DasarTeori Resin Urea Formaldehid untuk Laporan praktikum Operasi Teknik Kimia I (OTK I)

DasarTeori Resin Urea Formaldehid untuk Laporan praktikum Operasi Teknik Kimia I (OTK I)

Konversi kimia pada Resin umumnya merupakan reaksi polimerisasi, dimana molekul – molekul sederhana bereaksi membentuk polimer. Reaksi utama pada pembentukan polimer adalah reaksi kondensasi dan adisi. Reaksi kondensasi merupakan reaksi terjadinya pelepasan molekul- molekul kecil, misalnya H2O dan metanol. Sedangkan reaksi adisi adalah pembuatan ikatan rangkap pada reaktan tanpa disertai pembentukan produk samping.

Resin adalah sintesa senyawa organik dengan berat molekul yang besar yang dibuat melaui reaksi kimia antar dua molekul yang sama atau berbeda dengan menggunakan katalis pada kondisi tertentu. Resin dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu :

a.       Resin Alami

Merupakan campuran dari asam karboksilat yang didapat secara alami di alam, misalnya : damar, karet alam

b.      Resin Sintesis

Merupakan senyawa polimer yang mempunyai berat molekul yang tinggi yang dihasilkan dari reaksi dua senyawa atau lebih. Resin sintesis lebih banyak digunakan dari pada resin alami, karena resin sintetik lebih murah harganya dan mudah untuk dimurnikan. Resin sintetik lebih stabil dan seragam dibandingkan dengan resin alami, karena dibuat dibawah kondisi pengontrolan sehingga kemungkinan untuk terbentuknya impuritis itu sedikit.

Urea-formaldehid resin adalah hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Resin jenis ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Polimer termoset dibuat dengan menggabungkan komponen-komponen yang bersifat saling menguatkan sehingga dihasilakn polimer dengan derajat cross link yang sangat tinggi.

Karena sifat-sifat di atas, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah addhesive untuk plywood, tekstil resin finishing, laminating, coating, molding, casting, laquers, dan sebagainya.

Pembuatan resin urea-formaldehid secara garis besar dibagi menjadi 3, Yang pertama adalah reaksi metiolasi, yaitu penggabungan urea dan formaldehid membentuk monomer-monomer yang berupa monometilol dan dimetil urea. Reaksi kedua adalah penggabungan monomer yang terbentuk menjadi polimer yang lurus dan menghasilkan uap air. Tahap ini disebut tahap kondensasi. Proses ketiga adalah proses curing, dimana polimer membentuk jaringan tiga dimensi dengan bantuan pemanasan dalam oven. Reaksi urea-formaldehid pada pH antara 8 sampai 10 adalah reaksi metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea.Pada tahap metilolasi , urea dan formaldehid bereaksi menjadi metilol dan dimetil urea

Bahan baku yang digunakan dalam membuat resin urea-formaldehid adalah urea dan formaldehid (formalin). Urea diproduksi secara besar-besaran melalui sintesis amoniak dan karbondioksida. Kedua reaktan ini dicampurkan pada tekanan tinggi menghasilkan ammonium karbamat. Amonium karbamat selanjutnya dipekatkan pada evaporator vakum menghasilkan urea.

Formaldehid atau metanal adalah anggota senyawa aldehida yang pertama. Pada kondisi ruangan, formaldehi murni berada dalam fasa gas. Karena itu formaldehid disimpan dalam bentuk larutan yang mengandung 37% hingga 50% berat HCHO. Formaldehid diproduksi secara besar besaran melalui reaksi oksidasi gas alam (metana) atau hidrokarbon alifatik ringan.

Reaksi urea dan formaldehida pada pH di atas 7 adalah reaksi metiolasi, yaitu reaksi adisi formaldehida pada gugus amino dan amido dari urea, menghasilkan metilol urea. Turunan-turunan metilol merupakan monomer reaktan reaksi polimerisasi kondensasi. Mula-mula polimer yang dihasilkan masih berupa polimer rantai lurus dan larut dalam air. Semakin lanjut reaksi berlangsung, reaksi polimerisasi membentuk polimer tiga dimensi dan kelarutannya dalam air semakin berkurang. Pada proses curing, reaksi kondensasi tetap berlangsung terus dan polimer membentuk rangkaian tiga dimensi yang sangat kompleks sehingga terbentuk thermosetting resin.

Hasil dan laju reaksi, sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor : perbandingan jumlah mol reaktan, katalis (pH sistem reaksi), temperatur, dan waktu reaksi. Kondisi reaksi ini sangat menentukan jenis produk yang dihasilkan, sehingga pada kondisi yang berbeda akan dihasilkan prouduk yang mempunyai sifat fisik, kimia dan mekanik yang berbeda pula. Karena itu kondisi operasi ditentukan oleh produk akhir yang dikehendaki.

Beberapa faktor yang mempengaruhi nya adalah :

a.                   Perbandingan umpan

Umumnya , Perbandingan mol umpan (formalin/urea) yang digunakan pada percobaan ini adalah 1,25 dimana perbandingan umpan berada pada batas standar yang ditentukan, perbandingan umpan harus berada dalam range antara 1,25 – 2,0 hal tersebut dimaksudkan agar larutan resin yang terbentuk tidak kental dan tidak encer. Sehingga mempermudah analisis baik analisis densitas, viskositas, kadar resin dan formalin bebas. Besarnya perbandingan mol umpan formalin dengan urea sangat mempengaruhi pada produk (polimer) yang dihasilkan, bila perbandingan umpan kurang dari 1,25 maka resin yang dihasilkan memiliki kadar formalin yang rendah dan menghasilkan polimer yang kekerasan dan kepadatannya rendah ,sedangkan bila perbandingan umpan lebih dari 2 maka resin yang dihasilkan memiliki kadar formalin yang tinggi dan menghasilkan polimer yang kekerasan dan kepadatannya tinggi.

b.                    Pengaruh pH

Kondisi reaksi sangat berpengaruh terhadap reaksi atau hasil reaksi selama proses kondensasi polimerisasi terjadi . Dalam suasana asam akan terbentuk senyawa Goldsmith dan senyawa lain yang tidak terkontrol sehingga molekul polimer yang dihasilkan rendah . Senyawa Goldsmith tidak diinginkan karena mempunyai rantai polimer lebih pendek tetapi stabil terhadap panas. Dalam suasana basa kuat , formaldehid akan bereaksi secara disproporsionasi dimana sebagian akan teroksidasi menjadi asam karboksilat dan sebagian tereduksi menjadi alkohol.

c.       Katalis

Menurut JJ. Berjelius, katalis merupakan senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi. Sedangkan menurut W.Ostwald, katalis merupakan senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat reaksi tanpa tergabung dalam produk. Artinya katalis dapat mempercepat reaksi, ikut aktif dalam reaksi, tetapi tidak ikut tergabung didalam produk. Untuk proses ini digunakan katalis NH3 yang dapat menurunkan energi aktivasi dengan menyerap panas pada saat curing, fungsinya adalah untuk mengatur penguapan agar tidak gosong. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan agar molekul – molekul yang di dalam larutan bertumbukan, sehingga reaksi menjadi cepat.

d.    Temperatur reaksi

Temperatur reaksi tidak boleh melebihi titik lelehnya karena dimetilol urea yang terjadi akan kehilangan air dan formaldehid . Menurut Kadowaki dan Hasimoto temperatur optimum reaksi adalah 85oC . Sedangkan titik lelehnya menurut De Chesne adalah 150 oC . Dan menurut  Einhorn adalah 126 oC . Kenaikan temperatur akan mempercepat laju reaksi , hal ini dapat ditunjukkan dengan persamaan Arrhenius yaitu : K = A e-Ea/RT

e.     Buffer

Buffer (larutan penyangga) digunakan untuk menyangga kondisi operasi pada pH yang diinginkan. Dalam hal ini pH yang diinginkan antar 8 sampai 10. Buffer yang digunakan pada percobaan ini adalah Na₂CO₃.H₂O

f.     Kemurnian zat umpan

Zat umpan yang digunakan harus murni karena adanya zat pengotor dikhawatirkan akan mempengaruhi terbentuknya polimer atau terjadinya reaksi samping .

g.    Laju Reaksi

Laju reaksi atau kecepatan reaksi ialah laju atau kecepatan berkurangnya pereaksi atau terbentuknya produk reaksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi ialah konsentrasi, temperatur, katalis dan luas permukaan. Persamaan yang menyatakan laju sebagai fungsi konsentrasi setiap saat yang mempengaruhi laju reaksi disebut hukum laju atau persamaan laju reaksi.

Konsentrasi merupakan salah satu faktor yang memepengaruhi laju reaksi,dimana sebagai contoh pada reaksi A + B C . Dimana pada waktu reaksi berlangsung, zat C terbentuk dan semakin lama jumlahnya semakin banyak sebaliknya zat A dan zat B berkurang, dan semakin lama semakin sedikit. Orde reaksi adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam hukum laju bentuk diferensial.

Share this post