Poliuretan

Metode dan Proses Sintesis Poliuretan

          Poliuretan merupakan bahan polimer yang mengandung gugus fungsi uretan (-NHCOO-) dalam rantai utamanya. Gugus fungsi uretan terbentuk dari reaksi antara gugus isosianat dengan gugus hidroksil (Eli Rohaeti, 2003), seperti yang terlihat pada

Pada awalnya banyak poliuretan yang dipatenkan merupakan hasil reaksi diamin dan biskloroformat pada temperatur rendah. Setelah itu berkembang metoda polimerisasi lelehan (melt polymerization method) dan metoda larutan temperatur tinggi (high-temperature solution method) yang meliputi reaksi diisosianat dengan diol. Metoda yang meliputi reaksi diisosianat dengan diol berkembang lebih pesat melebihi metoda biskloroformat-diamin karena lebih sederhana dan tidak menghasilkan produk samping (Eli Rohaeti, 2003)

Manfaat Poliuretan

Saat ini, aplikasi poliuretan paling banyak (sekitar 70 %) adalah sebagai bahan busa, kemudian diikuti dengan elastomer, lem, dan pelapis. Busa poliuretan bersifat fleksibel dipakai sebagai isolator, termasuk laminat-laminat tekstil untuk pakaian musim dingin, panel pelindung pada mobil, kain pelapis, tempat tidur, karpet dasar, spon sintesis, dan berbagai pemakaian lainnya. Busa-busa yang keras paling umum dipakai dalam panel-panel konstruksi  terisolasi, untuk pengemasan barang-barang yang lunak, untuk furnitur ringan, dan untuk perlengkapan flotasi kapal laut (Stevens, 2001). Penggunaan bahan-bahan ini dalam bidang konstruksi telah mendorong usaha-usaha pembutan poliuretan yang tidak bisa terbakar. Busa poliuretan yang bersifat kaku juga digunakan pada insulasi dinding dan insulasi lemari es.

Dewasa ini konsumsi bahan polimer poliuretan setiap tahunnya mengalami peningkatan, terutama digunakan pada berbagai komponen kendaraan yang meliputi bagian eksterior dan interior misalnya bumper, panel-panel body, dan tempat duduk. Selain itu, poliuretan telah digunakan pula untuk insulasi tank dan pipa, pabrik pelapis, alat-alat olahraga, serta sebagai bahan pembungkus. Di bidang kedokteran, poliuretan digunakan sebagai bahan pelindung muka, kantung darah, dan lain-lain (Rohaeti, 2006).

       Poliuretan dalam industri kertas dapat digunakan sebagai pelapis permukaan rol pada proses pengkanjian (sizing) yang memiliki kecenderungan  untuk membengkak dan terdegradasi melalui hidrolisis. Pengkanjian dalam industri kertas merupakan proses pengisian celah-celah serat selulosa yang terdapat pada kertas untuk memperoleh kualitas permukaan yang baik. Proses pengisian ini dibantu oleh dua atau lebih rol yang dilapisi dengan suatu bahan elastromer, dalam hal ini poliuretan sebagai pelapis permukaan rol yang tahan terhadap larutan kanji (Rohaeti, 2007).

Sumber Gugus Isosianat

          Poliuretan dapat disintesis dari gugus isosianat yang terdapat pada metilen difenildiisosianat (MDI) dengan rumus molekul C₁₅H₁₀N₂O₂. Senyawa ini berbahaya, mengiritasi, dan dapat meningkatkan kepekaan.  

 Sumber Gugus Hidroksil

          Senyawa yang mengandung gugus hidroksil dapat digunakan sebagai bahan untuk sintesis poliuretan. Tidak hanya terbatas pada bahan hidroksil sintetik, namun juga dapat diperolah dari bahan alam. Bahan alam yang mengandung gugus hidroksil bebas diantaranya minyak jarak, minyak kedelai, minyak kelapa sawit, minyak kelapa, dan Minyak bekas penggorengan sedangkan dari bahan sintetik diperoleh dari polietilen glikol 400 (PEG 400) dan 1,4-butanadiol (Prasetya, 2010).

          Untuk mengetahui gugus hidroksil aktif (yang akan bereaksi dengan gugus isosianat) digunakan parameter bilangan hidroksil. Bilangan hidroksil ialah jumlah asam asetat yang dipergunakan untuk mengesterkan 1 gram minyak atau lemak yang ekuivalen dengan jumlah miligram KOH.

1). Minyak bekas penggorengan

       Minyak bekas penggorengan atau minyak sisa penggorengan merupakan sumber hidroksil yang aplikatif bila digunakan pada proses pembuatan poliuretan. Gugus hidroksil terdapat pada asam-asam lemaknya. Minyak bekas penggorengan sudah mengalami oksidasi akibat pemanasan dan berbagai reaksi kimia lain sehingga gugus hidroksil aktifnya semakin meningkat. Sebelum digunakan sebagai sumber hidroksil pada pembuatan poliuretan, maka bilangan hidroksil minyak bekas penggorengan harus sudah dipastikan.

2)  Polietilen Glikol 400

          Polietilen glikol (PEG) memiliki rumus molekul HO(C₂H₄O)nH. PEG larut dalam banyak pelarut organik, seperti benzen, CCl₄, kloroform, dimetilformamida (DMF), dan asetonitril. PEG akan larut sempurna dalam air, namun kelarutan akan menurun dengan bertambahnya berat molekul polimer (Prasetya, 2010).

Karakterisasi Polimer

Analisis Gugus fungsi dengan Spektrofotometer Inframerah

          Pada prinsipnya spektrofotometer inframerah mengukur serapan radiasi elektromagnetik sebagai fungsi dari bilangan gelombang radiasi (cm^-1). Apabila seberkas cahaya dilewatkan terhadap benda, maka ada suatu berkas sinar yang diserap dengan panjang gelombang tertentu dan ada berkas sinar yang diteruskan.

          Bila cahaya mempunyai energi yang sama dengan frekuensi vibrasi senyawa, maka energi cahaya yang sesuai dengan panjang gelombang ini diserap. Energi dari sinar UV-visible mampu mengeksitasi elektron, namun penyerapan sinar infra merah oleh suatu atom hanya menyebabkan terjadinya eksitasi vibrasi  dalam atom-atom tersebut, dari tingkat energi vibrasi dasar (ground state) ke tingkat yang lebih tinggi (exited state). Perbedaan jenis ikatan dan massa atom yang berikatan akan mempengaruhi energi vibrasi, sehingga menyerap pada frekuensi yang berbeda. Perbedaan inilah yang menjadi dasar analisis gugus fungsi dalam suatu senyawa.

Pengujian Ikatan Silang

          Salah satu cara mengetahui keberadaan ikatan silang dalam polimer dilakukan dengan mengukur derajat penggembungan. Hal ini dilakukan dengan merendam polimer ke dalam suatu pelarut hingga batas waktu tertentu. Kemudian selisih massa sebelum dan sesudah direndam ditentukan.

          Derajat penggembungan yang semakin besar menunjukkan bahwa sampel tersebut semakin mudah ditembus oleh pelarut. Hal ini berarti polimer tersebut mengandung ikatan silang dalam jumlah sedikit. Sebaliknya, apabila derajat penggembungan semakin kecil berarti polimer semakin sulit ditembus oleh pelarut, artinya polimer tersebut mengandung ikatan silang dalam jumlah yang banyak (Eli Rohaeti, 2004).

Analisis Sifat Termal

Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik analisis polimer, dimana suatu sampel polimer dan referensi inert dipanaskan. Biasanya dilakukan dalam atmosfer nitrogen, dan kemudian transisi-transisi termal dalam sampel tersebut dideteksi dan diukur. Pemegang sampel yang paling umum dipakai adalah aluminium sangat kecil (emas atau grafit dipakai untuk analisis-analisis di atas 800 °C), dan referensinya berupa cangkir kosong atau cangkir yang mengandung bahan inert dalam daerah temperatur yang diinginkan, misalnya alumina bebas air. Ukuran sampel bervariasi mulai dari 0,5 sampai 10 mg (Stevens, 2001)

          DTA digunakan untuk mengetahui suhu transisi gelas (Tg) dan suhu dekomposisi (Td). Tg merupakan suhu saat polimer melepaskan sifat-sifat gelasnya dan mengambil sifat-sifat yang umumnya lebih menyerupai karet. Td adalah suhu dimana terjadinya pemutusan ikatan suatu makromolekul menjadi molekul-molekul penyusunnya yang lebih sederhana.

          Thermographimetric Analysis (TGA) terutama dipakai untuk menetapkan stabilitas panas polimer-polimer. Data dari TGA dicatat sebagai termogram berat versus temperatur. Hilangnya berat bisa timbul dari evaporasi lembab yang tersisa atau pelarut, tetapi pada suhu-suhu yang lebih tinggi terjadi dari terurainya polimer. TGA juga bermanfaat untuk penetapan volatilitas bahan pemlastik dan bahan-bahan tambahan lainnya (Stevens, 2001).

Analisis Sifat Mekanik

          Sifat mekanik terjadi dari karakteristik struktur dan morfologis yang sama dan cara dimana matriks polimer menjalani reorientasi molekul akibat respon terhadap tegangan (Stevens, 2001).

          Untuk mengukur kekuatan tarik (tegangan), regangan, dan modulus terhadap suatu sampel, maka salah satu ujung dibuat tetap dan ujung yang lain diberi beban yang bertambah dengan perubahan konstan hingga sampel putus. Nilai  tegangan suatu bahan merupakan besarnya energi yang dibutuhkan untuk memutuskan bahan. Sedangkan regangan merupakan seberapa besar pertambahan panjang bahan sebelum putus. Modulus elastisitas merupakan salah satu dari banyak sifat mekanik yang tidak mudah diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin (George, 1990).

          Kekerasan merupakan ukuran ketahanan polimer terhadap lekukan permukaan. Alat untuk melekuk bisa berupa pelekuk tipe jarum yang dibebani pegas (uji Barcol) atau bola baja yang diperberat (uji Rockwell) (George, 1990). Pengujian kekerasan terhadap suatu bahan polimer dapat menggunakan alat Shore A Durometer.