TEKNIK PROSES DALAM INDUSTRI POLIMER

TEKNIK PROSES DALAM INDUSTRI POLIMER

       I.            PENDAHULUAN

Industri kimia merupakan industri yang bergerak dalam produksi zat kimia, menggunakan proses kimia untuk menghasilkan zat baru. Proses-proses kimia yang dilakukan dalam industri yaitu reaksi kimia dan peristiwa kimia fisik, seperti pencampuran molekuler bahan-bahan dengan rumus dan struktur molekul yang berlainan, pengubahan fase, misalnya penguapan, pengembunan, dan pengkristalan, serta pemisahan campuran menjadi zat-zat penyusunnya yang lebih murni. Industri kimia sangat luas cakupannya, namun ada beberapa bidang besar dala industri kimia, antara lain petrokimia, agrokimia, farmasi, polimer, dan oleokimia. Industri kimia terlibat dalam pemrosesan bahan mentah yang diperoleh melalui penambangan, pertanian, dan sumber-sumber alam lain menjadi material, zat kimia, serta senyawa kimia yang merupakan produk akhir atau produk antara dalam sebuah industri. Sebagai mahasiswa kimia, kita perlu mengetahui lebih dalam bidang-bidang tersebut, agar kita mengetahui tempat untuk menggunakan ilmu kimia yang dimiliki dengan aplikasi nyata dalam dunia industri.

Polimer termasuk bidang dalam industri kimia yang sedang dan akan terus berkembang. Hal ini disebabkan aplikasi produk-produk polimer yang banyak digunakan untuk kebutuhan rumah tangga maupun dalam dunia industri. Industri kimia yang bergerak dalam bidang polimer juga luas cakupannya, misalnya polimer yang saat ini sedang banyak dikembangkan yaitu polimer untuk bahan bakar ramah lingkungan, yaitu polimer membran penukar ion menggunakan polisulfon tersulfonasi-TEOS yang membutuhkan bahan baku air untuk menghasilkan listrik dengan residu berupa gas CO₂. Selain itu juga sedang berkembang pemanfaatan senyawa polimer sebagai katalis reaksi.

Berdasarkan uraian diatas untuk mengetahui lebih lanjut mengenai industri polimer, maka dibuat beberapa rumusan masalah, yaitu:

A.       Bagaimana diagram alir dan proses pembuatan polimer Bahan Baku PVC?

B.       Bagaimana operasi industri polimer?

C.       Apa laboratorium penunjang industri polimer?

    II.            PEMBAHASAN

A.       Diagram Alir dan Proses Pembuatan Polimer Bahan Baku PVC (Poli vinil klorida)

PVC merupakan bahan baku plastik jenis komoditi yang sering digunakan untuk memproduksi bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantui, isolasi kawat dan kabel. Jika dilihat dari sifatnya, plastik berbahan baku PVC merupakan termoplastik. PVC dapat dibuat dengan cara Polimerisasi adisiyaitu polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomernya yaitu etil klorida (VCM). (Anonim1, 2009)

Proses pembuatan PVC melalui reaksi Polimerisasi adisi dibutuhkan beberapa materi yaitu Etilena, Garam Indusri (merupakan garam terbaik untuk dilakukan elektrolisis karena kualitas kemurniannya tinggi), dan tenaga listrik.

Gambar 1. Proses Produksi PVC (Anonim5, 2008)

Dalam proses yang disebut elektrolisis, garam dilarutkan dalam air dan larutan dialiri dengan arus listrik sehingga pada proses ini diproduksi klorin, soda kaustik, dan hidrogen. Secara terpisah, minyak atau gas disuling dan Etilena dapat diproduksi melalui proses pemisahan kimia yang disebut dengan ‘cracking’. Lalu Etilena dan Klorin direaksikan dan ketika Etilena dan klorin bereaksi akan dihasilkan produk yaitu diklorida etilena (EDC); dimana selanjutnya akan dipecah dan dihasilkan monomer etil klorida (VCM), yaitu dasar dari penyusunan poli (vinil klorida) (PVC). Selanjutnnya PVC yang diproduksi dalam bentuk bubuk putih disebut dengan termoplastik (Anonim5, 2008).

Teknik produksi plastik yang tepat untuk bahan baku PVC adalah ekstrusi. Pertama bahan berupa PVC berbentuk butiran atau serbuk dimasukkan dalam corong, di dorong ke screw baja. Dilairkan ke sepanjang bejana (barrel), dan dipanaskan. Kedalaman lekukan screw makin berkurang untuk memadatkan bahannya. Pada ujung ekstruder, lelehan melalui die dalam keadaan panas, lunak, dan mudah dibentuk. Ekstrusi ini harus segera dijaga bentuk dan ukurannya yaitu dengan cara pendinginan menggunakan udara atau air. Dalam proses ekstrusi, ekstrudat yang dihasilkan tidak selalu tepat sama dengan dimensi/ukuran die, yaitu agak lebih kecil. Untuk mengatasi hal ini maka dapat digunakan alat khusus yang mampu mengambil ekstrudat lunak dari die dengan cepat (Hartono, 1993).

B.       Operasi Industri Polimer

Operasi industri polimer meliputi beberapa proses, yaitu:

1.    Proses Injection Molding

Molding Injeksi adalah teknik yang paling banyak digunakan untuk fabrikasi bahan termoplastik. Sebuah  penampang  skematik  dari  alat  yang  digunakan  diilustrasikan  pada  Gambar 2:

Gambar 2. Skema diagram Injection Molding

Bijih plastik (pellet) dimasukan pada feed hopper kemudian bahan akan masuk dalam silinder dengan gerakan pendorong atau ram. Bahan didorong maju ke dalam ruang pemanas yang mana diberikan tekanan di sekitar spreader sehingga dapat melakukan kontak yang lebih baik dengan dinding yang telah  dipanaskan.  Akibatnya,  bahan  termoplastik  meleleh  membentuk  cairan  kental.  Selanjutnya, plastik cair  didorong  lagi  oleh  gerak  ram,  melalui mulut  pipa  ke  dalam rongga  cetakan  tertutup; tekanan  dipertahankan  sampai  molding  telah  dipadatkan. Akhirnya,  cetakan  dibuka,  potongan dikeluarkan, cetakan ditutup, dan seluruh siklus diulang. Mungkin fitur yang paling menonjol dari teknik ini adalah kecepatan produksi potongan. Untuk termoplastik, pemadatan muatan disuntikkan sesegera mungkin, akibatnya, siklus untuk proses ini sangatlah singkat (biasanya dalam kisaran 10 sampai 30 s). Thermosetting polimer mungkin juga dibentuk melalui teknik ini, namun dibutuhkan waktu siklus lebih lama dibandingkan proses thermoplastics karena harus ada proses curing pada bahan setelah berada dibawah tekanan dalam cetakan yang dipanaskan. Proses ini kadang-kadang disebut reaksi injection molding (RIM) dan umumnya digunakan untuk bahan seperti polyurethane.

2.    Proses Ekstrusi

       Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali.

Gambar 3. Alat Ekstrusi

       Sebuah sekrup mekanis atau auger (gurdi) mendorong bahan pelet (bijih plastik) melalui ruang, yang berturut-turut  dipadatkan, meleleh , dan dibentuk menjadi muatan kontinu cairan kental.

Gambar 4. Skema Diagram Ekstrusi

       Ekstrusi  terjadi  karena  massa  cair  dipaksa  melalui  lubang cetakan.  Pemadatan  dari  bahan  yang diekstrusi  dipercepat  oleh  blower,  semprotan  air,  atau bath.  Teknik  ini  biasa  digunakan  dalam memproduksi bahan yang berbentuk panjang yang memiliki penampang geometri konstan misalnya, batang, tabung, selang saluran, lembaran, dan filamen.

3.    Proses Molding Kompresi dan Transfer

       Dalam proses Molding kompresi dibutuhkan campuran yang tepat antara Polimer dan aditif yang kemudian ditempatkan antara Mold Plunger dan Mold Cavity sperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 5. Skema Diagram Molding Kompresi

       Kedua bagian pada cetakan tersebut telah dipanaskan, namun hanya satu saja yang dapat digerakkan. Kemudian cetakan ditutup kemudian bahan diberikan tekanan pada saat suhu tinggi, seingga plastik menjadi kental lalu mengalir mengisi rongga cetakan dan membentuk sesuai bentuk cetakan yang digunakan. Sebelum pencetakan bahan dapat melalui proses Preform (proses pencampuran bahan bakudan ditekan dingin pada sebuah disc (potongan). Proses ini akan mengakibatkan berkurangnya waktu molding dan tekanan, memperluas die life-time, serta dapat menghasilkan potongan yang lebih seragam. Teknik cetakan ini cocok untuk pembuatan polimer termoplastik dan termoset baik, namun penggunaannya dengan termoplastik lebih memakan waktu dan mahal daripada ekstrusi yang lebih umum  digunakan  atau  teknik  injeksi  molding.  Dalam    molding  transfer  (variasi  dari  Molding kompresi), pada awalnya bahan padatan terlebih dahulu dilelehkan dalam sebuah wadah perpindahan panas. Setelah itu, bahan yang sudah berubah menjadi cairan disuntikan ke dalam ruangan cetak, kemudian diberikan tekanan yang merata pada seluruh permukaaannya. Teknik ini digunakan dengan polimer-polimer termoseting yang memiliki geometri yang kompleks.

Gambar 6. Skema diagram Transfer Molding

4.    Proses Blow Molding

        Proses blow-molding untuk pembuatan wadah plastik mirip dengan yang digunakan untuk meniup botol kaca.

Gambar 7. Proses Blow Molding Secara Umum

       Pertama  parison  atau  pipa  panjang  polimer,  diekstrusi.  Ketika  masih dalam  keadaan  semileleh, parison  ditempatkan  dalam  cetakan  dua  potong  memiliki  konfigurasi  (bentuk)  kontainer  yang diinginkan.  Bentuk  bahan  yang  berongga  dibentuk  dengan  meniupkan  udara  atau  uap  di  bawah tekanan ke parison, sehingga mendorong dinding tabung agar sesuai dengan kontur cetakan. Suhu dan viskositas parison harus diatur dengan cermat.

C.       Laboratorium Penunjang Industri Polimer

Laboratorium Uji Polimer (LUP) merupakan Laboratorium terakreditasi (SK KAN No. LP-083-IDN) sejak tahun 1999. LUP memberikan pelayanan uji dan karakterisasi, konsultasi, serta pelatihan di bidang material khususnya polimer atau plastik. Selain pengujian dan karakterisasi yang berdasarkan standar uji internasional seperti ASTM, JIS, atau ISO, kami juga melayani proses pembuatan plastik atau polimer serta berbagai preparasi awal sampel untuk pengujian.

1.        Universal testing machine

Laboratorium Uji Polimer melayani pengujian sifat fisis dan mekanik suatu bahan terutama polimer. Secara umum pengujian yang menggunakan Universal Testing Machine (UTM) adalah uji  tarik (tensile test) dan uji tekan (compression test). Pengujian yang setipe dengan uji tarik adalah uji sobek (tear test), uji geser (shear test), uji kelelahan (fatigue test), dan uji kelupas (peal test). Sedangkan pengujian yang sejenis dengan uji tekan adalah uji lentur (bending/flexural test).

Parameter yang dihasilkan baik untuk uji tarik maupun uji tekan adalah modulus elastisitas (modulus Young), kuat luluh (yield strength), kuat maximum tekan/tarik (ultimate strength), kuat putus (break strength), regangan luluh (yield strain), regangan di titik maksimum tekan/tarik (ultimate strain), regangan putus (break strain/ % elongation at break).

Alat buatan Orientec, UCT-5T ini dapat menguji  bahan  plastik, logam, kayu, tali, benang, dan kertas.  Adapun load cell yang digunakan  adalah 5 kgf, 100 kgf, dan 5000 kgf.  Pengujian bisa dilakukan pada suhu kamar, 23 ^oC dengan kelembaban 50% sampai pengujian pada suhu tinggi hingga 200 ^oC.

2.        Analisis termal

Teknik analisa termal yang umum digunakan adalah Differential Thermal Analysis (DTA), Thermogravimetry Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), dan Thermal Mechanical Analyzer (TMA) . 

Masing-masing metoda di atas secara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut :

a.       Thermogravimetry (TG) adalah teknik analisa yang mengukur berat sampel yang hilang sebagai fungsi temperatur atau sebagai fungsi dari waktu pada temperatur tertentu pada kecepatan yang tetap.

b.      Diffrential Thermal Analysis (DTA) adalah teknik analisa yang mengukur perbedaan temperatur antara sampel dan referensi sebagai fungsi temperatur.

c.       Differential Scanning Calorimetry (DSC) adalah teknik analisa yang mengukur perbedaan kalor yang masuk ke dalam sampel dan referensi sebagai fungsi temperatur.

Alat ini bisa mengukur perubahan temperatur sampai 500 ^oC dengan laju pemanasan 5 ^oC/menit sampai 10 ^oC/menit. Pengukuran juga bisa dilakukan menggunakan udara kering maupun gas nitrogen. Untuk DSC dan TMA, pengujian bisa dilakukan mulai dari suhu -150 ^oC sedangkan untuk TGA pengujian hanya bisa dilakukan mulai dari suhu kamar.

3.        Scanning electron microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) menggunakan metode Secondary Electron Image (SEI). SEM digunakan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan sampel. Alat buatan JEOL T-330A ini menghasilkan foto polaroid dan mampu memfoto dengan perbesaran dari 35x sampai 10000x. Sampel yang difoto sebaiknya berukuran kecil, tidak lebih dari 5 mm x 5 mm untuk luas permukaan dan sampel dalam keadaan kering.  Untuk sampel yang tidak bersifat konduktif, sampel harus dilapisi terlebih dahulu dengan bahan yang bersifat konduktif. Ion sputtering, alat yang digunakan untuk melapisi sampel ini tersedia juga di Laboratorium Uji Polimer (LUP). Bahan pelapisnya adalah emas (Au).

 III.            KESIMPULAN

A.    Proses pembuatan PVC melalui reaksi Polimerisasi adisi dibutuhkan beberapa materi yaitu Etilena, Garam Indusri (merupakan garam terbaik untuk dilakukan elektrolisis karena kualitas kemurniannya tinggi), dan tenaga listrik. Teknik produksi plastik yang tepat untuk bahan baku PVC adalah ekstrusi.

B.     Operasi industri polimer terdiri dari beberapa proses, yaitu proses injeksi molding, proses ekstrusi, proses molding kompresi dan transfer, serta proses blow molding.

C.     Laboratorium Uji Polimer (LUP) merupakan Laboratorium terakreditasi (SK KAN No. LP-083-IDN) sejak tahun 1999. LUP memberikan pelayanan uji dan karakterisasi, konsultasi, serta pelatihan di bidang material khususnya polimer atau plastik.

D.    Proses pembuatan plastik atau polimer serta berbagai preparasi awal sampel untuk pengujian, yaitu Universal testing machine, Analisis Termal, dan Scanning electron microscope (SEM).