Polimer plastik

Polimer disebut juga dengan makromolekul merupakan molekul besar yang dibangun dengan pengulangan oleh molekul sederhana yang disebut monomer. Polimer (polymer) berasal dari dua kata, yaitu poly (banyak) dan meros (bagian – bagian).

JENIS PLASTIK DAN BAHAYANYA

1. Polimer termoplastik

Polimer termoplastik adalah polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jika polimer jenis ini dipanaskan, maka akan menjadi lunak dan didinginkan akan mengeras. Proses tersebut dapat terjadi berulang kali, sehingga dapat dibentuk ulang dalam berbagai bentuk melalui  cetakan yang berbeda untuk mendapatkan produk polimer yang baru.

Polimer yang termasuk polimer termoplastik adalah jenis polimer plastik. Jenis plastik ini tidak memiliki ikatan silang antar rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau bercabang. Bentuk struktur termoplastik sebagai berikut.

Bentuk struktur bercabang termoplastik.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut.

-         Berat molekul kecil

-         Tidak tahan terhadap panas.

-         Jika dipanaskan akan melunak.

-         Jika didinginkan akan mengeras.

-         Mudah untuk diregangkan.

-         Fleksibel.

-         Titik leleh rendah.

-         Dapat dibentuk ulang (daur ulang).

-         Mudah larut dalam pelarut yang sesuai.

-         Memiliki struktur molekul linear/bercabang.

Contoh plastik termoplastik sebagai berikut.

-         Polietilena (PE) = Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan.

-         Polivinilklorida (PVC) = pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan botol detergen.

-         Polipropena (PP) = karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil, dan permadani.

-         Polistirena = Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju.

Adalah plastik yang melunak bila dipanaskan, dimana dapat dicetak berulang-ulang dengan adanya panas. Yang termasuk plastic thermoplast antara lain :

POLYPROPYLENE (PP) :

http://cdn-u.kaskus.us/52/ajnkf6oo.png

http://cdn-u.kaskus.us/52/wdr9mc4u.jpg

Tertera logo daur ulang dengan angka 5 di tengahnya, serta tulisan PP.

Polypropylene merupakan polimer kristalin yang dihasilkan dari proses polimerisasi gas propilena. Propilena mempunyai specific gravity rendah dibandingkan dengan jenis plastic lain. Karakteristik jenis ini adalah biasa botol transparan yang tidak jernih atau berawan.Polipropilen lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup mengkilap. Polypropylene mempunyai titik leleh yang cukup tinggi (190 – 200 oC), sedangkan titik kristalisasinya antara 130 – 135 C. Polypropylene mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia ( hemical Resistance) yang tinggi, tetapi ketahanan pukul (impact strength) nya rendah.

POLISTIRENE (PS) :

http://cdn-u.kaskus.us/52/9dilwpdj.png

http://cdn-u.kaskus.us/52/u4mmndke.jpg

Tertera logo daur ulang dengan angka 6 di tengahnya, serta tulisan PS. Bahan ini dapat dikenali dengan kode angka 6, namun bila tidak tertera kode angka tersebut pada kemasan plastik, bahan ini dapat dikenali dengan cara dibakar (cara terakhir dan sebaiknya dihindari). Ketika dibakar, bahan ini akan mengeluarkan api berwarna kuning-jingga, dan meninggalkan jelaga.

Polistirene adalah hasil polimerisasi dari monomer-monomer stirena, dimana monomer stirena- nya didapat dari hasil proses dehidroge nisasi dari etil benzene (dengan bantuan katalis), sedangkan etil benzene-nya sendiri merupakan hasil reaksi antara etilena dengan benzene (dengan bantuan katalis).

PS (polystyrene) ditemukan tahun 1839, oleh Eduard Simon, seorang apoteker dari Jerman, secara tidak sengaja. PS biasa dipakai sebagai bahan tempat makan styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan lain-lain. Polystyrene merupakan polimer aromatik yang dapat mengeluarkan bahan styrene ke dalam makanan ketika makanan tersebut bersentuhan. Selain tempat makanan, styrene juga bisa didapatkan dari asap rokok, asap kendaraan dan bahan konstruksi gedung.

Sifat-sifat umum dari poli stirena :

*Sifat mekanis. Sifat-sifat mekanis yang menonjol dari bahan ini adalah kaku, keras, mempunyai bunyi seperti metallic bila dijatuhkan.

*Ketahanan terhadap bahan kimia. Ketahanan PS terhadap bahan-bahan kimia umumnya tidak sebaik ketahanan yang dipunyai oleh PP atau PE. PS larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan chlorinated hydrocarbon. PS juga mempunyai daya serap air yang rendah, dibawah o,25 %.

*Abrasion resistance. PS mempunyai kekuatan permukaan relative lebih keras dibandingkan dengan jenis termoplastik yang lain. Meskipun demikian, bahan ini mudah tergores.

*Transparansi. Sifat optis dari PS adalah mempunyai derajat transparansi yang tinggi, dapat melalui semua panjang gelombang cahaya (A 90%). Disamping itu dapat memberikan kilauan yang baik yang tidak dipunyai oleh jenis plastic lain, dimana bahan ini mempunyai indeks refraksi 1,592.

*Sifat elektrikal. Karena mempunyai sifat daya serap air yang rendah maka PS digunakan untuk keperluan alat-alat listrik. PS foil digunakan untuk spacers, slot liners dan covering dari kapasitor, koil dan keperluan radar.

*Ketahanan panas. PS mempunyai softening point rendah (90oC) sehingga PS tidak digunakan untuk pemakaian pada suhu tinggi, atau misalnya pada makanan yang panas. Suhu maksimum yang boleh dikenakan dalam pemakaian adalah 75oC. Disamping itu, PS mempunyai sifat konduktifitas panas yang rendah.

PS dibuat dalam berbagai grade yang dapat digunakan untuk membuat produk jadi. Pemilihan grade sangat penting dan disesuaikan dengan produk jadinya. Grade-grade PS yang umum dipakai adalah: general purpose, light stabilized, heat resistance, Impact grade.

Polistrena dapat diproses dengan cara pengolahan yang umum digunakan untuk PP atau PE, yaitu: cetak injeksi, extrusion, thermoforming. Bahan ini harus dihindari, karena selain berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita yang berakibat pada masalah reproduksi, dan pertumbuhan dan sistem syaraf, juga karena bahan ini sulit didaur ulang. Pun bila didaur ulang, bahan ini memerlukan proses yang sangat panjang dan lama.

Klasifikasi polimer salah satunya berdasarkan ketahanan terhadap panas (termal). Klasifikasi polimer ini dibedakan menjadi dua, yaitu polimer termoplastik dan polimer termoseting.

Termoplastik Polimerler

Genel olarak plastik adıyla da anılan termoplastikler, ısıtıldığı zaman eriyebilen ve yeniden şekillendirilebilen polimerlerdir. Bir kere eritildikten sonra enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyon gibi yaygın kullanılan tekniklerle hemen hemen her türlü şekilde kalıplanabilirler. Üretimde ya da kalıplama esnasında eriyik halden soğutulan termoplastik polimerler kolaylıkla kristal yapıyı kuramazlar. Çünkü polimer zincirinin çokça kıvrılan ve büzülen yapısını, düzenli bir yapıya sokup, polimerin kristal oluşturması için yüksek enerjiye ihtiyaç vardır. Termoplastikleri oluşturan kristalleşebilen zincirler ise tam anlamıyla mükemmel bir kristal yapı kuramaz. Bunun yerine hem amorf hem de kristal yapıyı barındıran yarı-kristaller oluştururlar. Yarı-kristalin içindeki amorf yapı elastikiyet sağlarken, kristal yapı da mukavemeti ve bükülmezliği sağlar.

Yarı-kristal yapının içindeki kristalleşen zincirler erime noktası (T_e) ile tanımlanırken; amorf termoplastikler, ya da termoplastiklerin amorf kısımları ise camsı geçiş sıcaklığı (T_g) ismi verilen, camsı (sert) davranıştan kauçuğumsu (yumuşak) davranışa geçiş sıcaklığı ile tanımlanırlar. Erime noktasının üzerine çıkıldğında, polimerde bulunan kristal yapının hepsi erimiş olur ve sadece amorf yapı kalır. Termoplastikler her iki tip yapıyı gösterebilmelerine rağmen, birçok termoplastik polimer kristalleşemez ve sadece amorf yapıya sahiptir.

Her termoplastik polimerin kendine özgü bir camsı geçiş sıcaklığı vardır. Eğer bünyesinde kristal yapıyı da bulunduran bir termoplastik ise, T_g‘ye ek olarak geniş bir erime sıcaklığı aralığı vardır. Küçük moleküllerin aksine, tek bir molekül ağırlığında bulunmayan (yani polidispers olan) polimerler, tek bir sıcaklıkta erimezler.  Büyük çoğunlukla, Şema 1′de verilen grafikte göründüğü gibi, geniş bir erime eğrisine sahip olurlar.

 

Şema 1

Erime noktasının tek bir noktada olmaması, aksine geniş bir alana yayılması, polimer kristallerinin farklı kristal kusurlarına ya da değişik kristal birim hücrelerine sahip olduklarını gösterebileceği gibi; farklı büyüklüklerde kristaller oluşturduğunu da gösteriyor olabilir. Sebebin ne olduğunu kesin anlayabilmek için X-Ray analizi gibi yöntemlere (SAXS, WAXS, XRD) başvurulur. Sebep ne olursa olsun, polidispers polimerlerin değişik kristaller oluşturduğu ve bu sebeple geniş bir erime eğrisi gösterdiği bir gerçektir.

Termoplastik polimerlerin zincirleri doğrusal ya da dallanmış yapıda bulunurlar; zincirler arasında çapraz bağ kesinlikle görülmez (Şema 2). Mor-ötesi (UV) gibi dış etkenlerin verdiği enerji sonucu zincirler arası çapraz bağlanma mümkün olsa bile (ör. polietilen), böyle bir fiziksel değişime uğrayan polimer artık termoplastik olarak anılamaz. Çünkü termoplastik polimer, tanımı gereği, eriyebilen ve yeniden şekillendirilebilen bir polimerdir; polimerin içinde oluşan çapraz kovalent bağlar ise, termosetlerde olduğu gibi, polimerlerin erimesini engeller.

 

Şema 2

Termoplastik polimerlerde, termoset polimerlerin zincirlerini birbirine bağlayan kuvvetli kovalent bağlar bulunmasa da, termoplastik polimer zincirlerini bir arada tutan, polar etkileşimler, Hidrojen-bağları, London kuvvetleri ve hatta aromatik grupların üst-üste istiflenmesi (ör. polistiren) gibi zincir-içi ve zincirler-arası etkileşimler vardır. Bunlara ek olarak, termoplastik polimer zincirlerini bir arada tutan zincirler-arası ve zincir-içi bükülmeler ve dolaşmalar (entanglement) vardır. Bu zincir dolaşımları ve bükülmelerinin, özellikle mekanik tepki olmak üzere, termoplastik polimerlerin fiziksel özelliklerinde büyük etkisi vardır.

Termoplastiklerin elastomerlerden farkı mekanik özelliklerinde saklıdır. Eğer bir elastomerik malzeme gerilme kuvvetine maruz kalırsa (iki yana çekilirse), malzeme uzar ve üzerindeki yük kalktığında da hızla ilk andaki konumuna geri döner (buna elastikiyet ya da sıçrama (bouncing) denir). Termoplastikleri çektiğimizde ise malzeme belli bir noktaya kadar elastikiyetini korur ve daha sonra kalıcı şekil bozukluğuna (deformasyona) ya da kırılmaya uğrar. Fakat şunu da unutmamak gerekir ki, elastomerler çekildiğinde hemen uzamaya başlamalarına rağmen, termoplastiklerin uzamasını sağlamak için çok yüksek kuvvetler uygulamak gerekir. Yani, termoplastik polimerlerin deformasyona karşı dirençleri elastomerlerden fazladır diyebiliriz.

	Çekme Mukavemeti (Mpa)	Elastik Modülü (Mpa)
Elastomer (doğal kauçuk)	15	10
Termoplastik (YYPE)	37	800

Termoplastikleri, termoplastik yapan bir diğer özellikleri de demin bahsettiğimiz yük altında kalıcı deformasyona uğramalarıdır. Böylece, termoplastikleri uygulanan kuvvet sayesinde kalıcı deformasyona uğratarak şekillendirmek mümkün olur (ör. termoform yöntemi).

Termoplastiklerin daha önce belirttiğimiz yarı kristal yapıları, içlerindeki amorf bölgeler sayesinde belirli bir sıcaklıkta sert bir plastikten, yumuşak bir plastiğe dönüşmelerini sağlar (camsı geçiş sıcaklığı). Bu ısıl geçiş, plastiğin kullanım alanını da belirleyen bir etkendir. Mesela, cep telefonlarının kasaları camsı geçiş sıcaklığı (T_g) oda sıcaklığının çok üzerinde bir polimerden üretilirken; elektrik kabloları T_g’si oda sıcaklığının altında bir plastikten üretilir ve böylece yumuşaktır. Camsı geçiş sıcaklığının bu etkisi sadece kullanım alanında değil, üretim sırasında da önemli bir faktördür. Bazen bir termoplastiğe daha kolay şekil verebilmek ya da şekil verme işlemini daha düşük bir sıcaklıkta yapıp enerjiden tasarruf etmek için, polimere plastikleştirici katkı maddeleri eklenir (plasticizer).

Termoplastik polimerler sentezlendikten sonra küçük granüller (pellet ya da toz olarak) halinde torbalanarak piyasaya sürülür. Alıcı bu granülleri değişik üretim teknikleriyle eritip kalıplayarak, ya da lif haline getirmek için çekerek, şekillendirir. Plastik bardaklar, poşetler, ambalajlar ve oyuncaklar termoplastiklerin sıkça kullanıldıkları alanlardır. Bir kere kullanılan ve atılan termoplastikler yeniden eritilip işlenerek, tekrar tekrar kullanılabilirler. PMMA ya da polikarbonat gibi sadece amorf yapıda olan termoplastikler özellikle saydamlığın önemli olduğu uygulamalarda tercih edilirler. Amorf termoplastikler genellikle kimyasallara karşı düşük direnç gösterirler ve kimyasal ortamlardaki çevresel faktörlerden dolayı çatlamaya başlarlar (environmental stress cracking). Yarı-kristal termoplastikler ise çözücülere ve diğer kimyasallara karşı daha dirençlidirler. Ancak, kristallerin ışığın dalga boyundan büyük olması sebebiyle opaktırlar. Bu sebeple optik uygulamarda tercih edilmezler.

Termoplastik grubuna giren polimerlere örnek olarak polietilen, polipropilen, polistiren, poli(vinil klorür), ve polikarbonat verilebilir. Bu sınıftaki polimerlerin kullanım alanları geniştir ve özellikle farklı mühendislik uygulamalarında sıklıkla tercih edilirler. Başlıca termoplastikler ve onların camsı geçiş ve erime sıcaklıkları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

 

2. Polimer termoseting

Polimer termoseting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak dapat disambung atau diperbaiki lagi.

Plomer termoseting memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras. Semakin banyak ikatan silang pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer.

Bentuk struktur ikatan silang sebagai berikut.

Sifat polimer termoseting sebagai berikut.

-         Keras dan kaku (tidak fleksibel)

-         Jika dipanaskan akan mengeras.

-         Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).

-         Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.

-         Jika dipanaskan akan meleleh.

-         Tahan terhadap asam basa.

-         Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul.

Contoh plastik termoseting :

Bakelit    = asbak, fitting lampu listrik, steker listrik, peralatan fotografi, radio, perekat plywood.