POLIMERISASIHETEROGEN
• Polimerisasi emulsi saat ini banyak dimanfaat-kan secara komersial untuk memproduksi ber-bagai jenis polimer.
• Polimer yang dibuat dengan proses ini addition polymer dan memerlukan inisiator radikal bebas.
Polimerisasi Emulsi
Pada umumnya, sistem polimerisasi emulsi terdiri atas :
• monomer,
• dispersing medium,
• emulsifying agent,
• Inisiator yang larut dalam air,
• transfer agent.
Contoh resep polimerisasi emulsi: • 180 bagian (b) air, • 100 bagian (b) monomer, • 5 bagian (b) sabun (emulsifying agent),• 0.5 bagian (b) of potassium persulfate (inisiator
yang larut dalam).
Bagaimana komponen-komponen ini terdistribusi dalam sistem?
Distribusi Komponen
Sabun adalah garam Na atau K dari asam organik, seperti sodium stearate:
[CH3 (CH2)16 C O–] Na+
O
R
Jika sejumlah kecil sabun dimasukkan ke air, maka akan terionisasi:
[CH3 (CH2)16 C O–] Na+
O
[CH3 (CH2)16 C O–] + Na+
O
Anion sabun terdiri dari bagian yang tak larut dalam air (R) yang berupa rantai panjang, dan diakhiri oleh bagian yang larut dalam air.
Hydrophopicgroup
Hydrophilicgroup[CH3 (CH2)16 C O–]
O
First addition of surfactant
More addition of surfactant
More addition of surfactant
Surfactant dissolves in the bulk and form an adsorption film at
the air/water interface
colloidal particles The micelles remain in dynamic
equilibrium with the soap molecules
dissolved in water
Micelle bentukbatang
Micelle bentuk bola
50 – 100 molekul sabun 1000 – 3000 Å
2 panjang molekul sabun
Jika monomer yang tidak larut/sedikit larut dalam air diemulsikan dalam air dengan bantuan sabun dan pengadukan, maka akan terbentuk tiga fasa:
• Fasa air dengan sedikit sabun dan monomer yang terlarut.
• Tetesan monomer yang teremulsikan. • Micelle (monomer-swollen micelles).
• Diameter tetesan monomer : 1 μm.
• Ukuran butiran sangat dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan.
• Konsentrasi micelle: 1018 micelle per ml
• Konsentrasi monomer: 1010 – 1011 per ml.
Contoh diagram alir polimerisasi emulsi
• Konsentrasi surfactant• Temperatur• Kekuatan ion• Keberadaaan molekul lain
Pembentukan agregat dalam air sangat ter-gantung pada beberapa faktor:
Jika inisiator yang larut dalam air, seperti potassium persulfate, ditambahkan ke sistem polimerisasi emulsi, maka senyawa tersebut akan mengalami dekomposisi termal menjadi anion radikal sulfat:
LOKASI POLIMERISASI
S2O8– 2 SO4
– panas
Anion radikal yang larut dalam air akan bereaksi dengan monomer terlarut dalam fasa air mem-bentuk radikal bebas tipe sabun:
SO4– + (n + 1) M
– S2O4– (CH2 – CX2)n – CH2 – CX2
50 – 60C
Lokasi polimerisasi
Alasan mengapa reaksi polimerisasi terjadi dalam micelle:
(1) Dimensi micelle 50 – 100 Å sementara tetesan monomer > 1 μm (10,000 Å). Karena rasio luas permukaan/volume bola adalah 3/R, maka micelle memiliki luas pemukaan yang lebih besar.
(2) Konsentrasi micelles lebih tinggi daripada tetesan monomer (1018 vs. 1011 per cm3).
Sebelum inisiasi:
• Dispersing medium, biasanya air, yang mengandung sedikit sabun (emulsifier) dan monomer.
• Tetesan monomer dengan ukuran 10.000 Å terpisah akibat stabilisasi oleh molekul emulsifier.
• Konsentrasi tetesan monomer 1010–1011 per ml.
Tiga tahap polimerisasi
• Jika CMC terlampaui, 50 –100 molekul emulsifier akan membentuk micelle yang berbentuk bola dengan ukuran 40 – 50 Å;
• Beberapa micelles terisi oleh lebih banyak monomer dan memiliki ukuran 50 – 100 Å;
• Konsentrasi micelle 1018 per ml.
• Tegangan permukaan rendah karena adanya sufactant.
TAHAP I (konversi 12–20%):
• Konsentrasi molekul monomer terlarut menjadi kecil.
• Tidak ada emulsifier terlarut.• Polimerisasi hanya terjadi dalam partikel
monomer-swollen polymer (latex) melalui difusi monomer dari tetesan monomer.
• Partikel polimer tumbuh, sementara ukuran tetesan monomer berkurang.
STAGE II (25 – 50% conversion):
• Tidak ada inti partikel baru (jumlah partikel latex konstan), dan karena konsentrasi monomer konstan, maka kecepatan polimerisasi juga konstan.
• Akhir dari tahap ini ditandai dengan hilangnya tetesan monomer.
• Tidak ada monomer dan emulsifier terlarut, emulsifier micelles, tetesan monomer atau monomer-swollen micelles.
• Karena tetesan monomer tidak ada, maka kecepatan polimerisasi berhenti, yang ditandai dengan habisnya monomer dalam partikel latex.
• Di akhir polimerisasi (konversi 100%), sistem mengandung partikel polimer (400–800 Å) yang terdispersi dalam fasa air.
STAGE III (50 – 80% conversion):
Tahapan dalam polimerisasi emulsi
Top Related