebabkan tumpahan solar ke jalan. Jika
bahan bakar solar bocor ke jalan, kecelakaan pada mobil-mobil berikut dapat
disebabkan oleh sifat licin dari endapannya, seperti es hitam. Selanjutnya,
permukaan jalan beton aspal akan mengalami kerusakan akibat bahan bakar solar
melarutkan aspal dari material komposit, sehingga mengakibatkan degradasi
permukaan aspal dan integritas struktural jalan.
jika anda tertarik dengan segel plastik anda dapat
mengunjungi website perusahaan kami, untuk mengetahui lebih lanjut mengenai
segel, anda juga bisa mengetahui produk-produk yang kami jual.