Polimer

1. Pengertian Polimer

Suatu molekul raksasa (makromolekul) yang terbentuk dari susunan ulang molekul kecil yang terikat melalui ikatan kimia disebut polimer (poly = banyak;  mer = bagian).  Suatu polimer akan terbentuk bila seratus  atau seribu unit molekul yang kecil yang disebut  monomer, saling berikatan dalam suatu rantai.  Jenis-jenis monomer yang saling berikatan membentuk suatu polimer terkadang sama atau berbeda. Sifat-sifat polimer berbeda dari monomer-monomer yang menyusunnya.  Pada contoh diatas, teflon (politetra-fluoroetilena) yang berwujud padat dibuat bila molekul-molekul gas tetra-fluoroetilena bereaksi membentuk rantai panjang. Contoh lain, molekul-molekul gas etilena bereaksi membentuk rantai panjang plastik polietilena yang ada pada kaleng susu[1].

Gambar 1. Perkembangan Bahan Polimer^[2]

2. Struktur Polimer

Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulang-ulang atau mer atau meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah  monomer.  Polimer Polyethylene, misalnya, adalah salah satu jenis bahan polimer dengan rantai linear sangat panjang yang tersusun atas unit-unit terkecil (mer) yang berulang-ulang yang berasal dari monomer molekul ethylene. Monomer memiliki ikatan kovalen tak jenuh (ikatan ganda) sedangkan pada mer ikatan tersebut menjadi aktif atau ikatan kovalen terbuka dengan elektron tak berpasangan[2].

Gambar 2. Struktur molekul polimer (polyethylene)^[2]

3. Klasifikasi Polimer

Polimer umumnya diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok antara lain berdasarkan jenis monomer, asal, proses pembentukannya, dan sifat termalnya. 

3.1.  Polimer Berdasarkan Jenis Monomernya

Berdasarkan jenis monomernya, polimer dibedakan atas homopolimer dan kopolimer. Homopolimer terbentuk dari sejenis monomer, sedangkan kopolimer terbentuk lebih dari sejenis monomer.

3.1.1. Homopolimer

Homopolimer merupakan polimer yang  terdiri dari satu macam monomer, dengan struktur polimer. . . – A – A – A – A – A – A –. . .  Salah satu contoh pembentukan homopolimer dari polivinil klorida adalah sebagai berikut. 

Gambar 3. Pembentukan homopolimer dari polivinil klorida^[1]

3.1.2. Kopolimer

Kopolimer merupakan polimer yang tersusun dari dua macam atau lebih monomer. Contoh: polimer SBS (polimer stirena-butadiena-stirena).

Gambar 4. Polimer SBS (polimer stirena-butadiena-stirena)^[1]

3.2. Polimer Berdasarkan Asalnya

Berdasarkan asalnya, polimer dapat dibedakan atas polimer alam dan polimer sintesis.

3.2.1. Polimer Alam

Polimer alam adalah polimer yang terdapat di alam dan berasal dari makhluk hidup. Contoh polimer alam dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 1. Contoh Polimer Alam^[4]

No.	Polimer	Monomer	Polimerisasi	Contoh
1.	Pati/amilum	Glukosa	Kondensasi	Biji-bijian, akar umbi
2.	Selulosa	Glukosa	Kondensasi	Sayur, Kayu, Kapas
3.	Protein	Asam amino	Kondensasi	Susu, daging, telur, wol, sutera
4.	Asam nukleat	Nukleotida	Kondensasi	Molekul DNA dan RNA (sel)
5.	Karet alam	Isoprena	Adisi	Getah pohon karet

Sifat-sifat polimer alam kurang menguntungkan. Contohnya, karet alam kadang-kadang cepat rusak, tidak elastis, dan berombak. Hal tersebut dapat terjadi karena karet alamtidak tahan terhadap minyak bensin atau minyak tanah serta lama terbuka di udara. Contoh lain, sutera dan wol merupakan senyawa protein bahan makanan bakteri, sehingga wol dan sutera cepat rusak. Umumnya polimer alam mempunyai sifat hidrofilik (suka air), sukar dilebur dan sukar dicetak, sehingga sangat sukar mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan-tujuan yang lebih luas dalam kehidupan masyarakat sehari-hari.

3.2.2. Polimer Sintesis

Polimer sintesis atau polimer buatan adalah polimer yang tidak terdapat di alam dan harus dibuat oleh manusia. Sampai saat ini, para ahli kimia polimer telah melakukan penelitian struktur molekul alam guna mengembangkan polimer sintesisnya. Dari hasil penelitian tersebut dihasilkan polimer sintesis yang dapat dirancang sifat-sifatnya, seperti tinggi rendahnya titik lebur, kelenturan dan kekerasannya, serta ketahanannya terhadap zat kimia. Tujuannya, agar diperoleh polimer sintesis yang penggunaannya sesuai yang diharapkan. Polimer sintesis yang telah dikembangkan guna kepentingan komersil, misalnya pembentukan serat untuk benang kain dan produksi ban yang elastis terhadap jalan raya.. Contoh polimer sintesis dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 2. Contoh polimer sintesis^[4]

No.	Polimer	Monomer	Terdapat pada
1.	Polietena	Etena	Kantung, kabel plastik
2.	Polipropena	Propena	Tali, karung, botol plastik
3.	PVC	Vinil klorida	Pipa paralon, pelapis lantai
4.	Polivinil alcohol	Vinil alcohol	Bak air
5.	Teflon	Tetrafluoroetena	Wajan atau panci anti lengket
6.	Dakron	Metil tereftalat dan etilena glikol	Pipa rekam magnetik, kain atau tekstil (wol sintetis)
7.	Nilon	Asam adipat dan heksametilena diamin	Tekstil
8.	Polibutadiena	Butadiena	Ban motor
9.	Poliester	Ester dan etilena glikol	Ban mobil
10.	Melamin	Fenol formaldehida	Piring dan gelas melamin
11.	Epoksi resin	Metoksi benzena dan alcohol sekunder	Penyalut cat (cat epoksi)

3.3 Polimer Berdasarkan Proses Pembentukannya

Reaksi pembentukan polimer dinamakan polimerisasi, jadi reaksi polimerisasi adalah reaksi penggabungan molekul-molekul kecil (monomer) membentuk molekul yang besar (polimer). Ada dua jenis polimerisasi, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.

3.3.1. Polimer adisi

Reaksi adisi adalah reaksi pemecahan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal sehingga ada atom yang bertambah di dalam senyawa yang terbentuk. Jadi, polimerisasi adisi adalah reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer yang berikatan rangkap (ikatan tak jenuh). Pada reaksi ini monomer membuka ikatan rangkapnya lalu berikatan dengan monomer lain sehingga menghasilkan polimer yang berikatan tunggal (ikatan jenuh). Artinya, monomer pembentuk polimer adisi adalah senyawa yang ikatan karbon berikatan rangkap seperti alkena, sterina, dan haloalkena. Polimer adisi ini biasanya identik dengan plastik, karena hampir semua plastik dibuat dengan polimerisasi adisi. Misalnya polietena, polipropena, polivinil klorida, teflon dan poliisoprena.

        

Tabel 3. Contoh Polimer Adisi^[4]

No.	Nama polimer	Kegunaan
1.	Polietilena	Tas plastik, botol, mainan, isolasi listrik
2.	Polipropilena	Karpet plastik, botol
3.	Polistirena	Pernis kayu, styrofoam, isolasi plastik, gelas plastik, mainan, bahan pengepakkan
4.	Polivinil klorida	Pipa, genteng plastik
5.	Polivinil dienklorida	Plastik wrap
6.	Politetraetilena (teflon)	Alat masak, isolasi listrik (penutup kabel)
7.	Poliakrilonitril	Wig (rambut palsu), cat, benang
8.	Polivinilasetat	Tekstil, gumresin, cat
9.	Polimetilmetakrilat	Bahan pembuat gelas, pembuat bola bowling

3.3.2. Polimer Kondensasi

Kondensasi merupakan reaksi penggabungan gugus-gugus fungsi antara kedua monomernya. Artinya, polimerisasi kondensasi adalah reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomer yang mempunyai dua gugus fungsi. Misalnya, senyawa polipeptida atau protein dan polisakarida merupakan senyawa biomolekul yang dibentuk oleh reaksi polimerisasi kondensasi. Berikut beberapa contoh pembentukan polimerisasi kondensasi :

·         Pembentukan nilon

Nilon merupakan suatu polimer yang ditemukan oleh Wallace Hume Carothers di tahun 1934 sewaktu bekerja di perusahaan Du Pont. Polimer nilon dibentuk dari monomer asam 6-aminoheksanoat (HOOCCH₂(CH₂)₃CH₂NH₂). Dalam polimerisasi ini, gugus karboksil dari monomer berikatan dengan gugus amino dari monomer tersebut. Adapun nilon-66 dibentuk dengan heteropolimer (monomernya beragam), yaitu antara heksametilena diamina, (1,6-heksana diamin) dengan asam adipat (asam 1,6-heksanadioat). Pada heteropolimer (kopolimer) setiap 2 monomer yang berlainan bersatu akan dihasilkan 2 molekul air.

·         Pembentukan polyester (polietilena tereftalat) atau dakron

Sama halnya pada nilon-66, polyester dakron dibentuk oleh 2 polimer berlainan, yaitu dari etilena glikol (polialkohol) dengan dimetil tereftalat (senyawa ester). Polimerisasi kondensasi akan menghasilkan molekul kecil air dan monomernya mempunyai gugus fungsi pada kedua ujung rantainya[4].

3.4. Polimer Berdasarkan Sifat Termal

Berdasarkan sifat termalnya, polimer dibagi menjadi 2 yaitu termoplastik dan termoset. Diagram pembagian jenis-jenis polimer adalah pada Gambar 2.10.

Gambar 5. Kalsifikasi Polimer berdasarkan sifat termal^[2]

3.4.1. Termoplastik

Termoplastik, yaitu polimer yang bisa mencair dan melunak. Hal ini disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut. Bahan-bahan yang bersifat termoplastik mudah untuk diolah kembali karena setiap kali dipanaskan, bahan-bahan tersebut dapat dituangkan ke dalam cetakan yang berbeda untuk membuat produk plastik yang baru. Polietilen (PE) dan polivinilklorida (PVC) merupakan contoh jenis polimer ini[1]. 

Gambar 6. Bentuk struktur termoplastik^[7]

Gambar 7. Bentuk struktur bercabang termoplastik^[7]

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[7].

Tabel 4. Contoh Polimer Termoplastik^[7]

No.	Contoh Polimer Termoplastik	Aplikasi
1.	Polietilena (PE)	Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan
2.	Polivinilklorida (PVC)	Pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan botol detergen
3.	Polipropena (PP)	karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil, dan permadani
4.	Polistirena	Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju

3.4.2. Termoset

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.

Polimer 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[7].

Gambar 8. Bentuk struktur ikatan silang sebagai berikut^[7]

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[7].

Tabel 5. Contoh Polimer Termoset^[5]

No.	Tipe	Singkatan	Kegunaan
1.	Fenol-formaldehida	PF	Alat listrik dan elektronik, bagian mobil, perekat plywood, utensil handle
2.	Urea-formaldehida	UF	Alat listrik dan elektronik, bagian mobil, perekat plywood, utensil handle, dan bahan pelapis
3.	Poliester tak jenuh	-	Konstruksi, bagian - bagian mobil, lambung kapal,aksesoris kapal, saluran anti korosi, pipa, tangki dan lain-lain, peralatan bisnis
4.	Epoksi	-	Bahan pelapis protektif, perekat, aplikasi-aplikasi listrik dan elektronik, bahan lantai industri, bahan pengaspal jalan raya, bahan paduan (komposit)
5.	Melamin-formaldehida	MF	Alat listrik dan elektronik, bagian mobil, perekat plywood, utensil handle, bahan pelapis, bingkai dekoratif, tutup meja, perkakas makanan.

4. Pembentukan Polimer

Proses pembentukan rantai molekul raksasa polimer dari unit-unit molekul terkecilnya (mer atau meros) melibatkan reaksi yang kompleks. Proses polimerisasi tersebut yang secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua jenis reaksi, yaitu polimerisasi adisi (Addition), dan polimerisasi kondensasi (Condensation)[6]. 

Gambar 9. Jenis Reaksi Pembentukan Polimer^[6]

         4.1. Reaksi Adisi

Reaksi adisi seperti yang terjadi pada proses pembentukan makro molekul polyethylene dari molekul-molekul ethylene, berlangsung secara cepat tanpa produk samping (by-product) sehingga sering disebut pula sebagai Pertumbuhan Rantai  (Chain Growth). Contoh polimerisasi dengan reaksi adisi adalah proses pembentukan Polyethylene (PE).

Proses pembentukan polimer berlangsung dalam 3 tahap, yaitu :

(1) inisiasi,

(2) adisi atau pertumbuhan rantai, dan

(3) terminasi. 

Untuk memulai proses polimerisasi ethylene, ditambahkan H2O2 sehingga terjadi pemutusan ikatan kovalen antar oksigen dalam molekul Hidrogen Peroksida dan ikatan kovalen antar karbon dalam molekul Ethylene. Polimerisasi dimulai dengan terbentuknya dua kelompok inisiator (OH) dan mer.  Satu dari dua kelompok OH selanjutnya akan bergabung dengan mer ethylene mengawali terbentuknya rantai molekul polimer. Selanjutnya akan terjadi pertumbuhan rantai yang berlangsung sangat cepat membentuk rantai molekul raksasa linear. Terminasi dari pertumbuhan rantai dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

(1) dengan bergabungnya OH ke ujung rantai molekul, dan

(2) bergabungnya dua rantai molekul.

Panjang dari rantai polimer dapat dikendalikan dengan cara mengendalikan jumlah inisiator.  Secara, umum, jika jumlah inisiator yang diberikan sedikit, maka jumlah OH yang tersedia untuk menghentikan reaksi semakin sedikit pula. Perlu dicatat bahwa di reaksi adisi ini tidak menghasilkan produk sampingan[6]. Adapun sebagai contoh proses adisi adalah polyethylene dan reaksi pembentukannya digambarkan pada gambar 10 di bawah ini.

Gambar 10. Proses Pembentukan Polyethylene^[6]

  

4.2. Reaksi Kondensasi

Polimerisasi kondensasi, seperti yang misalnya pada pembentukan bakelit dari dua buah mer berbeda, berlangsung tahap demi tahap (Step Growth) dengan menghasilkan produk samping, misalnya molekul air yang dikondensasikan keluar.

    

Contoh dari polimerasi kondensasi adalah proses pembentukan Bakelit yang telah kita kenal sebelumnya. Nama kondensasi diberikan karena pada proses polimerisasi ini dikondensasikan molekul air sebagai produk sampingan (by product)-nya.  Bakelit, produk utama dari reaksi ini, terbentuk dari dua jenis molekul mer, yaitu Phenol dan Formal Dehide.  Tidak seperti halnya pada polimerisasi adisi, reaksi berlangsung lebih lambat, tahap demi tahap, sehingga sering pula disebutsebagai reaksi pertumbuhan tahap demi tahap (step growth reaction). Rantai molekul yang terbentuk dalam proses polimerisasi bakelit ini lebih rigid, karena membentuk jejaring tiga dimensi  (three dimensional network) yang kompleks[6]. Untuk proses kondensasi contohnya adalah polyethylene dan reaksi pembentukannya digambarkan pada gambar 11.

Gambar 11. Proses Pembentukan Bakelite^[6]

REFERENSI

[1] Dra. Utiya Azizah, M.Pd. 2004. Polimer. Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar Dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional 2004.

[2] Rahmat Saptono. 2008. Pengetahuan Bahan-Polimer. Departemen Metalurgi dan Material FTUI.

[3] Malcolm, P.S., 2001. Polymer Chemistry : An Introduction, diindonesiakan oleh Lis Sopyan, cetakan pertama, PT Pradnya Paramita : Jakarta.

[4]  Anonim. 2008. Pengelompokkan dan Kegunaan Polimer.

[5]  Anonim. 2008. Ilmu Material : Kimia Polimer.

[6] Odian, G. 1991. Principles of Polymerization. 3^rd edition, John Wiley & Sons, Inc : New York.

[7]  http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimiapolimer/klasifikasi-polimer/polimer termoplastik-dan-termosetting/ diakses pada tanggal 8 Desember 2010 pada pukul 09.24 WIB