Agustina
ProsidingPertemuanI/miah SainsMateri /997
/SSN /4/0
-2897
PENGEMBANGAN KAT ALIS MET ALLOCENE DAN MAKNANY A BAGI INDUSTRI PERPLASTIKAN INDONESIA I
(
Jo
Eliyanti2, Soemadi Agustinus2 daD Titik Hari Ujianti2 ABSTRAK PENGEMBANGAN KATALIS METALLOCENE DAN MAKNANYA BAGI INDUSTRI PERPLASTIKAN INDONESIA. Pada akhir tahun 1980, ditemukan kataJis polimerisasi MetaJlocene yang mempunyai sifat yang lebih unggul dari kataJis Ziegler Natta pada umumnya. Keunggulan katalis Metallocene dari kataJis Ziegler Natta antara lain: Distribusi berat molekul yang sempit, derajat keteraturan & kristalinitas yang besar, aktifitas yang lebih besar daD aplikasi monomer yang lebih luas. Keunggulan ini memberi dampak pada sifat fisika/mekanika dari polimer yang dihasilkan. Dalam antisipasi menghadapi era globaJisasi dimana persaingan menjadi semakin ketat maka penggunaan kataJis metaJlocene menjadi perlu dikaji secara lebih mendalam. Pertimbangan utama yang perlu diperhatikan hila akan menggunakan katalis metaJlocene antara lain adaJah mesin yang digunakan untuk memproduksi barang jadi harus memiliki presisi yang tinggi, selain itu harga kataJis metaJlocene cenderung lebih tinggi. Hal ini dirasakan masih sulit untuk diaplikasikan di Indonesia. Metallocene polyolefin diperkirakan akan masuk ke Indonesia tahun -2000. Untuk mengantisipasi masuknya bahan tersebut diperlukan permesinan dengan desain yang canggih daD sangat presisi daJam rangka memproduksi barang-barang plastik berkuaJitas dalam jumlah besar. Kondisi ini diperlukan mengingat persaingan akan semakin besar.
ABSTRACT THE DEVELOPMENT OF CATALYST METALLOCENE AND ITS ROLE FOR PLASTIC INDUSTRIES IN INDONESIA. In the last year 1980,Catalystpolymerisationmetallocenewhich has better propertiesthan catalyst Ziegler Natta was found in general.Thesepropertiesare the molecularweight is narrower,the degree of periodicity and crystallinity are larger, the activation and application of monomer are larger. This property influence the mechanicaland physical properties of the polymerresults. Entering the global marketthe needof catalystmetallocenebecomesmore important and has to be investigated deeply. The main considerationwhich has to be concernedare the machine to produce the real product has to have a high precision,besidesthe price of catalystmetalloceneis higher. This is not easyto be applied in Indonesia. Metallocenepolyolefin will enter Indonesiaapproximatelyin year2000. To anticipatethe enteringof this materialwe needto design a good machine with high precision in order to producequlified plastics in a big scale. This condition is necessaryneededcause of the high competitivemarket. KEY WORD Polymerisation.Catalystmetallocene
dari sistemkatalisHY-HS. Sistem katalis ini dapat digunakan untuk Reaksi polimerisasi monomer menjadi polimer memproduksimLDPE, mHDPE, mPP, EPR daD berkembang cukup baik pada pertengahan abad 20 EPDM dengan sifat lebih unggul dari polimer yakni sejak diketemukannya daD diaplikasikan samayang dihasilkanoleh teknologilama. secara komersial teknologi proses polimerisasi Keunggulan-keunggulantersebut memudahkan menggunakan katalis Ziegler-Natta (katalis Z/N), penetrasipasar. Bagaimanadampak dari mulai dari monomer etilen/propilen menjadi polietilen diaplikasikannya sistem katalis Metalocene daD poIipropilen. Dalam rangka memenuhi terhadap dunia perplastikan di Indonesia? tuntutan konsumen akan semakin besar polimer Masalah ini menarik untuk dibicarakan pada dibutuhkan dengan kwalitas semakin tinggi pula, makalahini. PENDAHULUAN
maka para ahli terns bernsaha mengembangkan sistem katalis Zieger-Natta menjadi lebih tinggi aktivitasnya daD stereo regularitasnya. Pengembangan sistem katalis ini dilakukan oleh
SISTEM KATALIS DALAM PROSES POLIMERISASI
pernsahaan secara individu atau secara joint
Sifat polimer dipengaruhioleh monomer,derajat polimerisasi daD sistem katalis yang digunakan dalamprosespolimerisasi. Jenis monomerakan menentukansifat polimeryang dihasilkan. Proses polimerisasi olefin berlangsung secara adisi, katalis yang digunakanumumnya adalah katalis Ziegler Natta. Katalis ini merupakan kombinasi antara metal alkyl daD metal halida. Senyawe metal halida antara lain adalah Titanium, Vanadium daDChloride daDturunan metal alkyl seperti Al(C2H5)3, AI(C4H4)3 atau AI(C2H4)2. Dengan sistem katalis seperti ini hanya dapat97
venture antara dua atau lebih pernsahaan. Pengembangan sistem katalis Z/N mencapai posisi yang menakjubkan saat ditemukan sistem katalis High Yield-High Stereoregularity (HY -HS) Series, dimana dapat dihasilkan polimer yang mempunyai stereoregularitas yang tinggi. Situasi ini sangat menguntungkan yakni antara lain biaya investasi daD operasi dapat dikurangi. Pada akhir tahun I 980-an, ditemukan sistem katalis terbaru yakni katalis Metalocene yang baik memiliki aktifitas daD stereoregularitas jauh lebih 1 Dipresentasikan padaPertem'IP~ llmiah Sains Materi 19 2 Himpunan Polimer Indonesia ,
53
~
irosiding PertemuanIlmiah SainsMateri 1997
ISSN 1410 -2897
dihasilkan 700 gram polipropilena per gram katalis. Sistem katalis diatas kemudian dikembangkan oleh banyak industri untuk memperoleh aktivitas, stereoregulitas yang lebib tinggi dengan memperhatikan kebutuhan energi, material, peralatan, proses clan biaya. lndustri
sebagiandiganti oleh cyclopentadienyl(Cp) atan turunannya.
tersebut antara lain adalah Shell, Hercules, Hoechst, ICI clanPhilips Petroleum. Ada 3 generasi perkembangan sistem katalis Ziegler Natta, yang dapat dilihat pada tabell Solvay & Cie (Belgia), Hoechst serta Mitsui menemukan sistem katalis generasi ketiga yang mempunyai aktivitas sangat tinggi yang disebut dengan superactive catalyst (Tabel 1). Katalis tersebut mempunyai aktifitas yang lebib tinggi daTi katalis generasi ke satu clan kedua. Sistim katalis generasi kedua clan ketiga mampu memproduksi berbagai polimer, mulai daTi
olels Breslow, Natta & Shilov pada akhir tahun 1950. Katalis ini memperoleh aktifitas yang rendah & cepat terdekatifasi. Mekanisme untuk terbentuknya pusat aktif dari katalis Metallocene adalah sbb :
ContohbentukNetallocene Katalis Metallocene ini pertama kali ditemukan
CO' ~ -co
X =CI, Br, R. OR. NR2 dli Cp = Bcrbagaijenis vBriasi
pabrik tersebut mampu menjalankan tailor-made policy, karena mempunyai fleksibilitas produksi yang tinggi. Pabrik polipropilena milik PT. Trypolita, PT. Politama Propindo daD PERTAMlNA menggunakan sistem katalis generasiketiga.
,,"
L c..A'
.,
a
,",
-L"""""""". ...,.. c.n .,f}T-
1L
?"~I
c..il.;"""" -=~:
/...../" .~ ,. "."-"_0 "-,.
homopolimer, kopolimer, high impack copolymer. Hal ini berarti pabrik yang menggunakan kedua sistem katalis terakhir mampu melayani permintaan customer sesuai kebutuhan, sehingga
M -Ti,Zr,Hj
""',
Sinn & Komisky pada tabun 1980 menemukan bahwa katalis metalocene clan aluminoxane sebagai cocatalyst dapat menghasilkan sistim katalis dengan aktifitas jauh melebihi conventional katalis Zigler -Natta. Methy Aluminoxane dibuat dari trim ethylamunium yang direaksikan dengan air dengan kondisi operasi tertentu.
Me AIMe) + H2O -7-(Al-
0)- Alumoxane:MAO
Ada dua tipe struktur dari Alumoxane R
KAT ALIS MET ALLOCENE R2A4
Katalis Metallocene adalah pengembangandari katalis ziegler Natta dimana unsur halogenyang biasaadapadakatalis ZieglerNatta (sepertiTiCI4)
0 -AI*
R
dan +O-AI-*
I
n = 2 -20
n = 2 -20 R = CH], C2 Hs, CH2 -CH(CH])2 54
,"uF!
ProsidingPertemuanIlmiah SainsMateri 1997
/SSN /4/0 -2897
Contoh: Aktifitas KatalisMetalocenebis (Cyclopentadienyl)Zirconium dichloridedengan 100MAD adalah40.106 gr PE/gr Zr.h
dan 4-vinyl cyclohexena. Contoh monomer lain dapat dilihat pactalampiran I. Keunggulan ini akan memberi dampak pada sifat fisika/mekanik dari polimer yang dihasilkan. Sebagai contoh sifat film BOPP yang dihasilkan dari katalis Metalocene dibandingkan dengan katalis zigler Natta (gambar I).
KelemahanAluminoxano adalah
.
Tidak stabil (sifat mudah berubah selama
penyimpanan) MAO mengaktitkan metalocene & diikuti dengan deaktivasi Memerlukan konsentrasi yang besar
Pengembangan senyawa aktivator lain pengganti XAlluminoxane terns dilakukan clan diantaranya adalah penggunaan senyawa Bidentate Acids. R
Cp2Zr+ A
+ Cp2Zr -R + A/
A
~
~
\A
I
I
Contoh
R2B
Gambar I: Sifat film BOPP; Katalis Metalocene vs Katalis Ziegler Natta BR2
F!C, ..' "8
"'"
/
I
Dari gambar I terlihat bahwa film BOPP dihasilkan dengan katalis Metalocene mempunyai
B, '(
C,F,
harga kuat tarik, gloss, H shrinkage, modulus yang lebih tinggi dari film dari film BOPP yang
F~r"
CMe.
dihasilkan dengan katalis Ziegler Natta. Kelebihan lain katalis baru ini adalah dapat fungsi katalis yang selama ini dipakai pada polimerisasi secara Slurry process,
-menggantikan Contoh aktivitas katalis dengan MAO dibandingkan dengan pengembangan aktivator lain dapat dilihat pada label 2. .process.
gas-phase process, loopslurry process, low pressuresolution process, maupunhigh pressure Katalis
metalocene
dapat
dipakai
Tabel 2. Contoh aktivitas katalis dengan MAO dibanding-kan dengan pengembangan aktivator lain
Cat
1ln101
AIR]
cat
-
5,4 5,5 5,4
IAlMeJ
S,6
I AlPr3
5,6
!Into!
COC~I
AIR..
AlMeJ
-
110101
Activity
CoCat
1000mo1Zr/h
MAD
5200
1,0
MAO
4300 4300 6,3
6,6
1000 260
MAD
208()
HNMcPh,
CP~'
5,2
8,7 S,9 7,S
Keunggulan katalis Metalocene dibandingkan bersama-sama dengan katalis lama dalam suatu katalis Ziegler Natta : bentuk kombinasi. .Distribusi berat molekulyang sempitMw/Mn < 2,5 (Narrow MoleculerWeigh Distribution) .Derajat keteraturan & katalinitasyang lebih besar (> 80%) .Aktifitas yang lebih besar(> 106g polymer/g kat) .Aplikasi monomer yang lebih luas seperti propilena, butena, hexena, octena, styrena
Harga katalis metalocene yang relatif lebih mahal merupakan kelemahan yang dimiliki katalis tersebut, tetapi bila dikompensasi dengan produktivitas clan sifat polimer yang dihasilkan teknologi ini tetap mempunyai daya tarik tinggi unto.!kdiaplikasikan secarakomersial. Aplikasi katalis ini di Amerika Serikat clan Eropa berkembang dengancepat.
55
ProsidingPertemuanl/miah SainsMateri 1997
DSM Elastomers, Leominster, MA, USA telah mengaplikasikan katalis metaloocenes untuk membuat ethylene-propylene elastomer. Sifat material yang dihasilkan mempunyai density sekitar 0.85 -0.96 Gr/cc. Elastomer ini umumnya digunakan sebagai komponen untuk komponen kendaraan bennotor daDkabel. Exxon telah menggunakan katalis meta\locene di dalam reaktor PP secara komersial daD mensintesa hexane propylene random copolimer untuk pembuatan film barang cetakan daD fiber grade. Amoco telah mengembangkan preses yang dapat menghasilkan PP homopolimer yang kekuatan impactnya sebanding dengan copolimer PP daDPP based elastomer. DuPont telah menggunakan katalis Meta\locene untuk membuat LLDPE dengan density 0.910 sid 0.940 Gr/cc daD Plastomer dengan density 0.870 sid 0.910 Gr/cc. Bagaimana dampak katalis meta\locene ini terhadap bidang perplastikan di negara kita? Tidak mudah untuk menjawabnya secara tepat daD
ISSN 1410 -2897
3.
negara kita, sehingga diperkirakan metalocene polyolefin kurang diminati oleh konsumen, kecuali untuk maksud khusus. Sampai tehun 2003 umumnya industri
poliolefin yang mempunyai program/target mencapai break even point (titik impas). Selepas tahun 2003 industri poliolefin yang telah operasional maupun yang akan didirikan perlu mengkaji secara serius mengenai aplikasi katalis metalocene dengan dasar pertimbangan berikut : 1. Metalocene polyolefin mempunyai sifat lebih unggul dari poliolefin biasa bahkan polylefin barn tersebut mempunyai sifat mendekati sarna dengan engineering plastics. Keunggulan ini cukup menarik untuk dicermati terutama ditinjau daTi sisi keberdayaan aplikasi dan keuntungan finansial. Keuntungan lain bahwa metalocene elastomer dapat diproduksi dalam bentuk pellet ( gambar 2).
c.. +
tegas.
MAKNA PENGEMBANGAN SISTEM KAT ALIS MET ALOCENE BAGI PERPLASTIKAN DI INDONESIA. Industri poliolefin di Indonesia umumnya menggunakan sistem katalis Ziegler Natta generasi ke tiga, sehingga secara teoritis mampu memproduksi homopolimer maupun copolimer. Polimer yang diproduksi di dalam negeri diatas masih mampu memenuhi kebutuhan domestik, bahkan sebagian diekspor. Situasi ini untuk sementara waktu atau katakanlah sampai dengan 2003 masih cukup relevan dipertahankan mengingat : Hanya sebagian kecil saja mesin pabrikasi yang dimiliki pabrik plastik mempunyai desain clan sistem kontrol yang sangat presisi mengingat harganya mahal. Sedangkan belum diketahui secara jelas mungkinkah mesinmesin yang tidak memiliki desain clan sistem kontrol presisi clan canggih dimana jumlah cukup besar, untuk mengolah metalocene polyolefins dengan tanpa merubah/ memodifikasinya. Hila jawabannya positif perlu juga mencermati akan pengaruhnya terhadap output clan energi yang diperlukan. Untuk meyakinkan penomena ini perlu dilaksanakan data faktual yang dapat ditindak lanjuti pada tahun selanjutnya. 2. Harga metalocene polymer/polyolefins lebih mahal dari poliolefin yang telah ada. Harga polymer merupakan masalah yang sensitive di
Gambar2 : Hubunganhargadan kinerja polimer 2.
Diperkirakan pada era tabun 2000-an metalocene telah dipasarkan sebagian besar negara didunia. Hal ini diperkuat oleh fakta bahwa industri poliolefin besar di luar negeri tell1h mulai memproduksi poliolefin barn tersebut clan mengkampanyekan pemasaran teknologi katalis metalocene dengan memberikan lisensi. (lihat lampiran 2). Yang perlu dicermati lagi adalah bahwa beberapa negara Asia antara lain Japan Polyolefin, Mitsubishi, Mitsui clan Formosa telah mulai membangun industri dengan teknologi katalis Metalocene, berarti metalocene polyolefin akan masuk ke negara kita tahun 2000. 3. Dengan akan diberlakukannya AFT A pada tahun 2003, disusul ASPAC pada tahun 2010, pemasaranpolimer produksi dalam negeri akan disaingi secarakeras oleh polimer impor. 4. Desain permesinan pengolah polimer akan semakin canggih untuk dapat memproduksi barang jadi sebesar-besamya dengan kualitas tinggi. Hal ini mutlak diperlukan mengingat situasi pasar bebas yang akan berlaku pada tahun 2000-an.
56
Pros;d;ng Pertemuan /Im;ah Sa;ns Mater; /997
/SSN /4/0
DAFTARPUSTAKA [I]
Catal~sis Volume
[3] Modem plastics International, Maret Desember(1995). [4] Modem plastics International, Januari 1996, Agustus -November (1996) [5] Modem Plastic International, Juli (1997)
I, Thechemical Society
( 1977). [2] Metallocene : The Intensive short course, Singapore October 3 -4, (1996).
Lampiran I Contohmonomer yangdopa!dipolimeri dcngan mcnggunakan k.t&1is M-
I Ethytcne
Styrene o-MethylstyrMe nt-Melhyblyrene o-lertBulylstyrcne
.Propylene I1Utane-1 Penlsne-1
Hcxs..,-1
I 1n-d1lomslyrcnc
I Vinylonlracenc
I Oaane-l
Hexadecane-1 Oaadccane-t I )-Mcthyi butane-l
, 4-Methyipent.-1
, VioylfklOreno I Vinyl antrtC8IC
Vmyl phenanthrene
Vinylpyr-
14-Methyl hcxonc-l
1,)-Buladienc I J,4-Hexadiene
, 1,5-Hexadiene I t,6-Octadienc
j 1,4-Dodecadi
Lampiran 2 : Produsen daD Supplier Metalocene Polyolefins Lampiran 2 : Produ,en daft Supplier Metal~nc
Polyolefins
.~!)ERN
".AJrrK:'INL~ATKlN~'"'--"oaI-oubl;.i...l~
.,
,
"
~... ..poIy")~ (..r..).r-"""'" Pr(SM'J.-'1"i;._.rct))
~
(mPP~ .",01"'..1.~-y...(SP').
W. JO',-"-,y,
, ;, "J 1; ""
""'-" ~ I~ l,,CIl..d_-".I-"af.lI-l" ".~._,a""""""J.,...'.SoOc ~"'~bO_"O910~~-erit.. "_(..;1.)';'--. "" ,.!, , ;",,,..
001'-;"',
h, ~.;
F«
-""~~--;..,-p~A. -.,-""'_"".'a.
000). ..\ho,--""..Ic;.,.
57
,,-
__;0
,
d: ~
~
-2897
