Pengaruh Unsur Paduan

Pengaruh unsur paduan pada Microstructure Steel

Ini adalah tradisi lama untuk mendiskusikan berbagai elemen paduan dalam hal properti mereka menganugerahkan pada baja. Sebagai contoh, aturan adalah bahwa Kromium (Cr) membuat baja keras sedangkan Nikel (Ni) dan Mangan (Mn) membuat itu sulit. Dalam mengatakan hal ini, orang harus beberapa jenis baja dalam pikiran dan mentransfer sifat baja khusus kepada elemen paduan yang dianggap memiliki pengaruh terbesar pada baja yang sedang dipertimbangkan. Metode penalaran ini dapat memberikan kesan palsu dan contoh-contoh berikut akan menggambarkan hal ini.
Ketika kita mengatakan bahwa Kr membuat baja keras dan memakai-mungkin kita menolak mengaitkan hal ini dengan 2% C, 12% Cr alat kelas baja, yang pada kenyataannya tidak pengerasan menjadi sangat keras dan sulit mengenakan. Tapi jika, di sisi lain, kita memilih baja mengandung 0,10% C dan 12% Cr, kekerasan pada pengerasan diperoleh sangat sederhana.
Memang benar bahwa baja Mn meningkatkan ketangguhan jika kita ada dalam pikiran yang 13% mangan baja, yang disebut Hadfield baja. Dalam konsentrasi antara l% dan 5%, namun, Mn dapat menghasilkan efek variabel pada sifat-sifat itu baja paduan dengan. Ketangguhan mungkin baik meningkat atau menurun.
Sebuah properti yang sangat penting adalah kemampuan unsur-unsur paduan untuk mempromosikan pembentukan fasa tertentu atau untuk menstabilkan itu. Unsur-unsur ini dikelompokkan sebagai pembentuk austenit, ferit-membentuk, karbida-membentuk dan nitrida-elemen pembentukan.

Unsur pembentuk austenit

Unsur-unsur C, Ni dan Mn adalah yang paling penting dalam kelompok ini. Jumlah cukup besar atau Mn Ni membuat austenitik baja bahkan pada suhu kamar. Contoh dari hal ini adalah apa yang disebut Hadfield baja yang mengandung 13% Mn, 1,2% Cr dan l% C. Dalam hal ini baik baja Mn dan C mengambil bagian dalam menstabilkan austenit. Contoh lain adalah stainless steel austenitik mengandung 18% Cr dan 8% Ni.
Diagram kesetimbangan besi-nikel, Gambar 1, menunjukkan bagaimana rentang stabilitas austenit meningkat dengan meningkatnya Ni-konten.




1. Fe-Ni diagram kesetimbangan
Paduan yang mengandung 10% Ni menjadi sepenuhnya austenitik jika dipanaskan sampai 700 ° C. Pada pendinginan, transformasi dari g untuk yang terjadi dalam rentang temperatur 700-300 ° C.

Unsur-unsur pembentuk ferit

Unsur yang paling penting dalam kelompok ini adalah Cr, Si, Mo, W dan Al. Rentang stabilitas ferit dalam paduan besi-kromium ditunjukkan pada Gambar 2. Fe-Cr paduan dalam keadaan padat berisi lebih dari 13% Cr adalah feritik sama sekali baru jadi suhu hingga meleleh. Feritik contoh lain dari baja adalah salah satu yang digunakan sebagai bahan lembar trafo. This is a low-carbon steel containing about 3% Si . Ini adalah baja karbon rendah mengandung sekitar 3% Si.




Gambar 2. Cr-Fe diagram kesetimbangan

Multi-paduan baja

Sebagian besar baja berisi minimal tiga komponen. Konstitusi baja tersebut dapat disimpulkan dari diagram fasa terner (3 komponen). Interpretasi diagram tersebut relatif sulit dan mereka nilai terbatas kepada orang-orang yang berhubungan dengan perawatan panas praktis karena mereka hanya mewakili kondisi kesetimbangan. Lebih jauh lagi, karena kebanyakan paduan mengandung lebih dari tiga komponen itu perlu untuk mencari cara lain untuk menilai efek dihasilkan oleh paduan elemen pada transformasi struktural yang terjadi selama perlakuan panas.
Salah satu pendekatan yang cukup baik adalah penggunaan Schaeffler diagram (lihat Gambar 3). Pembentuk austenit ditetapkan di sepanjang ordinat dan pembentuk ferit sepanjang absis. Diagram asli hanya berisi Ni dan Cr tetapi yang dimodifikasi diagram mencakup unsur-unsur lain dan memberikan mereka koefisien yang mengurangi mereka ke setara Ni atau Cr masing-masing. Diagram berlaku untuk tingkat pendinginan yang hasil dari pengelasan.




Gambar 3. Diubah Schaeffler Diagram
12% Cr baja yang mengandung 0,3% C adalah martensit, yang 0,3% C memberikan baja nikel setara dengan 9. Sebuah 18 / 8 baja (18% Cr, 8% Ni) adalah austenitik jika mengandung 0-0,5% C dan 2% Mn. Ni isi dari baja seperti biasanya disimpan antara 9% dan 10%.
Hadfield baja dengan 13% Mn (disebutkan di atas) adalah austenitik karena kandungan karbon yang tinggi. Hal ini harus dikurangi menjadi sekitar 0,20% menjadi martensit baja.

Unsur-unsur pembentuk karbida

Beberapa pembentuk ferit juga berfungsi sebagai pembentuk karbida. Mayoritas juga pembentuk karbida pembentuk ferit sehubungan dengan Fe. Kedekatan dari unsur-unsur dalam baris di bawah ini untuk karbon meningkat dari kiri ke kanan.
Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr. Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr.
Beberapa karbida mungkin akan disebut sebagai karbida khusus, yaitu non-besi karbida mengandung, seperti Cr7C3 W2C, VC, Mo2C. Ganda atau kompleks karbida mengandung Fe dan unsur pembentuk karbida, misalnya Fe4W2C.
Berkecepatan tinggi dan hot-alat kerja baja biasanya mengandung tiga jenis karbida, yang biasanya ditujukan M6C, M23C6 dan MC. Huruf M mewakili kolektif semua atom logam. Jadi Fe4W2C atau M6C mewakili Fe4Mo2C; M23C6 mewakili mewakili Cr23C6 dan MC VC atau V4C3.

Carbide stabilizer

Stabilitas karbida tergantung pada kehadiran elemen lain dalam baja. Bagaimana karbida yang stabil tergantung pada bagaimana elemen dipartisi antara sementit dan matriks. Rasio persentase, menurut beratnya, dari unsur yang terkandung dalam masing-masing dari kedua tahap disebut koefisien partisi K.
Perhatikan bahwa Mn, yang dengan sendirinya adalah mantan karbida sangat lemah, adalah relatif kuat penstabil karbida. Dalam prakteknya, Cr adalah elemen paduan paling sering digunakan sebagai penstabil karbida.
Malleable cast iron (yaitu besi cor putih yang dianggap lunak oleh perlakuan panas graphitizing disebut malleablizing) harus tidak mengandung Cr. Baja yang hanya berisi Si atau Ni rentan terhadap grafitisasi, tapi ini paling hanya dicegah oleh paduan dengan Cr.

Unsur-unsur pembentuk nitrida

Semua pembentuk karbida juga nitrida pembentuk. Nitrogen dapat diperkenalkan ke dalam permukaan baja oleh nitriding.
Dengan mengukur kekerasan baja paduan berbagai Nitrided adalah mungkin untuk menyelidiki kecenderungan dari berbagai elemen paduan untuk membentuk nitrida sulit atau untuk meningkatkan kekerasan baja oleh suatu mekanisme yang dikenal sebagai pengerasan presipitasi.
Hasil yang diperoleh oleh penyelidikan seperti ditunjukkan dalam Gambar 4, dari yang dapat dilihat bahwa hasil hardnesses sangat tinggi dari baja paduan dengan Al atau Ti dalam jumlah sekitar 1,5%.




Gambar 4. Efek dari penambahan unsur paduan pada kekerasan setelah nitriding komposisi: 0,25% C, 0,30% Si, 0,70% Mn 0,25% C, 0,30% Si, 0,70% Mn
Pada nitriding bahan dasar dalam Gambar 4, kekerasan sekitar 400 HV diperoleh dan menurut diagram kekerasan tidak berubah jika baja paduan dengan unsur Ni karena ini bukan merupakan mantan nitrida dan karenanya tidak memberikan sumbangan terhadap kekerasan pun meningkat.

POLIMER

Polimer
Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata-rata ukuran molekul dan jumlah rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).
Untuk aplikasi yang lebih luas, polimer dapat dibedakan antara polimer termoplastik, polimer termoset dan polimer elastomer. Beberapa contoh polimer termoplastik antara lain adalah PTFE (teflon), Polyethylene Terephthalate (soda bottles), High-Density Polyethylene (Dish Soap Bottles, Milk Jugs), Polyvinyl Chloride (Plumbing, Shampoo Bottles), Low-Density Polyethylene (Film, Stretch Wrap), Polypropylene (Pediatric Containers), Polystyrenes (Plastic Plates, Styrofoam) dan Composite (Milk Cartons). Sementara itu, beberapa polimer termoset antara lain adalah Phenolic (Cookware, Knobs, dan Handles), Urea-Formaldehyde (Bottle Caps, Electrical Fittings), Epoxies (Surface Coatings, Composites) dan SBR Rubbers (ban). Sedangkan polimer elastomer dapat berupa termoset (membutuhkan vulkanisasi) maupun berupa termoplastik. Beberapa contoh polimer elastomer antara lain adalah karet tak saturasi (unsaturated) seperti karet alam, polyisoprene, polybutadine, maupun karet chloroprene.
Karet merupakan jenis polimer linier, banyak digunakan sebagai ban. Betapa pentingnya ban untuk mobil maupun pesawat terbang, maka pemprosesan karet dan polimerisasinya (penambahan dan kondensasi) harus melalui standar yang tinggi. Sejalan dengan perkembangan otomotif yang sangat pesat, kebutuhan ban pun semakin meningkat.Terutama, bagi kendaraan yang tingkat mobilitasnya tinggi, seperti tranportasi umum, penggantian ban kendaraan terasa cepat. Pada sisi lain harga ban baru relatif mahal, untuk ban mobil sekisar Rp 310.000,00 hingga Rp 2.500.000,00. Untuk kendaraan darat seperti mobil dan motor, kiranya masih layak jika menggunakan ban vulkanisir (retreading tyres) yang lebih murah asalkan berkualitas baik.
Dengan peralatan pembuatan yang modern ban vulkanisir cukup stabil digunakan, aman, dan kualitasnya terjamin. Sementara itu, dari sisi lingkungan karena ban vulkanisir bukan merupakan polimer yang degradable (dapat terurai) tetapi merupakan komoditas green product (menghijaukan lingkungan), sehingga bisa menekan limbah dan menyelamatkan kerusakan pada lingkungan. Tetapi apa jadinya jika pesawat terbang menggunakan ban vulkanisir?
Masih ingatkah kita pada kasus Sriwijaya Air, tahun lalu (Kompas, 27 Januari 2006), dimana kembang vulkanisir ban depan pesawat diketahui lepas oleh petugas menara pengawas lalu lintas udara (air traffic control) di Bandara Pangkal Pinang. Vulkanisir ban tersebut lepas saat pesawat lepas landas. Luar biasa! Bagaimana dengan kecelakaan Garuda awal tahun 2007?

2.1 KONSEP DASAR ILMU POLIMER

MAKROMOLEKUL adalah molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit seribu atom terikat bersama oleh ikatan kovalen. Makromolekul ini mungkin rantai linear, bercabang, atau jaringan tiga dimensi.
Makromolekul dibagi atas dua material yaitu

1. Material biologis (makromolekul alam)
Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes

2. Material non biologis (makromolekul sintetik)
Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik

Material biologis dapat menunjang tersediaanya pangan dan dibahas dalam biokimia sedang material non biologis mencakup bahan sintetik. Banyak makromolekul sintetik memiliki struktur yang relatif sederhana, karena mereka terdiri dari unit ulangan yang identik (unit struktural). Inilah sebabnya mereka disebut polimer.
Polimer sangat penting karena dapat menunjang tersedianya pangan, sandang, transportasi dan komunikasi (serat optik). Saat ini polimer telah berkembang pesat. Berdasarkan kegunaannya polimer digolongkan atas :

a. Polimer komersial (commodity polymers)
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari.
Kegunaan sehari-hari dari polimer ini ditunjukkan dalam tabel 1.1
Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid
Tabel 1.1 Contoh dan kegunaan polimer komersial

Polimer komersial Kegunaan atau manfaat
Polietilena massa jenis rendah(LDPE)

Polietilena massa jenis rendah(HDPE)

Polipropilena (PP)

Poli(vinil klorida) (PVC)


Polistirena (PS)
Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapis

Botol, drum, pipa, saluran, lembaran, film, isolasi kawat dan kabel

Tali, anyaman, karpet, film

Bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantaui, isolasi kawat dan kabel

Bahan pengemas (busa), perabotan rumah, barang mainan


b. Polimer teknik (engineering polymers)
Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi

Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, poliester
c. Polimer fungsional (functional polymers)
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil

Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer

2.1.1 Definisi Dan Tata Nama (Nomenklatur)

 Definisi
 Polimer
Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.
 Monomer
Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena (lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air

Reaksi :
Monomer polimer



Unit ulangan dapat memiliki struktur linear atau bercabang. Unit ulangan bercabang dapat membentuk polimer jaringan tiga dimensi. Tabel 1.2 menunjukkan beberapa contoh polimer, monomer, dan unit ulangannya.

Tabel 1.2 Polimer, monomer, dan unit ulangannya

Polimer Monomer
unit ulangan

Polietilena CH2 = CH2
- CH2CH2 –

poli(vinil klorida) CH2 = CHCl
- CH2CHCl –

Poliisobutilena

Polistirena


Polimer Monomer unit ulangan


Polikaprolaktam (nylon-6)


Poliisoprena (karet alam)



 Tata Nama (Nomenklatur)
Jumlah yang sangat besar dari struktur polimer menuntut adanya sistem tata nama yang masuk akal. Berikut ini adalah aturan pemberian nama polimer vinil yang didasarkan atas nama monomer (nama sumber atau umum), taktisitas dan isomer :
 Nama monomer satu kata :
Ditandai dengan melekatkan awalan poli pada nama monomer
Contoh :

Polistirena




polietilena

Politetrafluoroetilena
(teflon, merk dari du Pont)

 Nama monomer lebih dari satu kata atau didahului sebuah huruf atau angka
Nama monomer diletakkan dalam kurung diawali poli
Contoh :
Poli(asam akrilat)

Poli(-metil stirena)

Poli(1-pentena)


 Untuk taktisitas polimer
- diawali huruf i untuk isotaktik atau s (sindiotaktik) sebelum poli
Contoh : i-polistirena (polimer polistirena dengan taktisitas isotaktik)

 Untuk isomer struktural dan geometrik
- Ditunjukkan dengan menggunakan awalan cis atau trans dan 1,2- atau 1,4- sebelum poli
Contoh : trans-1,4-poli(1,3-butadiena)

IUPAC merekomendasikan nama polimer diturunkan dari struktur unit dasar, atau unit ulang konstitusi (CRU singkatan dari constitutional repeating unit) melalui tahapan sebagai berikut :
1. Pengidentifikasian unit struktural terkecil (CRU)
2. Sub unit CRU ditetapkan prioritasnya berdasarkan titik pengikatan dan ditulis prioritasnya menurun dari kiri ke kanan (lihat penulisan nama polistirena)


3. Substituen-substituen diberi nomor dari kiri ke kanan
4. Nama CRU diletakkan dalam kurung biasa (atau kurung siku dan kurung biasa kalau perlu), dan diawali dengan poli

Tabel 1.3 Contoh pemberian beberapa nama polimer menurut sumber monomernya dan IUPAC

Nama Sumber Nama IUPAC
Polietilena
Politetrafluoroetilena
Polistirena
Poli(asam akrilat)
Poli(-metilstirena)
Poli(1-pentena) Poli(metilena)
Poli(difluorometilena)
Poli(1-feniletilena)
Poli(1-karboksilatoetilena)
Poli(1-metil-1-feniletilena)
Poli[1-(1-propil)etilena]
Untuk tata nama polimer non vinil seperti polimer kondensasi umumnya lebih rumit darpada polimer vinil. Polimer polimer ini biasanya dinamai sesuai dengan monomer mula-mula atau gugus fungsional dari unit ulangan.

Contoh : nylon, umumnya disebut nylon-6,6 (66 atau 6/6), lebih deskriptif disebut poli(heksametilen adipamida) yang menunjukkan poliamidasi heksametilendiamin (disebut juga 1,6-heksan diamin) dengan asam adipat. Lihat gambar berikut


Mengikuti rekomendasi IUPAC, kopolimer (polimer yang diturunkan dari lebih satu jenis monomer) dinamai dengan cara menggabungkan istilah konektif yang ditulis miring antara nama nama monomer yang dimasukkan dalam kurung atau antara dua atau lebih nama polimer. Istilah konektif menandai jenis kopolimer sebagaimana enam kelas kopolimer yang ditunjukkan dalam tabel 1.4 berikut

Tabel 1.4 Berbagai jenis kopolimer
Jenis kopolimer Konektif Contoh
Tak dikhususkan -co- Poli[stirena-co-(metil metakrilat)]
Statistik -stat- Poli(stirena-stat-butadiena)
Random/acak -ran- Poli[etilen-ran-(vinil asetat)]
Alternating (bergantian) -alt- Poli(stirena-alt-(maleat anhidrida)]
Blok -blok- Polistirena-blok-polibutadiena
Graft (cangkok/tempel) -graft- Polibutadiena-graft-polistirena

2.1.2 Proses Polimerisasi
Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil (H2O, NH3).
Contoh :
Alkohol + asam ester + air

HOCH2CH2OH + + H2O


Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi monomer.
Contoh :


2.1.3 Klasifikasi Polimer

Polimer dapat diklasifikasikan atas dasar asalnya (sumbernya), dan strukturnya.
a. Asal atau sumbernya
1. Polimer Alam :
 tumbuhan : karet alam, selulosa
 hewan : wool, sutera
 mineral
2. Polimer Sintetik :
 hasil polimerisasi kondensasi
 hasil polimerisasi adisi

b. Struktur
Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas :


1. Polimer linear
Polimer linear terdiri dari rantai panjang atom-atom skeletal yang dapat mengikat gugus substituen. Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut, dan dalam keadaan padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).

Rantai utama linear
Contoh :
Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66

2. Polimer bercabang
Polimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama. Struktur polimer bercabang diilustrasikan sebagai berikut
Rantai utama
(terdiri dari atom-atom skeletal)

3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)
Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).
Ikatan kimia



Polimer linear dan bercabang memiliki sifat :
1. Lentur
2. Berat Molekul relatif kecil
3. Termoplastik

2.1.4 Kopolimer
Kopolimer adalah suatu polimer yang dibuat dari dua atau lebih monomer yang berlainan. Berikut ini adalah jenis jenis kopolimer yang terbentuk dari monomer pertama (A) dan monomer ke dua (B).

Jenis kopolimer :
1. Kopolimer blok
Kopolimer blok mengandung blok dari satu monomer yang dihubungkan dengan blok monomer yang lain. Kopolimer blok biasanya terbentuk melalui proses polimerisasi ionik. Untuk polimer ini, dua sifat fisik yang khas yang dimiliki dua homopolimer tetap terjaga.

-A-A-A-A-A----------B-B-B-B-B-
Poli(A-b-B)

2. Kopolimer graft (tempel/cangkok)
Kopolimer graft biasanya dibuat dengan mengikatkan bersama dua polimer yang berbeda. Untuk contoh, homopolimer yang diturunkan dari monomer A dapat diinduksi untuk bereaksi dengan homopolimer yang diturunkan dari monomer B untuk menghasilkan kopolimer graft, yang ditunjukkan pada gambar berikut





Poli(A-g-B)





Perkembangan selanjutnya ada yang berbentuk kopolimer sisir (comb copolymer) dan bintang (star copolymer).

3. Kopolimer bergantian (alternating)
Kopolimer yang teratur yang mengandung sequensial (deretan) bergantian dua unit monomer. Polimerisasi olefin yang terjadi lewat mekanisme jenis ionik dapat menghasilkan kopolimer jenis ini.
Poli(A-alt-B)
4. Kopolimer Acak
Dalam kopolimer acak, tidak ada sequensial yang teratur. Kopolimer acak sering terbentuk jika jenis monomer olefin mengalami kopolimerisasi lewat proses jenis radikal bebas. Sifat kopolimer acak sungguh berbeda dari homopolimernya.

poli(A-co-B)

2.2 BERAT MOLEKULAR DAN DISTRIBUSI BERAT MOLEKULAR

Berat molekular polimer merupakan salah satu sifat yang khas bagi polimer yang penting untuk ditentukan. Berat molekular (BM) polimer merupakan harga rata-rata dan jenisnya beragam yang akan dijelaskan kemudian. Dengan mengetahui BM kita dapat memetik beberapa manfaat.

2.2.1 Manfaat berat molekular rata-rata polimer
 Menentukan aplikasi polimer tersebut
 Sebagai indikator dalam sintesa dan proses pembuatan produk polimer
 Studi kinetika reaksi polimerisasi
 Studi ketahanan produk polimer dan efek cuaca terhadap kualitas produk
2.2.2 Sifat dan konsep Berat Molekular polimer
Hal yang membedakan polimer dengan spesies berat molekul rendah adalah adanya distribusi panjang rantai dan untuk itu derajat polimerisasi dan berat molekular dalam semua polimer yang diketahui juga terdistribusi (kecuali beberapa makromolekul biologis). Distribusi ini dapat digambarkan dengan Mem”plot” berat polimer (BM diberikan) lawan BM, seperti terlihat pada gambar 1.1.
Panjang rantai polimer ditentukan oleh jumlah unit ulangan dalam rantai, yang disebut derajat polimerisasi (DPn). Berat molekular polimer adalah hasil kali berat molekul unit ulangan dan DPn.


Mn = berat molekul rata-rata polimer
M0 = berat molekul unit ulangan ( sama dengan berat molekul monomer)
DP = derajat polimerisasi

Contoh : polimer poli(vinil klorida), PVC memiliki DP = 1000 maka berat molekulnya (Mn) adalah

Mn = DP x M0 M0 (– CH2CHCl - ) = 63, DP = 1000
Mn = 63 x 1000
= 63000.



Rata-rata jumlah,

Jumlah Rata-rata berat,
polimer

Berat molekular
Gambar 1.1 Distribusi berat molekular dari suatu jenis polimer
Karena adanya distribusi dalam sampel polimer, pengukuran eksperimental berat molekular dapat memberikan hanya harga rata-rata. Beberapa rata-rata yang berlainan adalah penting. Untuk contoh, beberapa metoda pengukuran berat molekular perlu perhitungan jumlah molekul dalam massa material yang diketahui. Melalui pengetahuan bilangan Avogadro, informasi ini membimbing ke berat molekul rata-rata jumlah sampel. Untuk polimer sejenis, rata-rata jumlah terletak dekat puncak kurva distribusi berat atau berat molekul paling boleh jadi (the most probable molecular weight). Jika sampel mengandung Ni molekul jenis ke i, untuk jumlah total molekul dan setiap jenis molekul ke i memiliki massa mi, maka massa total semua molekul adalah . Massa molekular rata-rata jumlah adalah

(1-1)

dan perkalian dengan bilangan bilangan Avogadro memberikan berat molekul rata-rata jumlah (berat mol) :

(1-2)

Berat molekular rata-rata jumlah dari polimer komersial biasanya terletak dalam kisaran 10000 – 100000. Setelah berat molekular rata-rata jumlah , berat molekular rata-rata berat . Besaran ini didefinisikan sebagai berikut

(1-3)
Seharusnya dicatat bahwa setiap molekul menyumbang kepada yang sebanding dengan kuadrat massanya. Besaran yang sebanding dengan pangkat pertama dari M mengukur hanya konsentrasi dan bukan berat molekularnya. Dalam istilah konsentrasi ci = Ni Mi dan fraksi berat wi = ci/c, dimana ,

(1-4)

Karena molekul yang lebih berat menyumbang lebih besar kepada daripada yang ringan, selalu lebih besar daripada , kecuali untuk polimer monodispers hipotetik. Harga terpengaruh sekali oleh adanya spesies berat molekul tinggi, sedangkan dipengaruhi oleh spesies pada ujung rendah dari kurva distribusi BM .
Besaran indeks dispersitas, adalah ukuran yang bermanfaat dari lebarnya kurva distribusi berat molekular dan merupakan parameter yang sering digunakan untuk menggambarkan situasi (lebar kurva distribusi) ini. Kisaran harga dalam polimer sintetik sungguh besar, sebagaimana diilustrasikan dalam tabel 1.5.

Tabel 1.5 Kisaran indeks polidispersitas (I) berbagai macam polimer
Polimer Kisaran I
Polimer monodispers hipotetik
Polimer “living” monodispers nyata
Polimer adisi, terminasi secara coupling
Polimer adisi, terminasi secara disproporsionasi, atau polimer kondensasi

Polimer vinil konversi tinggi

Polimer yang dibuat dengan autoakselerasi
Polimer adisi yang dibuat melalui polimerisasi koordinasi
Polimer bercabang 1,00
1,01 – 1,05
1,5
2,0

2 – 5
5 – 10
8 – 30
20 - 50

Pada umumnya berlaku hal berikut :

 Bila distribusinya sempit maka
 Bila distribusinya lebar maka
 Indeks dispersitas (I)


2.2.3 Penentuan Berat molekular rata-rata
Berat molekular polimer dapat ditentukan dengan berbagai metoda. Metoda ini dapat disebutkan sebagai berikut :
 Analisis gugus fungsional secara fisik atau kimia
 Pengukuran sifat koligatif
 Hamburan cahaya
 Ultrasentrifugasi
 Pengukuran viskositas larutan encer
 Gel Permeation chromatography

KESIMPULAN

Polimer didefinisikan sebagai substansi yang terdiri dari molekul-molekul yang menyertakan rangkaian satu atau lebih dari satu unit monomer. Manusia sudah berabad-abad menggunakan polimer dalam bentuk minyak, aspal, damar, dan permen karet. Tapi industri polimer modern baru mulai berkembang pada masa revolusi industri. Di akhir 1830-an, Charles Goodyear berhasil memproduksi sebentuk karet alami yang berguna melalui proses yang dikenal sebagai “vulkanisasi”. 40 tahun kemudian, Celluloid (sebentuk plastik keras dari nitrocellulose) berhasil dikomersialisasikan. Adalah diperkenalkannya vinyl, neoprene, polystyrene, dan nilon di tahun 1930-an yang memulai ‘ledakan’ dalam penelitian polimer yang masih berlangsung sampai sekarang.

Sebelum mendiskusikan peranan polimer dalam konstruksi komersial, berikut ini kami sajikan sedikit infromasi mengenasi struktur, tipe, dan sifat-sifat fisik polimer.
Polimer seperti kapas, wol, karet, dan semua plastik digunakan di hampir semua industri. Polimer alami dan sintetik bisa diproduksi dengan beragam kekakuan, kekuatan, ketebalan, dan ketahanan terhadap panas. Elastomer (polimer bersifat elastis) memiliki struktur yang saling bersilangan dan longgar. Struktur rantai bertipe inilah yang menyebabkan elastomer memiliki ingatan. Rata-rata 1 dari 100 molekul saling bersilangan. Saat jumlah rata-rata ikatan saling bersilangan itu meningkat (sekitar 1 dalam 30), material menjadi lebih kaku dan rapuh. Baik karet alami dan sintetis adalah contoh dari elastomer. Di bawah kondisi temperatur dan tekanan tertentu, plastik yang juga termasuk polimer dapat dibentuk atau dicetak. Berbeda dengan elastomer, plastik lebih kaku dan tidak memiliki elastisitas yang dapat dibalik. Selulosa mreupakan salah satu contoh material berpolimer yang harus dimodifikasi secara bertahap sebelum diproses dengan metode yang biasanya digunakan untuk plastik. Beberapa plastik (seperti nilon dan selulosa asetat) dibentuk menjadi fiber. Padatan amorf terbentuk saat rantai memiliki orientasi yang kecil di sepanjang polimer yang besar. Temperatur transisi kaca merupakan titik dimana polimer mengeras menjadi padatan amorf. Istilah ini digunakan sebab padatan amorf punya sifat-sifat yang mirip dengan kaca. Dalam proses kristalisasi, ditemukan bahwa rantai-rantai yang relatif pendek mengorganisir diri mereka sendiri menjadi struktur kristalin lebih cepat daripada molekul yang lebih panjang. Dengan begitu, derajat polimerisasi (DP) merupakan sebuah faktor yang penting dalam menentukan kekristalinan sebuah polimer. Polimer dengan DP yang tinggi sulit diatur menjadi lapisan-lapisan sebab cenderung menjadikusut. Dalam mempelajari polimer dan aplikasinya, penting untuk memahami konsep temperatur transisi kaca, T g. Polimer yang temperaturnya jatuh di bawah T g akan semakin kusut. Sedang polimer yang temperaturnya naik di atas T g akan menjadi lebih mirip dengan karet. Dengan begitu, pengetahuan akan T g merupakan hal yang penting dalam memilih bahan-bahan untuk berbagai aplikasi. Pada umumnya, nilai T g di bawah temperatur ruangan menentukan bidang elastomer sedang nilai T g di atas temperatur ruangan menyebabkan polimer berstruktur kaku. Perilaku ini bisa dipahami dalam hal struktur bahan berkaca yang biasanya dibentuk oleh substansi yang mengandung rantai-rantai yang panjang, jaringan atom-atom yang berhubungan, atau apapun yang memiliki struktur molekul yang komples. Normalnya dalal keadaan cair, bahan-bahan seperti itu memiliki sifat rekat/kekentalan yang tinggi. Saat temperatur berubah menjadi dingin dengan cepat, kristalin berada dalam keadaan lebih stabil sedang pergerakan molekul menjadi terlalu pelan atau geometri terlalu kaku untuk membentuk kristalin. Istilah kaca bersinonim dengan keadaan tak seimbang yang terus-menerus. Sifat polimer lainnya, yang juga sangat tergantung pada temperaturnya, adalah responsnya terhadap gaya—sebagaimana diindikasikan oleh dua tipe perilaku yang utama: elastis dan plastik. Bahan-bahan bersifat elastis akan kembali ke bentuk asalnya begitu gaya tidak ada lagi. Bahan-bahan plastik takkan kembali ke bentuk asalnya. Di dalam bahan plastik berlangsung aliran yang mirip dengan cairan yang sifat rekat/kekentalannya tinggi. Kebanyakan material mendemonstrasikan kombinasi dari perilaku elastis dan plastik, memperlihatkan perilaku plastik setelah melebihi batasan elastis.