Topik 9: Polimer Sintetik/Plastik

1.0 Definisi Plastik

- Merupakan bahan organik polimer.

- Apabila dikenakan haba dan tekanan yang mencukupi, ia berupaya untuk mengalir

dan menjadi bentuk yang diperlukan yang mana bentuk itu akan kekal apabila haba

dan tekanan dihentikan.

2.0 Definisi Monomer

- Asas kepada penghasilan plastik.

- Satu bahagian (molekul-molekul kecil) dan sama saiz.

- Gabungan monomer akan membentuk polimer. Contoh: monomer gas C2H4

bergabung membentuk polimer.

3.0 Definisi Polimer

- Berasal dari Bahasa Yunani Poly dan Meros. Poly bermaksud banyak; Meros bererti

bahagian.

- Hasil daripada gabungan jutaan monomer yang membentuk molekul raksasa.

- Terbentuk melalui reaksi polimerisasi.

- Biasanya mempunyai takat lebur dan takat didih yang tinggi.

- Polimer membentuk suatu kumpulan bahan-bahan asli dan tiruan (sintetik) yang

memainkan peranan yang semakin meningkat dalam teknologi moden. Kebanyakkan

polimer adalah bahan organik.

4.0 Proses Penggabungan Monomer (Polimer) disebut Proses Pempolimeran

i. Pempolimeran Penambahan (Addition)

- Jenis pempolimeran ini berlaku di antara molekul monomer yang mengandungi

ikatan karbon C = C, apabila diberikan suhu, tekanan dan pemangkin tertentu.

ii. Pempolimeran Kondensasi (Condensation)

- Jenis pempolimeran ini berlaku apabila dua sebatian monomer bertindak balas

bersama untuk menghasilkan polimer dan molekul-molekul kecil (biasanya air) akan

disingkirkan.

5.0 Jenis-jenis Rantai Polimer

i. Rantai panjang

- Untuk molekul yang paling besar.

ii. Rantai silang

- Menghasilkan molekul rantai yang panjang.

6.0 Jenis-jenis Plastik

i. Plastik Termoplastik

- Contoh: Polisterina, Polietilena, Polyamida, Polivinylchloride (PVC), Nylon, ABS,

acrylics, cellulosics.

ii. Plastic Termoset

- Contoh: Poliester, Fenol fermaldehide, epoxide, urethane, aminos, melamin, silicon

7.0 Perbezaan antara Plastik Termoplastik dan Plastik Termoset:

Termoplastik Termoset

1. Bentuknya dapat dibentuk semula (kitar

semula) berulang kali melalui proses

pemanasan dan tekanan.

Hanya boleh dibentuk sekali sahaja (sukar

dikitar semula).

2. Apabila diproses, tiada perubahan kimia

pada struktur atomnya.

Apabila diproses, perubahan kimia pada

struktur atomnya akan berlaku.

3. Apabila proses pembentukan dijalankan,

rantainya akan berpisah dan membentuk

suatu kedudukan yang baru. Tiada ikatan

silang berlaku.

Apabila proses pembentukkan dijalankan,

rantainya akan membina ikatan saling

sehingga menyebabkan rantaian tidak

dapat berpisah lagi.

4. Dibentuk secara tiup, ekstrusi,

pembentukkan terma dan rolling

Dibentuk melalui penekanan atau

percetakan. Laminasi dan impregnasi.

5. Bersifat lembut dan mudah untuk

diregangkan (fleksibel).

Bersifat keras dan kaku (tidak fleksibel).

6.

Mudah dibakar dan tidak tahan terhadap

panas.

sukar dibakar dan tahan terhadap asam

dan basa

7. Mudah larut dalam pelarut yang sesuai. Tidak dapat larut dalam mana-mana

pelarut.

8. Memiliki struktur molekul linear/bercabang. Mempunyai ikatan silang antar rantai

molekul.

9. - Struktur termoplastik seperti

berikut:

- Bentuk struktur bercabang

termoplastik:

- Bentuk struktur ikatan silang

seperti berikut:

8.0 Contoh Bahan Termoplastik

8.1 Poli (etena) (PE)

- Sifat:

i. Politena (IUPAC: polietena) yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena

(IUPAC: etena).

ii. Berdaya tahan yang kuat.

iii. Massa jenis rendah.

iv. Sukar rosak apabila lama dalam keadaan terbuka di udara dan apabila

terkena tanah lumpur, tetapi tidak tahan panas.

v. Pepejal-pepejal fleksibel dan boleh diubahsuaikan menjadi pelbagai bentuk.

nCH2 = CH2 → ~CH2 ― CH2 ― CH2 ― CH2~ (n ≈ 1000)

- Proses/Kaedah:

i. Polietilena Ketumpatan Rendah (LDPE)

Melibatkan pemanasan etena pada suhu kira-kira 200oC dan tekanan

1200 atmosfera dengan kehadiran sedikit oksigen.

Menghasilkan polimer yang mempunyai rantai-rantai bercabang yang

tidak boleh dipadatkan.

Melebur dengan mudah agak-agak pada suhu 105oC.

Akan menjadi lembut jika di dalam air panas.

Kegunaan: Membuat filem, beg, bahan bungkusan dan botol picit.

ii. Polietilena Ketumpatan Tinggi (HDPE)

Menggunakan mangkin pada suhu dan tekanan rendah.

Menghasilkan polimer yang tidak berantai cabang dan boleh

dipadatkan.

Lebih kejal dan melebur pada suhu yang lebih tinggi.

Kegunaan: Alat-alat kejal seperti botol peluntur dan bakul.

8.2 Poli (kloroetena) (PVC)

- Sifat:

120OC – 180OC

500OC

Cl ǀ

Cl ǀ

i. Polivinil klorida (IUPAC: Poli (kloroetanadiol)).

ii. Daya tahan yang kuat.

iii. Tahan panas dan hujan, api serta bahan-bahan kimia.

iv. Penebat elektrik yang baik.

v. Senang diwarnakan.

vi. Kelemahannya mudah pudar apabila terdedah kepada cahaya matahari.

- Proses/Kaedah:

Kloroetena atau vinil kloroda dalam PVC ini boleh didapatkan melalui dua cara:

i. CH ≡ CH + HCl CH2=CHCl

ii. CH2 = CH2 + Cl2 CH2Cl ― CH2Cl CH2 = CHCl + HCl

nCH2 =CHCl ~CH2 ―CH― CH2CH~

Ikatan C ― Cl yang berkutub mewujudkan daya tarikan yang kuat antara

rantai-rantai polimer. Ini menjadikan PVC suatu bahan yang kuat.

Dua jenis plastik PVC adalah berbentuk kaku dan berbentuk fleksibel.

Kegunaan plastik bentuk kaku: Konstruksi bangunan, mainan kanak-kanak,

pipa PVC, meja dan beberapa bahan yang tidak mudah patah.

Kegunaan plastic yang bersifat fleksibel: Selang plastik dan isolasi plastik.

8.3 Poli (propena) (PP)

- Sifat:

Mangkin arangbatu

Pemula

peroksida

1, 2-dikloroetana

Poli (kloroetanadiol)

CH3

│

H│

CH3

│

H│

i. Polipropilena (IUPAC: Polipropena).

ii. Polimer adisi yang diperbuat daripada propilena monomer, permukaannya

tidak rata.

iii. Tidak tahan terhadap kebanyakan pelarut kimia, asam dan basa.

iv. Boleh dikitar semula.

v. Simbol kitar semula adalah nombor "5": nombor 5 yang dkelilingi sebuah

simbol kitar semula dengan huruf "PP" di bawah.

vi. Kekuatannya lebih besar dari polietena dan lebih tahan panas serta lebih

tahan terhadap reaksi asam dan basa

- Proses/Kaedah:

Seperti etana, propens boleh diperoleh dengan senang dari petroleum. Ia

dipolimeran melalui proses Ziegler:

nCH3CH = CH2 ~ C ― C ― C ― C~

Polipropena yang berbentuk dengan mempunyai kumpulan CH3 akan

disusun secara sekata.

Rantai-rantai boleh dipadatkan yang menyebabkan kekuatannya lebih besar

daripada polietena dan lebih tahan panas.

Kegunaan: filem, fiber dan tali.

8.4 Poli (feniletena) Polistirena (PS)

- Sifat:

i. Polimer dengan monomer stirena.

│H

│H

│H

│H

Poli (Propena)

Poli (tetrafluoroetena)

ii. Sebuah hidrokarbon cecair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi.

iii. Pada suhu bilik, biasanya bersifat termoplastik padat, boleh cair pada suhu

yang lebih tinggi.

iv. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan

fleksibiliti yang terhad yang boleh dibentuk menjadi pelbagai macam produk

dengan butiran yang bagus. Penambahan getah pada masa pempolimeran

boleh meningkatkan fleksibiliti dan ketahanan kejutan. Polistirena jenis ini

dikenali dengan nama HighImpact Polystyrene (HIPS).

v. Polistirena murni yang telus boleh dibuat menjadi warna yang berlainan

melalui proses kompounding Polistirena.

- Proses/Kaedah:

Menggunakan di (benzene-karboksilik) peroksida sebagai pemula dan suhu

85 – 100℃. Rajah berikut menunjukkan proses penghasilan Polifeniletena.

Kegunaan: Bahan-bahan bungkusan ringan, alat-alat rumah seperti kotak

telur, anak-anak patung plastik dan bahagian-bahagian peti sejuk.

8.5 Poli (tetrafluoroetena) (Teflon) (PTFE)

- Sifat:

i. Merupakan lapisan tipis yang sangat keras.

ii. Tahan kepada tindakan haba dan bahan-bahan kimia.

iii. Takat kelembutan yang tinggi (372℃).

iv. Pekali gesaran yang sangat rendah

- Proses/Kaedah:

Memerlukan kehadiran suatu pemula peroksida dan tekanan 45 – 50

atmosfera.

nCF2 = CF2 ~ CF2 – CF2 – CF2 – CF2 ~

Kegunaan: pelapis kuali (periuk anti melekat), pelapis tangki di kilang kimia,

paip anti patah dan kabel elektrik.

9.0 Contoh Bahan Plastik Termoset

9.1 Poliester (PES)

- Sifat:

i. Mengandungi kumpulan berfungsi ester dalam rantai utamanya.

ii. Terbentuk dari tindak balas antara suatu asid dikarboksilik dan suatu diol

(alcohol dihibrik); kedua-dua mempunyai kumpulan berfungsi penghujung,

misalnya HOOCCH2CH2COOH dan HOCH2CH2OH.

iii. Mudah terbakar pada suhu yang tinggi.

iv. Walaupun mudah terbakar di suhu tinggi, poliester cenderung berkerut

menjauhi api dan memadamkan diri sendiri apabila berlaku pembakaran.

v. Kapas boleh digantikan oleh poliester kerana ia lebih tahan lama dan tidak

mudah mengalami penyusutan seperti “Terilena” dan “Dakron” (fiber tiruan).

- Proses/Kaedah:

Terhasil dari tindak balas asid benzene-1, 4-dikarboksilik dan etana-1, 2-diol.

Terilena boleh dibentuk dengan menggunakan asil klorida, iaitu

ClOC COCl dan etana-1, 2-diol di mana mangkin tidak diperlukan.

Kaedah lain pengeluaran fiber terilena ialah proses transesterifikasi yang

melibatkan dimetil benzene-1, 4-dikarboksilat dan etana-1, 2-diol.

Kegunaan: Botol, tarpaulin, kano, paparan kristal cecair, hologram, penapis,

saput (filem) dielektrik untuk kondensator, penyekat saput buat kabel dan pita

kedap. Kain poliester digunakan dalam membuat pakaian dan kelengkapan

rumah seperti kain cadar, penutup tempat tidur dan langsir. Fiber fill dari

poliester digunakan pula untuk mengisi bantal dan selimut pemanasan.

9.2 Fenol Formaldehida (Bakelit)

- Sifat:

i. Dibuat daripada dua jenis monomer, iaitu fenol dan formaldehida.

ii. Plastik yang tegar dan keras.

iii. Rintangan elektrik yang tinggi.

iv. Konduksi haba yang rendah.

v. Rintangan terhadap minyak dan gris yang tinggi dan stabil hingga suhu 150

℃.

Polimer Bakelit yang memiliki ikatan silang antara rantai polimernya

- Proses/Kaedah:

i. Proses pembentukannya adalah polimer kondensasi yang merupakan reaksi

penggabungan monomer – monomer dengan melepaskan molekul kecil,

seperti H2O dan CH3OH.

ii. Reaksi kondensasi berlangsung lebih lambat, tahap demi tahap sehingga

sering disebut sebagai reaksi pertumbuhan tahap demi tahap.

iii. Kegunaan: Pemasangan listrik, komponen plastik dalam kenderaan dan

komponen elektrik yang memerlukan penebat yang tinggi.

Proses Pembentukan Bakelit

9.3 Melamina Formaldehid

- Sifat:

i. Sejenis sebatian amino siklik.

ii. Formula kimianya adalah C3H6N6, (IUPAC: 1, 3, 5-triazina-2, 4, 6-triamina).

iii. Sebatian bes organik dengan satu sianamida trimer dengan satu tulang

belakang 1, 3, 5-triazina.

iv. Hanya larut sedikit sahaja dalam air.

v. Rintangan terhadap haba lebih baik sedikit dengan suhu kerja mencapai

kurang 95℃.

- Kegunaan:

Dicampur dengan resin dan digunakan sebagai bahan pencegah kebakaran.

Digabung dengan formaldehid untuk menghasilkan resin melamina iaitu

sejenis plastik tahan haba.

Bahan yang sangat bahaya apabila bergabung dengan asid sianurik untuk

membentuk melamina sianurat yang boleh mengakibatkan kes keracunan

makanan seperti dalam kes keracunan susu China.