POLY(VINYL CHLORIDE)

POLY(VINYL CHLORIDE)

I. PENDAHULUAN

Poly(vinyl chloride) (PVC) adalah salah satu polimer thermoplastik paling penting

yang diproduksi oleh industri kimia. Produksi pada tahun 1980 di dunia mencapai 16.000 ton

per tahun dan pada tahun 1999 sudah mencapai 24,3 juta ton per tahun. Pada saat ini, PVC

adalah polimer terbesar ketiga yang dipakai di seluruh dunia setelah polietilen dan

polipropilen.

Reaksi tersebut dijaga selama 4 hari dibawah sinar matahari kemudian

terbentuklah serbuk putih PVC. Setelah dilakukan penelitian dan pengembangan dari proses

síntesis monomer dan polimer, skala komersial baru diproduksi setelah tahun 1930. Hal

tersebut dikarenakan, PVC sangat kaku dan sulit terbentuk. Namun setelah ditemukan cairan

tricresyl phosphate atau dibutyl phtalate disebut plastisizer, PVC mulai menarik untuk

diproduksi secara komersial

II. MONOMER. VINYL CHLORIDA (VC)

Proses pembuatan VC dari hidrokhlorinasi ethine (acetylene) menggunakan

katalis mercury(II) chlorida pada saat ini sudah jarang digunakan:

Teknologi Polimer-2011 Halaman 1

Vinyl colorida (VC), monomer dari PVC diperoleh pertama

kali pada tahun 1835 oleh Regnault ketika mereaksikan

antara 1,2-dichloroethan (ethylene dichloride) dengan larutan

potassium hidroksida :

POLY(VINYL CHLORIDE)

Pada saat ini, untuk memproduksi VC kebanyakan digunakan proses fisi secara

termal dari 1,2-dichloroethan:

1,2-Dichloroethane dihasilkan dari ethane dan chlorine.

VC dapat juga dihasilkan dari ethane, oksigen dan hidrogen colorida :

Vinyl chloride tidak berwarna, pada tekanan dan suhu ruangan merupakan gas

yang dapat terbakar. Oleh karena itu, polimerisasi dilakukan pada tekanan tinggi atau

dilakukan pada suhu -13,4 °C, dibawah titik didihnya. Sebagai contoh, jika reaksi dilakukan

pada suhu 50-75 °C, maka tekanan operasi yang digunakan mencapai 13 atm.

Disamping terbentuknya polimer, halogenasi atau hidrohalogenasi juga

berlangsung, meskipun sangat lambat. Pada saat berkontak dengan oksigen VC langsung

bereaksi membentuk chloride peroksida yang terurai menjadi formaldehid, carbon monoksida

dan hidrogen khlorida. Tanpa keberadaan oksigen, cahaya atau suhu tinggi, VC murni dan

kering sangat stabil dan dapat disimpan dalam waktu yang sangat lama. VC dapat

mengakibatkan kanker hati, paru-paru dan otak. Di awal tahun 1970, Dr. John Creech dan Dr.

Maurice Johnson adalah yang pertama kali menyadari bahaya monomer vinil klorida terhadap

risiko penyakit kanker. Para pekerja di bagian polimerisasi PVC didiagnosa menderita

angiosarkoma hati yang merupakan penyakit langka. Sejak saat itu, dilakukan studi terhadap

para pekerja di fasilitas polimerisasi PVC di Australia, Italia, Jerman, dan Inggris, dan

ditemukan kondisi yang serupa. Untuk itu, bekerja dengan VC membutuhkan peralatan

keselamatan dan teknik khusus.

III. MEKANISME REAKSI POLIMERISASI

Dalam pembuatan PVC dibutuhkan bahan baku utama dan bahan-bahan penyusun

lainnya. Bahan-bahan penyusun tersebut yang sangat berperan terhadap jenis PVC yang

dihasilkan. Dengan variasi bahan penyusun, dapat diperoleh polimer yang sangat tipis dan

elastis hingga polimer yang sangat tebal dan kaku. Bahan utam dan bahan-bahan penyusun

tersebut adalah :

Teknologi Polimer-2011 Halaman 2

POLY(VINYL CHLORIDE)

1. Bahan baku utama : VCM (Vinyl Chlorida Monomer)

Sifat kimia :

a) Rumus molekul : CH2=CHCl

b) Kelarutan : 0,1 gr/100 ml air pada 25 0C

d) VCM dihasilkan melalui proses yang sudah dijabarkan di bab sebelumnya.

Sifat fisika :

a) Bentuk : gas atau cair tak berwarna.

b) Density relatif : 0,9 gr/ml

c) Titik lebur : -154 0C

d) Titik didih : -13 0C

e) Tekanan uap : 346 Kpa pada suhu 25 0C

f) Bau : bau manis

g) Titik nyala : gas mudah menyala

h) Kondisi yang dihindari: sumber udara, O2, matahari, dan semua penyebab kebakaran

(sumber panas dan sumber nyala).

2. Bahan-bahan penyusun lainnya

1) Stabilizer

Dalam proses pembuatannya, PVC akan terdegradasi karena panas prosesnya. Hal ini

terindikasi dengan berubahnya warna PVC dari putih jernih menjadi kuning pucat

bahkan oranye. Stabiliser meningkatkan laju dehidroklorinasi sehingga perubahan

warna karena degradasi dapat dicegah. Stabiliser juga berperan dalam mencegah

degradasi karena radiasi ultra violet. Hal ini sangat penting untuk aplikasi PVC di luar

ruangan seperti frame jendela atau pintu. Jenis stabilizer yang digunakan antara lain :

basic lead carbonate, tribasic lead sulphate, dibasic lead phosphate, dibasic lead

phtalat, dibasic lead stearat dan lead silicate serta lead ortho silicate.

2) Plastisizer

Plastisizer memberikan sifat fleksibilitas terhadap PVC yang dihasilkan tergantung

dari jumlah yang ditambahkan selama proses polimerisasi. Plastisizer untuk PVC

mempunyai kelarutan yang hamper sama dengan PVC itu sendiri. Jenis dari plastisizer

yang digunakan antara lain pthalat base seperti DIOP, DAP dan DEHP; phosphate

base seperti TTP dan TXP.

3) Extender

Extender berfungsi seperti plastisizer. Dengan harga yang lebih murah, beberapa

extender dapat digunakan untuk menggantikan plastisizer. Contohnya adalah :

Teknologi Polimer-2011 Halaman 3

POLY(VINYL CHLORIDE)

chlorinated paraffin waxes, chlorinated paraffinic liquid fraction dan oil extract.

Beberapa jenis extender mempunyai kelarutan dibawah plastisizer namun masih dapat

ditoleransi sehingga dapat bercampur dengan baik.

4) Lubricant

Pelumas digunakan supaya dalam prosesnya, polimerisasi tidak terlalu kental. Jenis

pelumas yang digunakan antara lain : kalsium stearat.

5) Filler

Secara umum, filler digunakan dalam bahan isian PVC supaya mengurangi biaya yang

bersumber dari material. Selain sebagai bahan isian, beberapa filler juga sekaligus

dapat berfungsi untuk memberikan sifat fisika tertentu. Contoh filler yaitu : china clay,

kalsium karbonat, talc, barit dan silica.

6) Pigment

Zat warna ditambahkan pada proses polimerasasi untuk memberikan warna pada PVC.

Penggunaan zat warna harus disesuaikan jenisnya supaya fungsinya tidak mengganggu

fungsi bahan-bahan pembantu lain seperti plastisizer atau stabilizer.

7) Bahan-bahan pembantu lain seperti :

1. Katalis

Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di dalam reaktor.

Terdapat 2 macam katalis yang digunakan, yaitu Di-(2 - Ethylhexyl) Peroxy Dicarbonate

dan Cumyl Peroxy Neodecanoate.

2. Suspending agent

SA merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai pengontrol ukuran dan porositas

partikel yang berupa Poly(vinyl alkohol)

3. Terminator

Terminator merupakan bahan tambahan yang berfungsi untuk menghentikan reaksi dalam

proses polimerisasi. Contoh terminator yang digubakan adalah Methyl Phenol (C15H24O).

selain itu juga dapat digunakan Tert Buthyl Catechol (TBC) yang berfungsi sama seperti

Methyl Phenol namun bedanya TBC hanya digunakan pada saat –saat tertentu saja

(emergency only).

Polimerisasi paling umum yang digunakan untuk membuat PVC adalah

polimerisasi dengan radikal bebas. Cara lain yang digunakan adalah Ziegler-Nata, anionik dan

polimerisasi yang diinisiasi dengan radiasi. Untuk memudahkan pemisahan homolitik ikatan π

pada monomer, polimerisasi radikal terjadi pada langkah inisiasi. Secara umum, ada tiga cara

untuk menghasilkan radikal bebas yang dapat digunakan untuk polimerisasi VC :

Teknologi Polimer-2011 Halaman 4

POLY(VINYL CHLORIDE)

1. Thermal cleavage ikatan ozo atau peroxo;

2. Proses oksidasi-reduksi;

3. Metal alkyl yang berhubungan dengan Oksigen.

Setelah langkah inisiasi, pertumbuhan rantai pada langkah propagasi terjadi dengan cepat :

Langkah terakhir adalah terminasi dari pertumbuhan rantai dengan cara reaksi

perpindahan radikal menuju monomer. Radikal monomer tersebut dapat memulai rantai yang

baru.

IV. PROSES PEMBUATAN POLIMER

1. Polimerisasi Bulk

Polimerisasi bulk merupakan proses yang paling sedikit digunakan untuk

membuat PVC dari VC. Sekitar 10% saja dibandingkan penggunaan proses polimerisasi

suspensi dan emulsi. Keuntungan polimerisasi bulk adalah bahwa dapat dihasilkan produk

yang murni, yaitu produk yang bebas dari surfaktan, aditif maupun pelarut. Masalah yang

muncul adalah sulit mengontrol suhu yang berakibat sulitnya mengontrol laju reaksi. Proses

Pechiney-Saint-Gobain digunakan dalam pembuatan polimerisasi bulk skala industri karena

masalah pengontrolan panas dapat ditanggulangi. Cara yang digunakan adalah dengan

Teknologi Polimer-2011 Halaman 5

POLY(VINYL CHLORIDE)

menggunakan dua stage. Pada stage pertama, VC dipolimerisasi untuk memperoleh konversi

10% dalam bentuk pasta. Kemudian, massa yang bereaksi diteteskan kedalam autoclave

kedua untuk mencapai konversi 80%-85% dalam bentuk serbuk. Reaktor ini sengaja didesain

dengan pengaduk dan dilengkapi dengan kondenser. Apabila diinginkan polimer dengan

stabilitas thermal, maka reaksi dilakukan pada suhu rendah. Untuk melakukannya, diperlukan

inisiator yang dapat bekerja pada kisaran suhu -20 °C seperti katalis tipe redoks (organik

hidrogen peroksida dengan sulfur dioksida atau sulfur trioksida, organik hidrogen peroksida

dengan asam sulfinic atau turunannya dan organik hidrogen peroksida dengan hidroksi keton).

Proses ini tidak menggunakan suspending agent atau emulsifier sehingga produk yang

dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi. Polimerisasi secara bulk digunakan untuk

menghasilkan unplasticied PVC (UPVC).

2. Polimerisasi Larutan

Lebih dari 80% PVC diproduksi menggunakan proses polimerisasi suspensi.

Perbedaan dengan proses polimerisasi bulk adalah sebelum dimasukkan dalam reaktor, vinyl

chlorida ditambah air dengan perbandingan 2:1. Penyuspensi dapat berupa vinyl asetat, ether

selulosa, acrylic esther, vynil pyrrolidone, gelatin, lithium stearat, dll. Keberadaan

penyuspensi dibutuhkan untuk menstabilkan tetesan monomer dari kemungkinan koagulasi

dan untuk mengontrol dimensi dari partikel. Setelah proses polimerisasi, kelebihan monomer

ditampung atau dikembalikan ke reaktor. VCM didispersikan ke dalam air kemudian

ditambahkan stabilizer antara lain talcataubentonite. Inisiator ditambahkan di dalam suspensi

monomer. Inisiator yang digunakan untuk menghasilkan radikal bebas antara lain adalah :

peroxy dikarbonat, t-butylperpivalat, azobis dan acetyl cyclohexyl peroxy sulphonat. Polimer

dimurnikan dengan proses filtrasi, dicuci berulangkali dengan air suling dan dikeringkan

untuk memperoleh berat yang tetap dengan tekanan rendah dan suhu sekitar 50 °C. PVC yang

dihasilkan lebih murni, memiliki sifat isolasi listrik dan ketahanan panas yang baik serta lebih

jernih dari PVC emulsi.

3. Polimerisasi Emulsi

Monomer VCM dicampur dengan air dan ditambahkan stabilizer (sabun) dan

inisiator. Emulsifier yang digunakan antara lain garam alkali dan alkyl sulphonat. Inisiator

yang menghasilkan radikal bebas antara lain hydrogen peroksida, potassium persulphat dan

ammonium persulphat. Campuran dimasukkan ke dalam reaktor sehingga monomer teremulsi

masuk ke dalam soap micelle. Inisiator akan terurai menjadi radikal bebas sehingga berdifusi

ke dalam soap micelle untuk memulai polimerisasi PVC. Produk berbentuk lateks yang halus.

Teknologi Polimer-2011 Halaman 6

POLY(VINYL CHLORIDE)

Proses ini berlangsung relatif lebih cepat pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan

dengan metode lain. Produk yang dihasilkan memiliki daya tahan listrik rendah sehingga tidak

dapat dipakai untuk isolasi listrik.

V. SIFAT-SIFAT PVC

Sebagai suatu material, PVC mempunyai sifat fisika dan sifat kimia, yaitu :

1. Sifat Fisika

a) Bentuk dan warna : serbuk berwarna putih.

b) Bau : tidak berbau.

c) Tekanan uap : 0,1 mmHg.

d) Berat jenis : 0,40 – 0,60 gr/ml.

e) Titik nyala : 500 °F.

f) Kandungan air : 0,3 %.

g) Melunak pada suhu 65-85 °C dan mencair pada suhu 170 °C.

2. Sifat Kimia

a) Rumus molekul : [-CH2CHCl-]n

b) Daya suhunya terhadap minyak dan lemak cukup baik, adanya klorin membuat

plastik ini sukar terbakar.

c) Tidak larut dalam air

Reaksi : [- CH2 CHCl -]n + H2O

d) PVC bersifat keras, kaku, namun jernih dan mengkilap. Sangat sukar ditembus

air dan permeabilitas gasnya rendah.

e) Tahan terhadap alkali , isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan.

Sifat‐sifat polimer yang harus dioptimalkan pada proses produksinya adalah:

1. Berat molekul; menentukan proses polimerisasi dan sifat‐sifat produk.

2. Komposisi kimia; berhubungan dengan pembentukan kopolimer dan menentukan sifat

aliran pada saat pencairan polimer.

3. Ukuran butir dan lebarnya; menentukan cara penanganan bubuk dan prosesnya.

4. Sifat menyerap dari butir harus maksimal unutk memudahkan pemindahan reaksi

VCM.

5. Kemurnian; resin harus bebas dari kotoran.

6. Warna yang bagus dan stabilitas termal dibutuhkan untuk memungkinkan polimer

tidak terdegradasi

Teknologi Polimer-2011 Halaman 7

POLY(VINYL CHLORIDE)

VI. PROSES FABRIKASI PVC

Proses fabrikasi adalah proses pengolahan dari bijih plastik (pellet) ke bentuk

yang diinginkan. Ada berbagai jenis proses fabrikasi PVC yang paling umum dilakukan

antara lain:

1. Injection molding

Proses ini bersifat siklus, dapat menghasilkan produk dengan kepresisian yang tinggi.

Contoh PVC hasil injection molding: botol.

2. Ekstrusi

Proses ini bersifat kontinyu, massal, dan digunakan untuk produk yang tidak

memerlukan tingkat presisi yang tinggi seperi pipa, frame jendela, dll.

3. Calendering

Proses ini menghasikan produk berupa film atau lembaran‐lembaran tipis PVC.

Contohnya adalah plastic sampul.

4. Thermoforming

Proses ini mencetak produk PVC dengan memanaskan semacam lempengan PVC

kemudian ditekan ke cetakan sehingga membentuk sesuai dengan cetakan. Contohnya

cup untuk ice cream, kotak makanan, dll

VII. KEGUNAAN PVC

Produk PVC amat beragam. Namun secara garis besar dibagi menjadi dua yaitu

unplasticised PVC (UPVC atau PVC‐U) yang bersifat rigid dan plasticised PVC yang bersifat

fleksibel.

1. Aplikasi PVC Rigid

PVC Rigid itu keras dan kaku. Salah satu penggunaan UPVC yang paling besar adalah

untuk frame jendela (profil). Material ini mudah untuk dilas dan ditempelkan, bahkan dengan

formulasi tertentu aman untuk digunakan pada aplikasi kemasan makanan. Aplikasi UPVC

termasuk: Bangunan / Konstruksi: frame jendela, pipa air, lantai, frame pintu, lembaran atap,

genteng. Electrical engineering: pipa insulasi, rumah telepon, rumah stop kontak. Mechanical

engineering: pipa bertekanan, rumah thermostat, pipa sambungan, ventilasi. Packaging: casing

pulpen, botol oli dan makanan, kotak cream, dll.

2. Aplikasi PVC Fleksibel

PVC yang diberi plasticiser lebih fleksibel. Sifat mekanik dari PVC jenis ini

bergantung pada tipe dan kuantitas plasticiser yang ditambahkan. Aplikasi PVC fleksibel

meliputi: Electrical engineering: insulasi kabel dan kawat, soket, kepala kabel. Mechanical

Teknologi Polimer-2011 Halaman 8

POLY(VINYL CHLORIDE)

engineering: pipa, komponen mobil dan komputer. Bangunan/kosntruksi: cover lantai, perekat

jendela dan pintu. Medis: Tas penyimpan Darah Lain‐lain: selang, mainan anak‐anak, masker

penyelam, sepatu boot, jas hujan, sabuk pengaman, jok sepeda, kemasan makanan, sepatu,

cover dinding,dll.

3. Kode Segitiga Plastik

PVC dianggap sebagai jenis plastik yang paling berbahaya bersentuhan langsung dengan

makanan. Hal ini karena PVC mengandung DEHP (Dietil Heksi Pthalat) yang dapat bereaksi

dengan makanan yang dikemas dengan plastik berbahan PVC. DEHP ini lumer pada suhu 150

°C.

Daur ulang PVC saat ini tidaklah populer karena biaya untuk menghancurkan dan

memproses kembali resin PVC lebih mahal dari pada membuat resin PVC dari bahan

bakunya. Beberapa pembuat PVC telah menempatkan program daur ulang PVC, mendaur

ulang sampah PVC kembali menjadi produk baru sebagai upaya untuk mengurangi perluasan

lahan pembuangan sampah. Proses depolimerisasi termal bisa dengan aman dan efisien

mengubah PVC menjadi bahan bakar, namun hal ini tidak dilakukan secara luas.

VIII. PUSTAKA

Brydson J.A., 1999, Plastic Materials, 7th ed., Butterworth Heinneman, London

Kricheldorf R, Swift G, Nuyken O, 2005, Handbook of Polymer Synthesis, 2nd ed.,

Marcel Dekker, New York

Matar, Sami, 2000, Chemistry of Petrochemical Processes, 2nd ed., Gulf

Publishing Company, Texas

Tadmor, Zehev, 2006, Principles of Polymer Processing, 2nd ed., John Wiley and

Sons, New Jersey

Teknologi Polimer-2011 Halaman 9

Wadah plastik yang kita gunakan dapat diketahui berbahaya atau tidak

dengan melihat kode yang biasanya terdapat dalam bawah wadah plastik.

Kode tersebut menunjukkan dari jenis bahan apa plastik itu dibuat. Kode

tersebut berupa segitiga yang terdiri dari 3 anak panah atau dengan huruf

yang merupakan singkatan nama bahan pembuat plastik.