Berita

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.