BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1.
Sejarah Poliuretan
Usaha menciptakan polimer poliuretan pertama kali dirintis oleh Otto Bayer dan rekanrekannya pada tahun 1973 di labolatorium I.G. Farben di Leverkusen, Jerman. Mereka menggunakan prinsip polimerisasi adisi untuk menghasilkan poliuretan dari diisosianat cair dan polieter cair atau diol poliester seperti menunjuk ke berbagai kesempatan spesial, khususnya saat dibandingkan dengan berbagai plastik yang dihasilkan dari olefin, atau dengan polikondensasi. Awalnya, usaha difokuskan pada produksi serat dan busa yang fleksibel. Kendati pengembangan terintangi oleh Perang Dunia II (saat itu PU digunakan dalam skala terbatas sebagai pelapisan pesawat), poliisosianat telah menjadi tersedia secara komersial sebelum tahun 1952. Produksi komersialnya busa poliuretan yang fleksibel dimulai pada 1954, didasarkan pada toluena diisosianat (TDI) dan poliol poliester. Penemuan busa ini (yang awalnya dijuluki keju Swissimitasi oleh beberapa penemu) adalah berkat jasa air yang tak sengaja dicampurkan ke dalam campuran reaksi. Bahan-bahan ini digunakan pula untuk memproduksi busa kaku, karet gom, dan elastomer. Serat linear diproduksi dari heksametilena diisosianat (HDI) dan 1,4-butanadiol (BDO).Poliol polieter yang tersedia secara komersial untuk pertama kalinya, poli(tetrametilena eter) glikol, diperkenalkan oleh DuPont pada 1956 dengan mempolimerisasikan tetrahidrofuran. Glikol polialkilena yang tak begitu mahal diperkenalkan BASF dan Dow Chemical setahun selanjutnya, 1957. Poliol polieter menawarkan sejumlah keuntungan teknis dan komersial seperti biaya yang rendah, penanganan yang mudah, dan stabilitas hidrolitik yang lebih baik dan poliol poliester bisa digantikan dengan cepat dalam pembuatan barang-barang dari poliuretan. Pada 1960lebih dari 45.000 ton busa poliuretan yang fleksibel diproduksi. Seiring dengan perkembangan zaman, tersedianya bahan tiup klorofluoroalkana, poliol polieter yang tak mahal, dan
Universitas Sumatera Utara
metilena difenil diisosianat (MDI) menjadi bukti dan penggunaan busa kaku poliuretan sebagai bahan isolator berkinerja tinggi. Busa kaku yang didasarkan pada MDI polimerik menawarkan karakteristik pembakaran dan stabilitas suhu yang lebih baik daripada busa kaku berbasis TDI. Dalam 1967 diperkenalkan busa kaku poliisosianurat yang termodifikasi uretana, menawarkan sifat yang tak mudah terbakar serta stabilitas termal yang jauh lebih baik kepada berbagai produk isolator berdensitas rendah. Selain itu, dalam era 1960-an diperkenalkan pula sejumlah komponen pengaman bagian dalam otomotif seperti panel pintu dan instrumen yang dihasilkan dengan kulit termoplastik isian penguat dengan busa semi-kaku Pada 1969,Bayer AG memamerkan sebuah mobil yang semua komponennya dari plastik di Dusseldorf, Jerman. Komponen-komponen mobil itu dibuat dengan menggunakan sebuah proses baru bernama RIM (Reaction Injection Molding). Teknologi RIM menggunakan tumbukan bertekanan tinggi dari komponen cair yang dilanjutkan dengan mengalirkan campuran reaksi dengancepat ke dalam rongga cetak. Bagian-bagian berukuran besar, seperti panel bodi dan fasia otomotif, bisa dicetak dengan cara tersebut. Polyurethane RIM lambat laun berkembang menjadi berbagai macam produk serta proses. Penggunaan teknologi trimerisasi dan pemuai rantai diamina memberikan poli(uretana urea), poli(uretana isosianurat), dan poliurea RIM. Penambahan bahan pengisi, seperti kaca berigi (milled glass), mika, dan serat mineral olahan menghasilkan RRIM (reinforced RIM atau RIM yang diperkuat) yang memberikan berbagai peningkatan dalam modulus lendut (kekakuan) dan stabilitas termal. Modulus lendut semakin ditingkatkan dengan memasukkan glas mat praletak ke dalam rongga cetak RIM, yang juga dikenal sebagai SRIM, atau struktural RIM. Elastomer poliuretan yang sangat terisi maupun yang tak terisi kini digunakan dalam penerapan saringan minyak suhu-tinggi. (Woods,1987; Pigott, 1996).
Universitas Sumatera Utara
2.2.
Minyak Jagung
Indonesia merupakan salah satu negarapenghasilminyak jagung, karena itu selain sebagai bahan pangan perlu juga dicari alternatif pemanfaatan lainnya dengan usaha mengubah minyak nabati menjadi produk lain yang nilai ekonomisnya lebih tinggi. Komponen utama minyak jagung adalah Asam lemak meliputi asam lemak jenuh (palmitat danstearat) serta asam lemak tidak jenuh, yaitu oleat (omega 9) dan linoleat(omega-6). Pada minyak jagung terkandung linolenat (omega-3). Jumlah asam lemak jenuh dalam minyak jagung sekitar 13 persen. Golongan asam lemak jenuh menyusun trigliserida minyak jagung adalah asam palmitat dan asam stearat. Asam palmitat mempunyai atom c sebanyak 16 persen titik cair 62,9oC dan besarnya kurang lebih sekitar 10 persen dari berat minyak.
Asam stearat
mempunyai jumlah atom c sebanyak 18 dengan titik cair 69,6oC dan jumlahnya sekitar 3 persen dari berat minyak. Rumus bangun asam palmitat dan asam stearat adalah sebagai berikut (gambar 2.1) H
H
H
H
O
H C (CH2)13 C H
(a)
C H
O
H C (CH2)15 C OH
H
C H
OH
(b)
Gambar 2.1 (a) asam palmitat (b) asam stearat
Minyak jagung juga memiliki asam lemak tidak jenuh sebagai penyusunnya yaitu asam oleat dan asam linolenat . asam oleat mempunyai titik cair sekitar 16,3oC dan dalam minyak jagung jumlahnya kurang lebih 30 persen dari berat minyak. Asam linolenat mempunyai titik cair sekitar -5oC dan jumlah asam linoleat dalam minyak jagung sekitar 56 persen dari berat minyak. (tabel 2.1) komosisi minyak jagung (ketaren,1986)
Tabel 2.1 Komposisi Minyak Jagung
Universitas Sumatera Utara
Komponen 1. Total Gliserida 2. Bahan tidak tersabunkan: Total Siosterol 3. Asam lemak (persen dari total asam) a. Asam lemak jenuh Palmitat Stearat b. Asam lemak tidak jenuh Linoleat Oleat Sumber : ketaren (1986)
2.3
Jumlah (%) 98,6 1,26 - 1,63 0,92 – 1,08 13 10 3 86 56 30
Poliuretan
Poliuretan merupakan bahan polimer yang mempunyai ciri khas adanya gugus fungsi uretan (-NHCOO-) dalam rantai utama polimer. Gugus fungsi uretan dihasilkan dari reaksi antara senyawa yang mengandung gugus hidroksil (-OH) dengan senyawa yang mengandung gugus isosianat (-NCO-). Poliuretan merupakan polimer termoset yang terbentuk dari reaksi antara senyawa diisosianat dengan senyawa polifungsi yang mengandung sejumlah gugus fungsi hidroksil (poliol). Sumber poliol yang digunakan dalam penelitian ini adalah minyak jagung. Poliuretan dapat disintesis dengan densitas bervariasi mulai dari 6 kg/m3 hingga 1220 kg/m3 serta kekakuan yang bervariasi pula mulai dari elastomer yang sangat fleksibel hingga plastik kaku dan rigid. Dengan demikian produk poliuretan dapat berupa elastomer termoplastik linier yang lunak sampai busa termoset yang keras. Bervariasinya densitas dan kekakuan poliuretan, sehingga produk poliuretan dapat dijumpai pada berbagai bidang kehidupan. Di bidang otomotif, poliuretan dapat dijumpai sebagai komponen kendaraan yang meliputi bagian eksterior dan interior misalnya bumper, panel-panel body, dan tempat duduk (Woods, 1987). Di bidang kedokteran, poliuretan digunakan sebagai bahan pelindung muka, kantung darah, dan bahan tabung (Nicholson, 1997).
Universitas Sumatera Utara
Selain itu, poliuretan telah digunakan pula untuk furniture, bangunan dan konstruksi, insulasi tank dan pipa, pabrik pelapis, alat-alat olahraga, serta sebagai bahan pembungkus. Selama ini poliol diproduksi dari produk turunan minyak bumi yaitu etilen oksida dan propilen oksida. Mengingat minyak bumi merupakan bahan baku yang tidak terbarukan dan cadangannya semakin berkurang, serta makin meningkatnya permintaan poliol maka sebagai alternatif pengganti minyak bumi, dipilih minyak nabati. Minyak nabati berasal dari sumber yang dapat diperbaharui. Molekul minyak nabati dapat ditransformasi secara kimia untuk menghasilkan gugus hidroksil dengan reaksi epoksidasi dan hidroksilasi(Faleh,2001). Berikut pembentukan uretan dari senyawa isosianat dengan alkohol (gambar 2.2) : O R
N
C
O
+
R'OH
C
NH
R
OR' isocyanate
alcohol
carbamate (urethane)
Gambar 2.2 Reaksi pembentukan uretan dari senyawa diisosianat dengan alkohol
Reaksi yang melibatkan monomer-monomer pada pembentukan poliuretan yaitu gugus sianat N=C=O dan gugus –OH ( Gambar 2.3) O
C
O
O N R
N
Diisosianat
C
H +
HO R Diol
OH
C N
R
N
O C O R' OH
Poliuretan
Reaksi dengan monomermonomer berikutnya
O
H C N
R
N
O C O R' OH
n
monomer poliuretan
Gambar 2.3. Reaksi Pembentukan Monomer Poliuretan.
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Reaksi Epoksidasi Epoksida minyak dan asam lemak nabati merupakan produk komersial utamanya
digunakan sebagai stabilizerpolivinil klorid (PVC) dan polimer-polimer yang lain, dan bahan intermediet pada pembuatan biolubricant dan deterjen serta sebagai proses awal pembuatan poliol bahan dasar poliuretan. Epoksidasi asam lemak adalah reaksi antara ikatan rangkap karbon-karbon yang terdapat di dalam asam lemak tidak jenuh dengan oksigen aktif. Proses ini menghasilkan penambahan atom oksigen sehingga merubah ikatan rangkap tersebut menjadi cincin epoksi (oksiran). Metoda epoksidasi bervariasi tergantung pada keadaan reaktan dan katalis yang digunakan. Untuk memproduksi epoksida dari tipe molekul yang memiliki ikatan rangkap, metoda yang dapat digunakan diantaranya: (a) epoksidasi dengan asam perkarboksilat yang dapat memakai katalis asam atau enzim(b) epoksidasi dengan peroksid organik dan anorganik yang menggunakan katalis logam transisi (c) epoksidasi dengan halohidrin dikatalis oleh asam hipohalous (HOX) dan garamnya serta (d) epoksidasi dengan oksigen molekuler. Dari empat metoda diatas, epoksidasi dengan asam perkarboksilat banyak dikembangkan untuk dihasilkan proses yang bersih dan efisien.Penggunaan katalis asam sulfat pada reaksi epoksidasi telah dikaji oleh beberapa peneliti karena biayanya yang murah dancukup efektif . Namun demikian penggunaan katalis asam sulfat ini memiliki kekurangan diantaranya mudah terjadinya degradasi cincin oksiran. Beberapa usaha yang bisa dilakukan untuk menghambat terjadinya degradasi cincin oksiran diantaranya adalah penambahan sejumlah pelarut dan pengaturan jumlah katalis yang digunakan.
2.5.
Hidroksilasi
Proses hidroksilasi merupakan proses memasukkan gugus hidroksil kedalam minyak jagung terepoksidasi kemudian direaksikan dengan hidrogen donor, alkohol untuk membentuk gugus
Universitas Sumatera Utara
hidroksil dari pembukaan cincin oksiran. Contoh alkohol atau campuran alkohol yang bisa digunakan dalam reaksi hidrokssilasi adalah golongan monoalkohol (alkohol tunggal), seperti metanol, etanol, dan propanol. Perbandingan yang dipakai dalam sintesis ini adalah 1:8. Poliuretan secara umum dibentuk dari reaksi antara dua atau lebih gugus fungsi hidroksil dengan dua atau lebih gugus isosianat dan jenis reaksinya dinamakan juga reaksi poliaddisi (Randal dan Lee, 2002).
2.6. Spektrofotometer FT-IR FT-IR singkatan dari Fourier Transform InfraRed, metode yang disukai spektroskopi inframerah. Dispektroskopi inframerah, radiasi IR dilewatkan melalui sampel. Beberapa radiasi inframerahdiserap oleh sampel danbeberapa itu melewati(Ditransmisikan). Hasil dari paket tersebutspektrum merupakan molekulpenyerapan dan transmisi,menciptakan sidik jari molekulsampel. Seperti sidik jaritidak ada dua molekul yang unikstruktur menghasilkan spektrum inframerah yang sama. Hal ini membuatspektroskopi inframerah berguna untukbeberapa jenis analisis.Spektrum inframerah merupakan sidik jari dari sampel dengan puncak serapan yangsesuai dengan frekuensi getaran antara ikatan atom yang membentuk materi.Karena setiap bahan yang berbeda adalah kombinasi unik dari atom, tidak ada dua senyawa menghasilkantepat spektrum inframerah yang sama. Oleh karena itu, spektroskopi inframerah dapat menghasilkan identifikasi positif(Analisis kualitatif) dari setiap jenis materi yang berbeda. Selain itu, ukuran puncak dalamspektrum merupakan indikasi langsung dari jumlah yang hadir material. Dengan algoritma perangkat lunak modern, inframerah adalah alat yang sangat baik untuk analisis kuantitatif. Dengan demikian, Fourier Transform Infrared (FT-IR) teknik telah membawa signifikan praktiskeuntungan untuk spektroskopi inframerah. Hal ini dimungkinkan perkembangan banyak sampel baruteknik yang dirancang untuk mengatasi masalah yang menantang yang tidak mungkin dengan yang
Universitas Sumatera Utara
lebih tuateknologi. Hal ini telah membuat penggunaan analisis inframerah hampir tak terbatas. (Madison, 2001)
BAB 3
Universitas Sumatera Utara
