POLIMER
1.1 Latar Belakang
Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam
(non-metalic material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak
digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama Karena sifat-sifatnya
yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk
aplikasi-aplikasi pada temperature rendah. Sebagian makromolekul (termasuk
diantaranya karohidrat, protein dan lemak) mempunyai struktur yang lebih
teratur, yakni tersusun dari unit-unit terkecil dengan struktur yang
karakteristik berulang, mulai dari 50 sampai ribuan unit. Makromolekul yang
demikian disebut dengan polimer dan unit-unit terkecilnya disebut dengan
monomer. Polimer sebagai makromolekul yang terdiri dari beberapa
kelas material alami dan sintetik dengan sifat yang beragam. Perbedaan dari
kedua material tersebut ada pada mudah tidaknya sebuah polimer didegradasi atau
dirombak oleh mikroba.
Oleh karena itu perlu diketahui factor-faktor yang mempengruhi mudah atau tidaknya polimer didegradari atau di rombak oleh mikoba.
PEMBAHASAN
Polimer
(Makromolekul)
1. Definisi Polimer
Kata polimer berasal dari bahasa
Yunani, yaitu poly dan meros. Poly berarti banyak
dan meros berarti unit satu bagian. Jadi polimer adalah makromolekul (molekul
raksasa) yang tersusun dari monomer yang merupakan molekul yang kecil dan
sederhana. Polimer
merupakan makromolekul. Polimer dapat juga disebut dengan molekul raksasa yang
tersusun dari beberapa monomer atau molekul-molekul kecil yang sederhana.
Monomer atau molekul kecil yang menyusun polimer bisa berupa senyawa berikatan
rangkap atau senyawa yang memiliki gugus fungsional.
Polimer
berasal dari bahan organik. Kebanyakan material organik adalah senyawa
hidrokarbon dengan ikatan kovalen (C dan H), Molekul polimer adalah sangat
besar jika dibandingkan dengan molekul
hidrokarbon bahkan ukurannya sering disebut makro molekul. Didalam molekul,
atom-atom berikatan kovalen. Pada sebagian besar polimer, molekulmolekulnya
dalam bentuk rantai yang panjang adan fleksibel. Tulang belakangnya adalah
urutan atom karbon -c-c-c-c-c-c-c-
Tiap-tiap
elektron valensinya yang tersisa bila berikatan dengan atom-atom radikal yang
posisinya berdekatan dengan rantai. Molekul panjang ini disebur “mer” Mer
tunggal disebut dengan monomer dan mer banyak disebut dengan polimer.
Penggolongan Polimer
A.
Berdasarkan Asalnya
1) Polimer alam
Polimer alam adalah polimer yang terbentuk secara alami di dalam tubuh
makhluk hidup.
Contoh Polimer Alam
|
No. |
Polimer |
Monomer |
Polimerisasi |
Terdapat pada |
|
1. |
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, RNA |
|
5. |
Karet
alam |
Isoprene |
Adisi |
Getah
karet alam |
2). Polimer semi sintetis
Polimer semi sintetis adalah polimer yang
diperoleh dari hasil modifikasi polimer alam dan bahan kimia.
Contoh : selulosa nitrat yangsering dipasarkan dengan
nama celluloid dan guncotton.
3) Polimer sintetis
Polimer sintetis adalah polimer yang tidak terdapat di alam, tetapi
disintesis dari monomer-monomernya dalam reaktor.
Contoh Polimer Sintetis
|
No. |
Polimer |
Monomer |
Polimerisasi |
Terdapat
pada |
|
1. |
Polietena |
Etena |
Adisi |
Kantung,kabel plastic |
|
2. |
Polipropena |
Propena |
Adisi |
Tali,karung,botol plastik |
|
3. |
PVC |
Vinil klorida |
Adisi |
Pipa pralon,pelapis lantai, kabel listrik |
|
4. |
Polivinil alcohol |
Vinil alcohol |
Adisi |
Bak air |
|
5. |
Teflon |
Tetrafluoro etena |
Adisi |
Wajan,panci anti lengket |
|
6. |
Dakron |
Metal tereftalat dan etilen glikol |
Kondensasi |
Pita rekam magnetik, kain,tekstil,wol
sintetis |
|
7. |
Nilon |
Asam adipat dan heksametilen diamin |
Kondensasi |
Tekstil |
|
8. |
Polibutadiena |
Butadiena |
Adisi |
Ban motor, mobil |
B. B. Berdasarkan Jenis
Monomernya
Berdasarkan monomernya dibedakan menjadi dua yaitu homopolimer dan
kopolimer.
1)
Homopolimer
Homopolimer adalah polimer yang tersusun dari monomer-monomer yang
sama atau sejenis, dengan
struktur ---A-A-A-A-AAAA
Contoh : PVC, protein, karet alam, polivinil asetat
(PVA), polistirena, amilum, selulosa, dan teflon.
2)
Kopolimer
Kopolimer adalah polimer yang tersusun dari monomer-monomer yang
berlainan jenis, dengan
struktur –A-B-A-B-A-B-
Berdasarkan susunan monomernya, terdapat empat jenis kopolimer yaitu.
a) Kopolimer bergantian merupakan kopolimer yang memiliki beberapa
kesatuan ulang yang berbeda-beda, berselang-seling dalam rantai polimer. Adapun
strukturnya sebagai berikut ..-A-B-A-B-A-...
b) Kopolimer blok yaitu kopolimer yang memiliki satu kesatuan
yang berulang berselang-seling dengan kesatuan berulang yang lainnya dalam
rantai polimer. Adapun strukturnya sebagai berikut
...-A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A...
c) Kopolimer bercabang
d) Kopolimer tidak beraturan yaitu kopolimer dengan
jumlah satuan yang berulang yang berbeda dan tersusun secara acak dalam rantai
polimer. Adapun strukturnya sebagai berikut ....-A-B-A-A-B-B-A-A....
C.
Berdasarkan Bentuk
Susunan Rantainya
1). Polimer linear
Polimer linear adalah polimer yang tersusun dengan
unit ulang berikatan satu sama lainnya : membentuk rantai polimer yang panjang.
Polimer Linear
2). Polimer bercabang (Branch)
Polimer bercabang
yaitu polimer yang terbentuk jika beberapa unit ulang membentuk cabang pada
rantai utama.
Polimer Bercabang
3). Polimer berikatan silang
(Cross-linking)
Polimer berikatan silang yaitu polimer yang terbentuk
karena beberapa rantai polimer saling berikataan satu sama lain pada rantai
utamanya. Sambungan silang dapat terjadi ke berbagai arah sehingga terbentuk
sambung silang tiga dimensi yang disebut polimer jaringan.
Gambar 3 Polimer Berikat Silang
4). Polimer
jaringan (network)
Polomer ini
tersusun atas unit mer tri-functional yang mempunyai tiga ikatan kovalen aktif
membentuk jaringan 3 dimensi. Sehingga terjadi sambungan silang ke berbagai
arah sehingga terbentuk sambung silang tiga dimensi.
Gambar 4 Polimer Jaringan
Contoh:
Gambar 5 Alotrop molekul karbon
a. Diamond
b. Graphite
c. Lonsdaleite
d. C60 (Buckminster fullerene)
e. C540 (Fullerene)
f. C70 (Fullerene)
g. Amorphous carbon
h. single-walled carbon nanotube
D.
Berdasarkan Apilkasinya
1.
Polimer komersial
Polimer komersial adalah polimer yang
disintesis dengan harga murah dan diproduksi secara besar-besaran. Contoh : polietilena, polipropilena, pilivinil
klorida dan polistirena.
2.
Polimer teknik
Polimer teknik
merupakan polimer yang mempunyai sifat unggul tetapi harganya
mahal. Contoh : poliamida,
polikarbonat, asetal, dan polyester.
3.
Polimer dengan tujuan khusus
Polimer dengan
tujuan khusus yaitu polimer yang mempunyai sifat spesifik yang unggul dan
dibuat untuk keperluan khusus. Contoh : alat-alat kesehatan seperti thermometer atau
timbangan.
E.
Berdasarkan Reaksi Polimerisasi
Dibagi menjadi 2:
a)
Poliadisi,
yaitu polimer yang terjadi karena reaksi adisi, reaksi adisi atau reaksi rantai
adalah reaksi penambahan (satu sama lain) molekul monomer berikatan rangkap
atau siklis biasanya dengan adanya suatu pemicu radikal bebas atau ion
b)
Polikondensasi,
yaitu polimer yang terjadi karena reaksi konden sasi / reaksi bertahap.
Mekanisme reaksi polimer kondensasi identic dengan reaksi kondensasi senyawa
bobot molekul rendah yaitu: reaksi dua gugus aktif dari dua molekul monomer
yang berbeda berinteraksi dengan melepaskan molekul kecil. Contohnya H2O.
bila hasil polimer dan bereaksi (monomer) berbeda fase, reaksi akan terus
berlangsung sampai salah satu pereaksi habis, contoh: pembuatan protein dari
asam amino.
Sifat-sifat
Polimer
Ada sifat-sifat dari polimer yang mendukung pada fungsi
atau kegunaan dari jenis-jenis polimer yang dicipatakan(dibuat).
1.
Termoplas
Termoplas bersifat lunak jika dipanaskan dan dapat
dicetak kembali menjadi bentuk lain. Hal ini dikarenakan termoplas memiliki
banyak rantai panjang yang terikat oleh gaya antar molekul yang lemah. Contoh
polimer yang memiliki sifat termoplas adalah PVC, polietena, nilon 6, 6 dan
polistirena
2.
Thermoset
Thermoset mempunyai bentuk permanen dan tidak menjadi
lunak jika dipanaskan. Penyebabnya adalah thermoset memiliki banyak ikatan
kovalen yang sangat kuat diantara rantai-rantainya. Ikatan kovalen akan
terputus serta terbakar jika dilakukan pemanasanyang tinggi. Polimer yang
memeiliki sifat thermoset adalah bakelit.
3.
Elastomer
Elastomer merupakan polimer yang elastic atau dapat mulur
jika ditarik, tetapi kembali ke awal jika gaya tarik ditiadakan. Penyebabnya
adalah tumpang tindih antara polimer yang memungkinkan rantai-rantai ditarik,
dan ikatan silang yang akan menarik rantai-rantai tersebut ke susunan tumpang
tindihnya. Contohnya yaitu karet sintetis SBR.
Ø Kelebihan dari polimer
§ Mudah diolah untuk berbagaimacam produk pada
suhu rendah dengan biaya murah
§ Ringan, maksudnya rasio bobot/volumenya kecil
§ Tahan korosi dan kerusakan terhadap
lingkungan yang agresif
§ Bersifat isolator yang baik terhadap listrik
§ Berguna untuk bahan komponen khusus karena
sifatnya yang pastis
§ Berat molekulnya besar sehingga kestabilan
dimensinya tinggi
Faktor-faktor yang mempengaruhi Sifat-sifat Polimer
Beberapa faktor yang
mempengaruhi sifat fisik polimer sebagai berikut:
a. Panjang rata-rata rantai
polimer: Kekuatan dan titik leleh naik dengan bertambah
panjangnya rantai polimer.
b. Gaya antarmolekul: Jika gaya antar molekul pada rantai polimer besar
maka polimer akan menjadi kuat dan sukar meleleh.
c. Percabangan: Rantai polimer yang bercabang banyak memiliki daya
tegang rendah dan mudah meleleh.
d. Ikatan silang antar
rantai polimer: Ikatan silang antar
rantai polimer menyebabkan terjadinya jaringan yang kaku dan membentuk bahan
yang keras. Jika ikatan silang semakin banyak maka polimer semakin kaku dan
mudah patah.
e. Sifat kristalinitas rantai polimer: secara umum diketahui bahwa struktur beraturan
berkristalinitas tinggi dan struktur yang tidak beraturan memiliki
kristalinitas rendah yang menyebabkan memiliki sifat yang amorf.
Sifat kristalinitas rantai polimer: Polimer berstruktur tidak teratur memiliki kristalinitas rendah dan bersifat amorf
(tidak keras). Sedangkan polimer dengan struktur teratur mempunyai kristalinitas tinggi sehingga lebih
kuat dan lebih tahan terhadap bahaan-bahan kimia dan enzim.
Reaksi polimerisasi yaitu reaksi penggabungan sejumlah
monomer menjadi polimer. Polimerisasi dibedakan menjadi dua macam sebagai
berikut.
A.
Polimerisasi adisi
Adalah reaksi pembentukan
polimer dari monomer-monomer yang berikatan rangkap menjadi ikatan tunggal.
Polimerisasi adisi dibedakan menjadi dua sebagai berikut.
1. Polimerisasi adisi alami
Polimerisasi adisi alami
misalnya pembentukan karet alam atau poliisoprena. Monomernya berupa isoprene
atau senyawa 2-metil-1,3-butadiena.
2. Polimerisasi adisi
sintesis
Contoh : pembentukan PVC, polipropena, Teflon, polifenil
etena atau polistirena, dan polietilena.
B.
Polimerisasi kondensasi
Polimerisasi
kondensasi yaitu reaksi yang terjadi jika dua atau lebih monomer
sejenis atau berbeda jenis bergabung membentuk molekul besar sambil melepaskan
molekul-molekul kecil seperti H2O, NH3, dan HCl.
Polimerisasi kondensasi dibagi menjadi dua sebagai berikut.
1. Polimerisasi kondensasi
alami
Contoh : pembentukan
selulosa, amilum dan protein.
2. Polimerisasi kondensasi
sintesis
Contoh : pembentukan
nilon, tetoron, bakelit, dan urea-metanal.
Struktur
Rantai Polimer
Pengulangan bahan polimer dipengaruhi oleh sifat polimer,
sifat sifat polimer yaitu:
1.
Pertumbuhan
rantai polimer bersifat acak
Penyusunan molekul
polimer mempunyai sifat struktur yang berbeda pengaruhnya, dikarenakan massa
atom relative polimer merupakan nilai rata-rata dari monomer-monomer
penyususnnya sehngga mengakibatkan pertumbuhan rantai menjadi acak
2.
Dalam
suatu bahan polimer dimungkinkan terdapat 2 daerah yaitu :
a.
Daerah
teratur
b.
Daerah
tidak teratur
Kalau rantai teratur
disebut Kristal, kalau rantai tidak teratur disebut amorf. Salah satu untuk
mengetahui Kristal dan amorf yaitu (secara visual): Kristal: keras, dan amorf:
tidak keras
Rantai polimer yang
keras dapat saling mendekati dengan jarak yang lebih pendek dibandingkan dengan
rantai polimer yang bercabang. Polimer dengan kesatuan yang teratur dengan gaya
antar aksi yang tinggi akan memiliki kekeristalan dan gaya tegang.
Bentuk Kristalin dan Amorf Polimer
Factor
Yang Mempengaruhi Kekeristalan
a. Larutan polimer, jika larutan polimer encer
maka jarak antara satu molekul dengan molekul yang lain dalam rantai polimer
saling bejauhan. Akibatnya ruang rantai Tidak bersifat Kristal.
Jika
polimer pekat, maka jarak antara molekulnya saling berdekatan sehingga mengakibatkan
keteraturan tuang yang lebih bersifat Kristal.
b. Gaya antar rantai
§ Efek induksi, antara dua atom yang saling
berikatan satu samalain akan tertarik keatom yang memiliki keelektronegatifan
yang lebih tinggi.
§ Gaya London, gaya yang terjadi akibat tidak
tersebar meratanya elektron diseputar intinya karena lebih banyak elektron pada
satu sisi daripada sisi yang lainnya sehingga terjadi tarikan antar rantai.
§ Ikatan hydrogen, ikatan yang terjadi antara
atom O dan atom H, ikatan intra molekul dan antar molekul adalah ikatan
hydrogen yang terjadi antara gugus-gugus pada rantai yang sama.
§ Derajat kekeristalan, derajat kekeristalan dapat ditentukan dengan cara hamburan sinar-X.
Keteraturan struktur molekul taksisitas
Ada dua golongan susunan geometeris rantai yang perlu
diperhatikan dalam mempelajari sifat dan struktur polimer.
Geometri
yang timbul dari rotasi gugus terhadap ikatan tunggal, atau disebut juga
perubahan konformsi. Konformasi ini tidak menimbulkan perubahan struktur kimia rantai
polimer karena perubahan konformasi adalah reversible (bolak-balik).
Konformasi hanya mengakibatkan perubahan sifat fisik dari
bahan polimer seperti perbedaan derajat kristalinitas dan sebagainya. Bila
bahan polimer dipanaskan melampaui suhu transisi kaca, gugus-gugus dalam rantai
polimer akan membentuk konformasi tertentu (bertindihan atau bergiliran). Bila
kemudian didinginkan rantai polimer dengan konformasi tersebut dapat tersusun
lebih rapi untuk membentuk struktur kristalin. Bahan polimer berstruktur
Kristal bersifat lebih keras, liat dan tahan terhadap bahan kimia dibandingkan
dengan struktur bukan Kristal (amorf).
Geometri kedua dari rantai polimer adalah susunan yang
dapat berubah hanya dengan jalan
pemutusan ikatan kimia, ini disebut dengan konfigurasi. Perubahan
konfigurasi rantai polimer akan menyebabkan perubahan sifat kimia dan sifat
fisika dari dari bahan polimer yang bersangkutan. Misalnya perubahan
konfigurasi cis dan trans pada poliisoprena, menimbulakan dua macam struktur
polimer karet alam (isomer cis) dan getah perca (isomer trans)
Perombakan
Polimer
Banyak sekali jenis polimer di alam, dimana proses
perombakan polimer terjadi secara alami, tapi ada pula perombakan secara
mekanik yang direkayasa oleh manusia. Salah satu contoh polimer yang tersedia
di alam yaitu selulosa.
ü Selulosa adalah senyawa organik yg mempunyai
rumus (C6H10O5)n
ü Selulosa berupa rantai lurus dari beberapa
ratus sampai puluhan ribu unit glukosa yg saling berikatan
ü Selulosa merupakan makromolekul organik yg
jumlahnya paling banyak
ü Penyusun utama dinding sel tanaman,
berasosiasi dengan hemiselulosa dan lignin.
Struktur selulosa dalam tanaman
a) Perombakan Selulosa
Melalui proses Degradasi selulosa
oleh fungi merupakan hasil kerja sekelompok enzim selulolitik yang
bekerja secara sinergis.
Dengan proses 2 tahap:
1. Polimer selulosa rusak pada bagian amorf
2. Pemecahan polimer selulosa menjadi
selobiosa dan glukosa
Enzim
perombak selulosa dikenal sebagai selulase, terdiri atas 3 jenis:
1.
Endoglukonase
atau 1,4-β-D-glucan-4-glucanohydrolases
merusak bagian dalam polimer pada bagian
amorf
2.
Eksoglukonase,
yang meliputi 1,4-β-D-glucanohydrolases
atau cellodextrinases memecah
selulase dari ujung, dihasilkan selobiosa
3.
Glukosidase,
memecah selobiosa menjadi glukosa
Enzim
endoglucanases menghidrolisis secara acak bagian amorf selulosa serat
menghasilkan oligosakarida dengan panjang yang berbeda dan terbentuknya unjung
rantai baru. Enzim Exoglucanases
bekerja terhadap ujung pereduksi dan non-pereduksi rantai polisakarida selulosa
dan membebaskan glukosa yang dilakukan oleh enzim glucanohydrolases atau
selobiosa yang dilakukan oleh enzim cellobiohydrolases sebagai produk utama.
Hidrolisis bagian berkristal selulosa hanya dapat dilakukan secara efiesien
oleh enzim exoglucanases. Hasil kerja sinergis endoglucanases dan exoglucanases
menghasilkan molekul selobiosa. Hidrolisis selulosa secara efektif memerlukan
enzim (β-glucosidases yang memecah selobiosa menjadi 2 molekul glukosa.
Perombakan Selulosa
PENUTUP
Kesimpulan
Jadi polimer yaitu merupakan gabungan antara monomer-monomer kecil atau
sedang yang diproses melalui proses adisi atau kondensasi ataupun adanya proses
perombakan polimer secara alami atau mekanik yang mana hal tersebut menjadikan masing-masing polimer memiliki perbedaan sifat
fisik dan kimia tertentu dimana hal tersebut yang menjadi sebuah factor
kekeristalan (keras atau amorf) polimer atau bentuk energy yang terbentuk itu
sendiri.
AFTAR PUSTAKA
Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th
Edition. John Wiley & Sons: USA
Cowd, M.A., 1991, Kimia Polimer,
Penerbit ITB, Bandung
Billmeyer,
Fred, W., 1984, Textbook of Polymer Science, 3rd Ed, John Willey & Sons, New York.
Hagen
Klauk. 2006. Organic Electronics: Materials, Manufacturing and Applications. ,
Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGA
Franky
So. 2010. Organic electronics: Materials, Processing, Devices and Applications.
New York: CRC Press Taylor & Francis Group
Asyari Daryus. Jurnal Polimer (bentuk-bentuk
polimer). Jakarta: Universitas Darma Persada
Broda P., P.R.J. Birch, P.R. Brooks and P.F.G.Sims. 1996.
Lignocellulose degradation by Phanerochaete chrysosporium: gene families and
gene expression for a complex process. Molecul. Microbiol.19(5):923-932
