PAPER TEKNOLOGI POLIMER-02TEMPERATUR TRANSISI GELASKELOMPOK 6

1.Ahmad Angga Utama (1306448445)2.Mukhamad Fiqih Fadzli (1306448426)3.Muhammad Faried Romdloni(1306448344)4.Nuradityatama(1306448400)

DEPARTEMEN TEKNIK METALURGI DAN MATERIALFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA2015

Temperetur Transisi Gelas (Tg)Introduction

Molekul hadir dalam 3 bentuk fisik yang mungkin : padat,cair,dan gas.Di material polimer,tidak berjalan sesederhana seperti itu.Sebagai contoh polimer akan terdekomposisi sebelum mereka mendidih,dan polimer yang memiliki Cross-lingking akan terdekomposisi sebelum meleleh.Untuk kebanyakan polimer transisi antara keadaan solid dan liquid,susah untuk diketahui.Polimer amorphous bersifat viscous liquid ketika berada pada temperatur diatas temperatur transisi gelasnya (Tg),di bawah Tg-nya,polimer akan bersifat solid,tak memiliki keteraturan sehingga akan non-kristalin,dengan kata lain,material adalah sebuah amorphous solid,atau sebuah gelasTemperatur transisi gelas berbeda pada tiap polimer,namun kebanyakan polimer kondisi di atas Tg ada pada temperatur ruang.Dalam banyak kasus polimernya adalah kritalin sebagian pada temperatur ruang,dan temperatur dimana kritaslin meleleh (Tm) ada diatas temperatur ruang.Diagram di bawah ini menunjukkan bagaimana polimer diatas Tg-nya tetapi dibawah Tm pada temperatur ruang.Contoh polimernya adalah karet(selama kondisinya amorphous) saat ada pada temperatur ruang.Akan tetapi,polimer akan mengalir seperti liquid pada periode waktu yang lama atau panjang,dikarenakan komponen amorphousnya berelaksasi di bawah berat polimernya.

Temperatur transisi gelas dari polimer berhubungan dengan energi termal yang dibutuhkan untuk mengubah konformasi molekul pada level mikroskopis,dan ketika di atas Tg,terdapat energi termal yang cukup untuk terjadinya perubahan.Akan tetapi,transisinya tidak tajam,tetapi bisa dijelaskan secara termodinamika.Dan Tg berbeda dengan melelehkan sebuah kristal.Perubahan dari kelakuan seperti karet (di atas Tg) ke kelakuan seperti gelas (di bawah Tg),sudah di observasi pada banyak jenis polimer pada rentang temperatur yang sempit.

MekanismePolimer amorphous dan kristalinTransisi gelas tidak sama dengan meleleh,meleleh terjadi pada polimer kristalin,yaitu ketika rantai polimernya lepas dari struktur kristalnya,dan menjadi liquid yang tak beraturan.Transisi gelas adalah transisi yang terjadi pada polimer amorphous.Namun pada polimer kristalin akan memiliki bagian yang amorphous,hampir 40-70% dari jumlahnya,hal ini menyebabkan sebuah polimer dapat memiliki Glass trasnsition temperature dan melting temperature ,akan tetapi bagian amorphous hanya mengalami Tg,sedangkan bagian kristalin hanya mengalami Tm saja.Perbedaan Tg dan Tm:Glass Transition Sifat daerah amorphous Di bawah Tg: Daerah amorphous tak bergerak Di atas Tg: Daerah amorphous dapat bergerak bebas

Melting Sifat daerah kristalin Di bawah Tm: Padatan Kristalin tertata rapi Di atas Tm: Meleleh

Analogi Rantai PolimerUntuk memahami mekanisme kenapa polimer amorf bersifat getas pada temperatur tertentu dan lunak,dan lentur pada temperatur diatasnya.Hal ini bisa dijelaskan dengan menganalogikan polimer amorphous sebagai ruangan besar yang penuh dengan Ular yang merayap.Ular adalah rantai polimer,karena ular adalah berdarah dingin dan mendapat panas dari lingkungannya.Ketika suhunya hangat,ular akan senang,dan bisa merayap dan meluncur tanpa gangguan,masing-masing dari mereka akan bergerak secara acak.Akan tetapi ketika suhunya dingin,ular tak bergerak banyak,pergerakan mereka jadi lambat,bahkan tetap diam,ketika panasnya kecil atau tidak ada,Kemudian sekarang kita bayangkan,kita mengemudikan buldoser di dalam ruang yang penuh ular tadi,ketika suhunya hangat,maka ular akan bergerak,dan buldoser dapat bergerak dalam ruangan itu,dan menyebabkan kerusakan kecil pada ular.Akan tetapi ketika suhunya dingin,akan terjadi dua macam keadaan,akibat ular yang tak bergerak:1. Ular akan lebih kuat dari buldozer,dan buldozer tak bisa bergerak,dan ular akan tetap diam2. Buldozer akan lebih kuat dari ular,sehingga ular akan terlindas atau rusak,dan tetap tak bergerakHal diatas akan berlaku pada polimer,ketika suhunya hangat,rantai polimer dapat bergerak dengan mudah,jadi ketika kita mengambil bagian dari polimer kemudian kita tekuk,molekulnya sudah bergerak dan tak masalah bergerak ke posisi baru untuk melepas tegangan yang telah diberikan.Akan tetapi saat kita mencoba menekuk sebuah polimer saat suhunya dibawah Tg-nya,rantai polimer tidak mampu untuk bergerak ke posisi baru untuk melepas tegangan yang diberikan.Jadi akan terjadi dua kondisi seperti analogi di atas:

1. Rantai polimer cukup kuat untuk menahan beban yang diberika,dan sampel tidak akan tertekuk2. Gaya yang diberikan akan terlalu besar untuk bisa ditahan oleh rantai polimer yang diam,sehingga sampel polimer akan patah atau rusakPerubahan mobilitas akibat temperatur ini terjadi akibat fenomena yang kita sebut Panas yang merupakan bentuk energi kinetik (energi dari benda yang bergerak).Yang Sebenarnya sebuah efek dari gerakan acak molekul,apakah itu molekul polimer atau molekul kecil.Benda dikatakan panas,ketika molekulnya memiliki banyak energi kinetik dan bergerak sangat cepat.Benda dikatakan dingin,ketika kekurangan energi kinetik,dan bergeraknya lambat,atau diam.Temperatur eksak atau pasti dari perubahan mobilitas polimer ini tergantung dari struktur polimer itu sendiri.Pembentukan gelas pada polime dapat dipahami dari pendekatan kinetik dan dari pendekatan termodinamikaPendekatan KinetikAngap sebuah cairan polimer didinginkan mendekati temperatur lelehnya,saat temperatur cairan mencapai Tm fase padatan kristalin lebih disukai secara termodinamika.Agar cairan terjadi transisi phasa menjadi keadaan padat,maka dua buah proses harus ada:1.Nukleasi dari benih padatan2. Pertumbuhan benih padatanNukleasi adalah pembentukan partikel padatan kristalin kecil di dalam cairan.Sebagai hasilnya terbentuk interfasa baru antara partikel padat dan cairan.Interfasa ini memiliki energi tertentu,yaitu interfacial Energy.Agar nukleasi berjalan lancar,polimer harus mencari energi ekstra darimanapun untuk memenuhi energi yang dibutuhkan untuk interfasa tersebutEnergi ini disebut driving Force untuk nukleasi.Saat kita mendinginkan cairan pas di bawah Tm,tidak terlihat nuklasi.Malah nukleasi terjadi pada temperatur T