POLIMERISASI HETEROGEN

Polimerisasi Emulsi Polimerisasi emulsi saat ini banyak dimanfaat- kan secara komersial untuk memproduksi ber- bagai jenis polimer. Polimer yang dibuat dengan proses ini addition polymer dan memerlukan inisiator radikal bebas.

Pada umumnya, sistem polimerisasi emulsi terdiri atas : monomer, dispersing medium, emulsifying agent, Inisiator yang larut dalam air, transfer agent.

Distribusi Komponen Contoh resep polimerisasi emulsi: 180 bagian (b) air, 100 bagian (b) monomer, 5 bagian (b) sabun (emulsifying agent), 0.5 bagian (b) of potassium persulfate (inisiator yang larut dalam). Bagaimana komponen-komponen ini terdistribusi dalam sistem?

Jika sejumlah kecil sabun dimasukkan ke air, maka akan terionisasi: Sabun adalah garam Na atau K dari asam organik, seperti sodium stearate: [CH3 (CH2)16  C  O–] Na+ O R Jika sejumlah kecil sabun dimasukkan ke air, maka akan terionisasi: [CH3 (CH2)16  C  O–] Na+ O [CH3 (CH2)16  C  O–] + Na+ O

Anion sabun terdiri dari bagian yang tak larut dalam air (R) yang berupa rantai panjang, dan diakhiri oleh bagian yang larut dalam air. [CH3 (CH2)16  C  O–] O Hydrophilic group Hydrophopic group

First addition of surfactant More addition of surfactant Surfactant dissolves in the bulk and form an adsorption film at the air/water interface The micelles remain in dynamic equilibrium with the soap molecules dissolved in water colloidal particles

Micelle bentuk batang Micelle bentuk bola 50 – 100 molekul sabun 2  panjang molekul sabun 1000 – 3000 Å 50 – 100 molekul sabun Micelle bentuk bola

Jika monomer yang tidak larut/sedikit larut dalam air diemulsikan dalam air dengan bantuan sabun dan pengadukan, maka akan terbentuk tiga fasa: Fasa air dengan sedikit sabun dan monomer yang terlarut. Tetesan monomer yang teremulsikan. Micelle (monomer-swollen micelles).

Diameter tetesan monomer : 1 μm. Ukuran butiran sangat dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. Konsentrasi micelle: 1018 micelle per ml Konsentrasi monomer: 1010 – 1011 per ml.

Contoh diagram alir polimerisasi emulsi

Pembentukan agregat dalam air sangat ter-gantung pada beberapa faktor: Konsentrasi surfactant Temperatur Kekuatan ion Keberadaaan molekul lain

Lokasi Polimerisasi Jika inisiator yang larut dalam air, seperti potassium persulfate, ditambahkan ke sistem polimerisasi emulsi, maka senyawa tersebut akan mengalami dekomposisi termal menjadi anion radikal sulfat: panas S2O8–  2 SO4–

Anion radikal yang larut dalam air akan bereaksi dengan monomer terlarut dalam fasa air mem-bentuk radikal bebas tipe sabun: 50 – 60C SO4– + (n + 1) M  – S2O4– (CH2 – CX2)n – CH2 – CX2

Lokasi polimerisasi

Alasan mengapa reaksi polimerisasi terjadi dalam micelle: Dimensi micelle 50 – 100 Å sementara tetesan monomer > 1 μm (10,000 Å). Karena rasio luas permukaan/volume bola adalah 3/R, maka micelle memiliki luas pemukaan yang lebih besar. Konsentrasi micelles lebih tinggi daripada tetesan monomer (1018 vs. 1011 per cm3).

Tiga tahap polimerisasi Sebelum inisiasi: Dispersing medium, biasanya air, yang mengandung sedikit sabun (emulsifier) dan monomer. Tetesan monomer dengan ukuran 10.000 Å terpisah akibat stabilisasi oleh molekul emulsifier. Konsentrasi tetesan monomer 1010–1011 per ml.

Jika CMC terlampaui, 50 –100 molekul emulsifier akan membentuk micelle yang berbentuk bola dengan ukuran 40 – 50 Å; Beberapa micelles terisi oleh lebih banyak monomer dan memiliki ukuran 50 – 100 Å; Konsentrasi micelle  1018 per ml. Tegangan permukaan rendah karena adanya sufactant.

TAHAP I (konversi 12–20%):

STAGE II (25 – 50% conversion): Konsentrasi molekul monomer terlarut menjadi kecil. Tidak ada emulsifier terlarut. Polimerisasi hanya terjadi dalam partikel monomer-swollen polymer (latex) melalui difusi monomer dari tetesan monomer. Partikel polimer tumbuh, sementara ukuran tetesan monomer berkurang.

Tidak ada inti partikel baru (jumlah partikel latex konstan), dan karena konsentrasi monomer konstan, maka kecepatan polimerisasi juga konstan. Akhir dari tahap ini ditandai dengan hilangnya tetesan monomer.

STAGE III (50 – 80% conversion): Tidak ada monomer dan emulsifier terlarut, emulsifier micelles, tetesan monomer atau monomer-swollen micelles. Karena tetesan monomer tidak ada, maka kecepatan polimerisasi berhenti, yang ditandai dengan habisnya monomer dalam partikel latex. Di akhir polimerisasi (konversi 100%), sistem mengandung partikel polimer (400–800 Å) yang terdispersi dalam fasa air.

Tahapan dalam polimerisasi emulsi