Prosiding Pertemuan I/miah Sains Materi /997 /SSN /4/0 -2897

PENGEMBANGAN KAT ALIS MET ALLOCENE DAN MAKNANY ABAGI INDUSTRI PERPLASTIKAN INDONESIA I

( Jo

Agustina

Eliyanti2, Soemadi Agustinus2 daD Titik Hari Ujianti2

ABSTRAKPENGEMBANGAN KATALIS METALLOCENE DAN MAKNANYA BAGI INDUSTRI PERPLASTIKAN

INDONESIA. Pada akhir tahun 1980, ditemukan kataJis polimerisasi MetaJlocene yang mempunyai sifat yang lebih unggul darikataJis Ziegler Natta pada umumnya. Keunggulan katalis Metallocene dari kataJis Ziegler Natta antara lain: Distribusi beratmolekul yang sempit, derajat keteraturan & kristalinitas yang besar, aktifitas yang lebih besar daD aplikasi monomer yang lebihluas. Keunggulan ini memberi dampak pada sifat fisika/mekanika dari polimer yang dihasilkan. Dalam antisipasi menghadapi eraglobaJisasi dimana persaingan menjadi semakin ketat maka penggunaan kataJis metaJlocene menjadi perlu dikaji secara lebihmendalam. Pertimbangan utama yang perlu diperhatikan hila akan menggunakan katalis metaJlocene antara lain adaJah mesinyang digunakan untuk memproduksi barang jadi harus memiliki presisi yang tinggi, selain itu harga kataJis metaJlocenecenderung lebih tinggi. Hal ini dirasakan masih sulit untuk diaplikasikan di Indonesia. Metallocene polyolefin diperkirakan akanmasuk ke Indonesia tahun -2000. Untuk mengantisipasi masuknya bahan tersebut diperlukan permesinan dengan desain yangcanggih daD sangat presisi daJam rangka memproduksi barang-barang plastik berkuaJitas dalam jumlah besar. Kondisi inidiperlukan mengingat persaingan akan semakin besar.

ABSTRACTTHE DEVELOPMENT OF CATALYST METALLOCENE AND ITS ROLE FOR PLASTIC INDUSTRIES IN

INDONESIA. In the last year 1980, Catalyst polymerisation metallocene which has better properties than catalyst Ziegler Nattawas found in general. These properties are the molecular weight is narrower, the degree of periodicity and crystallinity are larger,the activation and application of monomer are larger. This property influence the mechanical and physical properties of thepolymer results. Entering the global market the need of catalyst metallocene becomes more important and has to be investigateddeeply. The main consideration which has to be concerned are the machine to produce the real product has to have a highprecision, besides the price of catalyst metallocene is higher. This is not easy to be applied in Indonesia. Metallocene polyolefinwill enter Indonesia approximately in year 2000. To anticipate the entering of this material we need to design a good machinewith high precision in order to produce qulified plastics in a big scale. This condition is necessary needed cause of the highcompetitive market.

KEY WORDPolymerisation. Catalyst metallocene

PENDAHULUAN

Reaksi polimerisasi monomer menjadi polimerberkembang cukup baik pada pertengahan abad 20yakni sejak diketemukannya daD diaplikasikansecara komersial teknologi proses polimerisasimenggunakan katalis Ziegler-Natta (katalis Z/N),dari monomer etilen/propilen menjadi polietilendaD poIipropilen. Dalam rangka memenuhituntutan konsumen akan semakin besar polimerdibutuhkan dengan kwalitas semakin tinggi pula,maka para ahli terns bernsaha mengembangkansistem katalis Zieger-Natta menjadi lebih tinggiaktivitasnya daD stereo regularitasnya.Pengembangan sistem katalis ini dilakukan olehpernsahaan secara individu atau secara jointventure antara dua atau lebih pernsahaan.Pengembangan sistem katalis Z/N mencapai posisiyang menakjubkan saat ditemukan sistem katalis

High Yield-High Stereoregularity (HY -HS) Series,dimana dapat dihasilkan polimer yang mempunyaistereoregularitas yang tinggi. Situasi ini sangatmenguntungkan yakni antara lain biaya investasi

daD operasi dapat dikurangi.Pada akhir tahun I 980-an, ditemukan sistemkatalis terbaru yakni katalis Metalocene yang baikmemiliki aktifitas daD stereoregularitas jauh lebih

1 Dipresentasikan padaPertem'IP~ llmiah Sains Materi 192 Himpunan Polimer Indonesia ,

dari sistem katalis HY -HS.Sistem katalis ini dapat digunakan untukmemproduksi mLDPE, mHDPE, mPP, EPR daDEPDM dengan sifat lebih unggul dari polimersama yang dihasilkan oleh teknologi lama.Keunggulan-keunggulan tersebut memudahkanpenetrasi pasar. Bagaimana dampak dari mulaidiaplikasikannya sistem katalis Metaloceneterhadap dunia perplastikan di Indonesia?Masalah ini menarik untuk dibicarakan padamakalah ini.

SISTEM KATALIS DALAM PROSES POLI-MERISASI

Sifat polimer dipengaruhi oleh monomer, derajatpolimerisasi daD sistem katalis yang digunakandalam proses polimerisasi. Jenis monomer akanmenentukan sifat polimer yang dihasilkan. Prosespolimerisasi olefin berlangsung secara adisi,katalis yang digunakan umumnya adalah katalisZiegler Natta. Katalis ini merupakan kombinasiantara metal alkyl daD metal halida. Senyawemetal halida antara lain adalah Titanium,Vanadium daD Chloride daD turunan metal alkylseperti Al(C2H5)3, AI(C4H4)3 atau AI(C2H4)2.Dengan sistem katalis seperti ini hanya dapat97

53

irosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

sebagian diganti oleh cyclopentadienyl (Cp) atanturunannya.

dihasilkan 700 gram polipropilena per gramkatalis. Sistem katalis diatas kemudiandikembangkan oleh banyak industri untukmemperoleh aktivitas, stereoregulitas yang lebibtinggi dengan memperhatikan kebutuhan energi,material, peralatan, proses clan biaya. lndustri

Contoh bentuk Netallocene

Katalis Metallocene ini pertama kali ditemukan

olels Breslow, Natta & Shilov pada akhir tahun1950. Katalis ini memperoleh aktifitas yangrendah & cepat terdekatifasi.Mekanisme untuk terbentuknya pusat aktif darikatalis Metallocene adalah sbb :

tersebut antara lain adalah Shell, Hercules,Hoechst, ICI clan Philips Petroleum.Ada 3 generasi perkembangan sistem katalisZiegler Natta, yang dapat dilihat pada tabell

Solvay & Cie (Belgia), Hoechst sertaMitsui menemukan sistem katalis generasi ketigayang mempunyai aktivitas sangat tinggi yangdisebut dengan superactive catalyst (Tabel 1).Katalis tersebut mempunyai aktifitas yang lebibtinggi daTi katalis generasi ke satu clan kedua.Sistim katalis generasi kedua clan ketiga mampumemproduksi berbagai polimer, mulai daTi

homopolimer, kopolimer, high impack copolymer.Hal ini berarti pabrik yang menggunakan keduasistem katalis terakhir mampu melayanipermintaan customer sesuai kebutuhan, sehingga

,," .,CO' ~ ""', L-co c..A' ...,..

1L

a ,",c.n -L""""""""..,f} T-?"~I

~

.;"""c.. il " -=~:

/...~ ,. .../""."-"_0"-,.

~

M -Ti,Zr,HjX =CI, Br, R. OR. NR2 dliCp = Bcrbagai jenis vBriasi

Sinn & Komisky pada tabun 1980 menemukanbahwa katalis metalocene clan aluminoxanesebagai cocatalyst dapat menghasilkan sistimkatalis dengan aktifitas jauh melebihi conventionalkatalis Zigler -Natta.Methy Aluminoxane dibuat dari trim ethyl-amunium yang direaksikan dengan air dengankondisi operasi tertentu.pabrik tersebut mampu menjalankan tailor-made

policy, karena mempunyai fleksibilitas produksiyang tinggi. Pabrik polipropilena milik PT.Trypolita, PT. Politama Propindo daDPERTAMlNA menggunakan sistem katalis

generasi ketiga.

Me

AIMe) + H2O -7-(Al- 0)- Alumoxane:MAO

Ada dua tipe struktur dari Alumoxane

RI

dan +O-AI-*n = 2 -20

KAT ALIS MET ALLOCENER2A4 0 -AI* R

Katalis Metallocene adalah pengembangan darikatalis ziegler Natta dimana unsur halogen yangbiasa ada pada katalis Ziegler Natta (seperti TiCI4)

n = 2 -20R = CH], C2 Hs, CH2 -CH(CH])2

54

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 /SSN /4/0 -2897

Contoh: Aktifitas Katalis Metalocene bis (Cyclo-pentadienyl) Zirconium dichloride de-ngan 100 MAD adalah 40.106 gr PE/grZr.h

dan 4-vinyl cyclohexena. Contoh monomerlain dapat dilihat pacta lampiran I.

Keunggulan ini akan memberi dampak pada sifatfisika/mekanik dari polimer yang dihasilkan.Sebagai contoh sifat film BOPP yang dihasilkandari katalis Metalocene dibandingkan dengankatalis zigler Natta (gambar I).

Kelemahan Aluminoxano adalah

.Tidak stabil (sifat mudah berubah selama

penyimpanan)MAO mengaktitkan metalocene & diikutidengan deaktivasiMemerlukan konsentrasi yang besar

Pengembangan senyawa aktivator lain penggantiXAlluminoxane terns dilakukan clan diantaranyaadalah penggunaan senyawa Bidentate Acids.

R+

Cp2Zr -R + A/ \ACp2Zr + A A

~~ I I

ContohGambar I: Sifat film BOPP; Katalis Metalocene vs

Katalis Ziegler Natta

R2B BR2 F! C, ..' Dari gambar I terlihat bahwa film BOPP"8 B, dihasilkan dengan katalis Metalocene mempunyai/ '( C,F, harga kuat tarik, gloss, H shrinkage, modulus yang

I F~ r" lebih tinggi dari film dari film BOPP yang

C Me. dihasilkan dengan katalis Ziegler Natta.Kelebihan lain katalis baru ini adalah dapat

-menggantikan fungsi katalis yang selama inidipakai pada polimerisasi secara Slurry process,gas-phase process, loopslurry process, lowpressure solution process, maupun high pressure

.process. Katalis metalocene dapat dipakai

Tabel 2. Contoh aktivitas katalis dengan MAO dibanding-kan dengan pengembangan aktivator lain

,"uF!

"'"

Contoh aktivitas katalis dengan MAO dibanding-kan dengan pengembangan aktivator lain dapatdilihat pada label 2.

COC~ICat 1ln101cat

AIR] !Into!AIR..

110101CoCat

Activity1000mo1Zr/h

MADMAOMADCP~'HNMcPh,

5200430043006,35,2

1,06,68,7S,97,S

5,45,55,4S,65,6

-

IAlMeJI AlPr3

AlMeJ

-

1000260

208()

bersama-sama dengan katalis lama dalam suatubentuk kombinasi.Harga katalis metalocene yang relatif lebih mahalmerupakan kelemahan yang dimiliki katalistersebut, tetapi bila dikompensasi denganproduktivitas clan sifat polimer yang dihasilkanteknologi ini tetap mempunyai daya tarik tinggiunto.!k diaplikasikan secara komersial.Aplikasi katalis ini di Amerika Serikat clan Eropa

berkembang dengan cepat.

Keunggulan katalis Metalocene dibandingkankatalis Ziegler Natta :

.Distribusi berat molekul yang sempit Mw/Mn< 2,5 (Narrow Moleculer Weigh Distribution)

.Derajat keteraturan & katalinitas yang lebihbesar (> 80%)

.Aktifitas yang lebih besar (> 106 g polymer/gkat)

.Aplikasi monomer yang lebih luas sepertipropilena, butena, hexena, octena, styrena

55

Prosiding Pertemuan l/miah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

negara kita, sehingga diperkirakan metalocenepolyolefin kurang diminati oleh konsumen,kecuali untuk maksud khusus.

3. Sampai tehun 2003 umumnya industri

poliolefin yang mempunyai program/targetmencapai break even point (titik impas).

Selepas tahun 2003 industri poliolefin yang telahoperasional maupun yang akan didirikan perlumengkaji secara serius mengenai aplikasi katalismetalocene dengan dasar pertimbangan berikut :1. Metalocene polyolefin mempunyai sifat lebih

unggul dari poliolefin biasa bahkan polylefinbarn tersebut mempunyai sifat mendekatisarna dengan engineering plastics.Keunggulan ini cukup menarik untukdicermati terutama ditinjau daTi sisikeberdayaan aplikasi dan keuntunganfinansial. Keuntungan lain bahwa metaloceneelastomer dapat diproduksi dalam bentuk

pellet ( gambar 2).

DSM Elastomers, Leominster, MA, USA telahmengaplikasikan katalis metaloocenes untukmembuat ethylene-propylene elastomer. Sifatmaterial yang dihasilkan mempunyai densitysekitar 0.85 -0.96 Gr/cc. Elastomer ini umumnyadigunakan sebagai komponen untuk komponenkendaraan bennotor daD kabel.Exxon telah menggunakan katalis meta\locene didalam reaktor PP secara komersial daD mensintesahexane propylene random copolimer untukpembuatan film barang cetakan daD fiber grade.Amoco telah mengembangkan preses yang dapatmenghasilkan PP homopolimer yang kekuatanimpactnya sebanding dengan copolimer PP daD PPbased elastomer.DuPont telah menggunakan katalis Meta\loceneuntuk membuat LLDPE dengan density 0.910 sid0.940 Gr/cc daD Plastomer dengan density 0.870sid 0.910 Gr/cc.Bagaimana dampak katalis meta\locene initerhadap bidang perplastikan di negara kita?Tidak mudah untuk menjawabnya secara tepat daD

tegas.

c..+

MAKNA PENGEMBANGAN SISTEM KAT A-LIS MET ALOCENE BAGI PERPLASTIKANDI INDONESIA.

Industri poliolefin di Indonesia umumnyamenggunakan sistem katalis Ziegler Natta generasike tiga, sehingga secara teoritis mampu

memproduksi homopolimer maupun copolimer.Polimer yang diproduksi di dalam negeri diatasmasih mampu memenuhi kebutuhan domestik,bahkan sebagian diekspor. Situasi ini untuksementara waktu atau katakanlah sampai dengan2003 masih cukup relevan dipertahankanmengingat :

Gambar 2 : Hubungan harga dan kinerja polimer

2. Diperkirakan pada era tabun 2000-an meta-locene telah dipasarkan sebagian besar negaradidunia. Hal ini diperkuat oleh fakta bahwaindustri poliolefin besar di luar negeri tell1hmulai memproduksi poliolefin barn tersebutclan mengkampanyekan pemasaran teknologikatalis metalocene dengan memberikan lisensi.(lihat lampiran 2). Yang perlu dicermati lagiadalah bahwa beberapa negara Asia antara lainJapan Polyolefin, Mitsubishi, Mitsui clanFormosa telah mulai membangun industridengan teknologi katalis Metalocene, berartimetalocene polyolefin akan masuk ke negarakita tahun 2000.

3. Dengan akan diberlakukannya AFT A padatahun 2003, disusul ASPAC pada tahun 2010,pemasaran polimer produksi dalam negeri akandisaingi secara keras oleh polimer impor.

4. Desain permesinan pengolah polimer akansemakin canggih untuk dapat memproduksibarang jadi sebesar-besamya dengan kualitastinggi. Hal ini mutlak diperlukan mengingatsituasi pasar bebas yang akan berlaku padatahun 2000-an.

Hanya sebagian kecil saja mesin pabrikasiyang dimiliki pabrik plastik mempunyaidesain clan sistem kontrol yang sangat presisimengingat harganya mahal. Sedangkan belumdiketahui secara jelas mungkinkah mesin-mesin yang tidak memiliki desain clan sistemkontrol presisi clan canggih dimana jumlahcukup besar, untuk mengolah metalocenepolyolefins dengan tanpa merubah/memodifikasinya. Hila jawabannya positifperlu juga mencermati akan pengaruhnyaterhadap output clan energi yang diperlukan.Untuk meyakinkan penomena ini perludilaksanakan data faktual yang dapatditindak lanjuti pada tahun selanjutnya.Harga metalocene polymer/polyolefins lebihmahal dari poliolefin yang telah ada. Hargapolymer merupakan masalah yang sensitive di

2.

56

Pros;d;ng Pertemuan /Im;ah Sa;ns Mater; /997 /SSN /4/0 -2897

DAFTARPUSTAKA

[I] Catal~sis Volume I, Thechemical Society

( 1977).[2] Metallocene : The Intensive short course,

Singapore October 3 -4, (1996).

[3] Modem plastics International, Maret -Desember (1995).

[4] Modem plastics International, Januari 1996,Agustus -November (1996)

[5] Modem Plastic International, Juli (1997)

Lampiran I

Contoh monomer yang dopa! dipolimeri dcngan mcnggunakan k.t&1is M-

I Ethytcne.PropyleneI1Utane-1Penlsne-1Hcxs..,-1

I Oaane-lHexadecane-1Oaadccane-t

I )-Mcthyi butane-l, 4-Methyi pent.-1

14-Methyl hcxonc-l

1,)-BuladiencI J,4-Hexadiene, 1,5-Hexadiene

I t,6-Octadienc

j 1,4-Dodecadi

Styreneo-MethylstyrMent-Melhyblyreneo-lertBulylstyrcne

I 1n-d1lomslyrcnc

I Vinylonlracenc, VioylfklOrenoI Vinyl antrtC8IC

Vmyl phenanthreneVinylpyr-

Lampiran 2 : Produsen daD Supplier Metalocene Polyolefins

Lampiran 2 : Produ,en daft Supplier Metal~nc Polyolefins

.~!)ERN ".AJrrK:'INL~ATKlN~' "'--"oaI-oubl;.i...l~ ~ ,,-" ~... ..poIy")~ (..r..). r-"""'" (mPP~ .",01"'..1. ~-y...(SP'). __;0

Pr(SM'J.-'1"i;._.rct))., , ,d: W.~ JO',-"-,y,~ 001'-;"',, ""'-" ~h, ~.; I~ l,,-;, CIl..d_-".I-"af.lI-l" ".~._,a""""""-J J.,...'.-" SoOc ~"'~bO_"O910~~-erit..1; "_(..;1.)';'--."" "" ,.!, , ;",,,..F« -"" -.,-""'_"".'a. 000). ..\ho,--""..Ic;.,. ~~--;..,-p~A.

57