STUDI REAKSI POLIMERISASI UREA-FORMALDEHIDA
ABSTRAK TESIS
Dengan semakin luasnya penggunaan resin urea-formaldehida dalam industri perekat dan barang cetak dewasa ini maka merupakan suatu masalah yang penting untuk mempelajari proses pembuatan resin tersebut. Titik berat penelitian ini ditujukan untuk mendapatkan persamaan laju proses polimerisasi urea-formaldehida, serta kinetika reaksi pada tahap metilolasi. Untuk menghindari terjadinya gangguan karena adanya kotoran dalam bahan baku, digunakan urea dengan kemurnian = 98 %, yang merupakan hasil rekristalisasi urea komersial, dan larutan formaldehida dengan kadar 37 %. Proses pembuatan urea-formaldehida dilaksanakan dalam dua tahap, yaitu tahap reaksi metilolasi dan tahap reaksi kon densasi. Dalam tahap reaksi metilolasi, urea dan formalde hida direaksikan dalam reaktor berpengaduk, yang dilengkapi dengan pendingin balik ("reflux condensor") dan dipanaskan dengan pemanas air yang temperaturnya dapat diatur. Dalam reaksi metilolasi ini diharapkan akan dihasil kan senyawa metilol-urea yang masih bersifat larutan. Dalam tahap reaksi kondensasi, senyawa metilol-urea hasil reaksi metilolasi, yang juga merupakan monomer dikondensasikan menjadi senyawa polimer yang mempunyai berat molekul atau rantai ikatan yang lebih panjang. Hasil reaksi kondensasi ini diharapkan masih berupa larutan atau sirup. Reaksi kondensasi dijalankan dalam re-
aktor yang terdiri dari labu leher tiga dilengkapi dengan pengatur temperatur dan pipa kapiler. Reaksi kondensasi berlangsung pada tekanan vakum. Untuk mengetahui pengaruh variabel proses terhadap hasil yang diperoleh atau peristiwa reaksi yang terjadi, penelitian ini dilakukan dengan matrik percobaan yang menggunakan rancangan Plackett Burman, rancangan faktori al dua level : 2k dan rancangan acak penuh ( Randomized Complete Design ), dengan beberapa variabel proses yaitu perbandingan mol formaldehida terhadap urea (F/U), tempe ratur reaksi (T), harga pH, waktu reaksi (t) serta kecepatan putar pengaduk (rpm). Dari analisa data percobaan dapat disusun model persamaan laju proses metilolasi, yang dinyatakan dengan ka dar formaldehida bebas (YF), yaitu sebagai berikut : YF = 17,39 + 2,92 (F/U) - 0,1261 (T) + 0,078 (F/U) (T) - 0,53 pH + 0,001 (t)
0,00119 (T) (t).
Model ini diperoleh dari percobaan yang dilakukan pada se lang temperatur antara 40°C sampai 80°C, waktu reaksi an tara 15 menit sampai 60 menit, harga pH antara 8 sampai 12, serta perbandingan mol formaldehida terhadap urea an tara 0,5 sampai 2,0. Untuk reaksi kondensasi diperoleh model persamaan, yang dinyatakan dengan kadar resin (YR), yaitu sebagai berikut : YR = 77,9 + 0,22 (t) - 16,34 (P). Di sini laju proses di samping dipengaruhi oleh waktu
aksi dan tekanan reaksi, juga tergantung kepada larutan mula. Larutan mula hasil reaksi metilolasi akan mempunyai kadar formaldehida bebas yang berbeda-beda, sehingga jelas akan mempengaruhi hasil reaksi kondensasinya. Persamaan laju proses yang diperoleh didasarkan atas keadaan larutan mula dengan kadar formaldehida bebas yang terendah yaitu 5 gr CH2O/100 ml larutan. Studi kinetika reaksi didasarkan pada hipotesa bahwa, reaksi metilolasi pada suasana basa merupakan reaksi elementer. Untuk perbandingan mol formaldehida terhadap urea = 1 : 1 atau untuk konsentrasi reaktan yang sama, akan terbentuk senyawa monometilol-urea, dan jumlahnya sesuai dengan perbandingan stoikhiometri dalam reaksinya. Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik ("reversible") dengan or der dua untuk reaksi pembentukannya dan order satu untuk reaksi penguraiannya. Percobaan untuk kinetika reaksi metilolasi, dilakukan dengan kondisi proses sebagai berikut : temperatur re aksi = 80°C, konsentrasi formaldehida = 12,81 grol/liter, konsentrasi urea = 12,81 grol/liter atau perbandingan mol formaldehida terhadap urea = 1 : 1, harga pH = 10, dan re aksi dijalankan selama 60 menit dengan kecepatan putar pengaduk = 200 rpm. Dari hasil perhitungan data percobaan tersebut, diperoleh bahwa besarnya konstanta laju reaksi pembentukan : kl = 4,89 x 10-3 liter . mol-1 . det-1, dan konstanta laju reaksi penguraian : k2 = 2,98 x 10-6 det-1.
