Polimerisasi Alkena

Halaman ini menjelaskan tentang polimerisasi alkena untuk menghasilkan polimer-polimer seperti poli(etena) (biasa dikenal sebagai politena, dan terkadang juga disebut polietilena), poli(propena) (nama lama: polipropilena), PVC and PTFE. Halaman ini juga membahas secara ringkas bagaimana struktur polimer dapat mempengaruhi sifat-sifat dan kegunaannya.
Poli(etena) (politena atau polietilena)
Poli(etena) berkepadatan rendah: LDPE
Pembuatan dalam skala produksi
Seperti halnya pembuatan polimer lainnya yang akan dijelaskan di halaman ini, pembuatan LDPE merupakan sebuah contoh dari polimerisasi adisi.
Reaksi adisi adalah sebuah reaksi dimana dua atau lebih molekul bergabung membentuk satu produk tunggal. Selama polimerisasi etena, ada ribuan molekul etena yang bergabung bersama membentuk poli(etena) – umumnya disebut politena.

Jumlah molekul yang bergabung sangat bervariasi, tetapi biasanya berkisar antara 2000 sampai 20000.
Kondisi-kondisi

Suhu: sekitar 200°C
Tekanan: sekitar 2000 atmosfir
Inisiator: sedikit oksigen sebagai zat pengganggu kemurnian
Sifat-sifat dan kegunaan
Poli(etena) berkepadatan rendah memiliki banyak cabang di sepanjang rantai hidrokarbon, dan ini mencegah rantai tersebut berdekatan satu sama lain dalam susunan yang rapi. Daerah-daerah pada poli(etena) yang ditempati oleh rantai-rantai yang saling berdekatan satu sama lain dan terkemas secara beraturan dikatakan berhablur (kristalin). Apabila rantai-rantai bercampur baur, maka daerah tersebut dikatakan amorf. Poli(etena) berkepadatan rendah memiliki banyak daerah amorf.
Sebuah rantai terikat dengan rantai lain di dekatnya melalui gaya dispersi Van der Waals. Gaya tarik tersebut akan semakin besar jika rantai-rantai tersebut saling berdekatan satu sama lain. Daerah-daerah amorf dimana rantai-rantai tidak terkemas secara beraturan dapat mengurangi efektifitas gaya tarik Van der Waals sehingga juga mengurangi titik lebur dan kekuatan polimer. Daerah amorf ini juga akan mengurangi kepadatan polimer (sehingga disebut "poli(etena) berkepadatan rendah").
Poli(etena) berkepadatan rendah biasa digunakan untuk barang-barang umum seperti tas plastik dan material-material serupa lainnya yang fleksibel dan berkekuatan rendah.
Poli(etena) berkepadatan tinggi: HDPE
Pembuatan dalam skala produksi
Polimer ini dibuat dalam kondisi yang sedikit berbeda dengan poli(etena) berkepadatan rendah.
Kondisi-kondisi

Suhu: sekitar 60°C
Tekanan: rendah – beberapa atmosfir
Katalis: Katalis Ziegler-Natta atau senyawa-senyawa logam lainnya
Katalis Ziegler-Natta adalah campuran antara senyawa-senyawa titanium seperti titanium(III) klorida, TiCl3, atau titanium(IV) klorida, TiCl4, dan senyawa-senyawa aluminium seperti aluminium trietil, Al(C2H5)3. Masih banyak katalis lain yang terus dikembangkan.
Katalis-katalis ini bekerja melalui mekanisme yang sangat berbeda dengan proses bertekanan tinggi yang digunakan untuk membuat poli(etena) berkepadatan rendah. Rantai-rantai terbentuk dengan cara yang jauh lebih terkontrol (jauh lebih tidak acak).
Sifat-sifat dan kegunaan
Poli(etena) berkepadatan tinggi memiliki cabang yang sangat sedikit di sepanjang rantai-rantai hidrokarbon – kristalinisasinya sebesar 95% atau lebih. Pengemasan cabang yang lebih baik ini berarti bahwa gaya tarik Van der Waals antara rantai-rantai lebih besar sehingga plastik lebih kuat dan memiliki titik lebur yang lebih tinggi. Kepadatannya juga lebih tinggi karena pengemasan yang lebih baik dan jumlah ruang yang tidak terpakai dalam struktur lebih kecil.
Poli(etena) berkepadatan tinggi biasa digunakan untuk membuat barang-barang seperti botol susu plastik dan wadah-wadah yang serupa, baskom cuci, pipa plastik dan sebagainya. Biasanya terdapat huruf-huruf HDPE di dekat simbol daur-ulang pada produk-produk tersebut.
Poli(propena) (polipropilena): PP
Poli(propena) dibuat dalam skala produksi dengan menggunakan katalis Ziegler-Natta dan katalis-katalis moderen lainnya. Ada tiga jenis struktur poli(propena) yang perlu anda ketahui, tapi kita mulai membahas dari awal dengan sebuah struktur umum yang memenuhi ketiga variasi struktur tersebut.
Struktur umum
Jika hanya disebutkan struktur poli(propena) saja tanpa rincian lebih lanjut, maka kita sudah bisa mereka struktur yang dimaksud.
Struktur yang perlu dipikirkan adalah bentuk propena seperti terlihat di sebelah kanan gambar berikut:

Sekarang buat bentuk ini berjejer dalam sebuah baris dan gabungkan. Perlu diperhatikan bahwa ikatan-ikatan rangkap semuaya akan diganti dengan ikatan tunggal selama proses berlangsung.

Jika dituliskan dalam bentuk persamaan sederhana, biasanya ditulis sebagai berikut:

Tiga variasi struktur poli(propena)
Anda perlu mengingat bahwa diagram-diagram di atas adalah diagram 2-dimensi. Rantai-rantai poli(propena) yang sesungguhnya adalah 3-dimensi. Ada tiga struktur poli(propena) yang berbeda tergantung pada bagaimana gugus CH3 tertata dalam ruang.
Ketiga struktur tersebut disebut poli(propena) isotaktis, ataktis dan sindiotaktis. Versi struktur yang umum digunakan adalah poli(propena) isotaktis.
Poli(prena) isotaktis
Beberapa rantai poli(propena) isotaktis terlihat seperti gambar berikut:

Pada struktur ini, gugus CH3 tertata dengan tatanan yang sangat beraturan sehingga memungkinkan rantai-rantai untuk saling berdekatan satu sama lain sehingga memaksimalkan jumlah ikatan Van der Waals diantara rantai-rantai tersebut. Ini berarti bahwa poli(propena) isotaktis cukup kuat baik sebagai benda padat maupun jika dibuat dalam bentuk serat.
Struktur ini merupakan bentuk poli(propena) yang paling umum, yang biasa digunakan untuk membuat wadah dan tali plastik. Biasanya terdapat huruf-huruf PP di dekat simbol daur-ulang pada produk-produk tersebut.
Poli(propena) ataktis
Pada poli(propena) ataktis, gugus CH3 diorientasikan secara acak di sepanjang rantai.

Kurangnya keteraturan membuat rantai-rantai saling berdekatan satu sama lain sehingga gaya-tarik Van der Waals diantara rantai-rantai tersebut lebih lemah. Poli(propena) ataktis jauh lebih halus dengan titik lebur yang lebih rendah.
Poli(propena) ataktis terbentuk sebagai sebuah produk limbah selama pembuatan poli(propena) isotaktis dan kegunaannya terbatas. Sebagai contoh, poli(propena) ataktis digunakan pada cat jalan, digunakan dalam material atap seperti "lembar atap", dan pada beberapa penutup atau perekat.
Poli(propena) sindiotaktis
Poli(propena) sindiotaktis merupakan sebuah material yang relatif baru dan merupakan poli(propena) lain yang rantai-rantainya tertata beraturan. Dalam strukturnya, setiap gugus CH3 diorientasikan dengan cara yang sama.

Adanya keteraturan ini berarti bahwa rantai-rantai bisa saling berdekatan, dan gaya tarik Van der Waals akan cukup kuat. Akan tetapi, gaya tarik tidak sama kuatnya dengan yang terdapat pada poli(propena) isotaktis. Ini menjadikan poli(propena) sindiotaktis lebih halus dan memiliki titik lebur yang lebih rendah.
Karena poli(propena) sindiotaktis relatif baru, kegunaannya masih terus berkembang – sebagai contoh, digunakan dalam lapisan plastik tipis untuk membungkus makanan. Ada juga yang digunakan dalam bidang kedokteran – misalnya, dalam tabung-tabung kedokteran dan untuk tas-tas dan kantong obat. Masih banyak kegunaan potensial lainnya – baik secara sendiri, maupun dalam bentuk campuran dengan poli(propena) isotaktis.
Poli(kloroetena) (polivnyl klorida): PVC
Poli (kloroetena) umumnya dikenal sebagai singkatan dari huruf-huruf pertama dari nama lamanya yaitu PVC.
Struktur
Poli(kloroetena) dibuat dengan polimerisasi kloroetena, CH2=CHCl. Pembetukan strukturnya tidak jauh beda dengan pembentukan struktur poli(propena) (lihat diatas). Selama anda menggambarkan molekul kloroetena dengan benar, maka strukturya akan terlihat sangat bagus.

Dalam bentuk persamaan biasanya dituliskan sebagai:

Tidak jadi masalah pada atom karbon mana dalam molekul awal klorin ditempatkan. Yang penting anda konsisten menuliskannya pada kedua sisi persamaan reaksi.
Proses polimerisasi utamanya menghasilkan molekul-molekul polimer ataktis – dimana atom-atom klorin berorientasi secara acak di sepanjang rantai. Strukturnya tidak berbeda degan poli(propena) ataktis – cukup ganti gugus CH3 pada poli(propena) ataktis dengan atom klorin.

Karena atom-atom klorin menonjol keluar dari rantai secara acak, dan karena ukuranya yang besar, maka sulit bagi rantai-rantai tersebut untuk berdekatan. Poli(kloroetena) bersifat amorf dan hanya memiliki sedikit daerah kristalin (berhablur).
Sifat-sifat dan kegunaan
Biasanya, polimer-polimer amorf lebih fleksibel dibanding polimer-polimer kristalin karena gaya tarik antara ranta-rantainya cenderung lebih lemah. Akan tetapi, poli(kloroetena) murni cenderung agak keras dan kaku.
Ini disebabkan oleh adanya interaksi dipol-dipol tambahan akibat polaritas ikatan karbon-klorin. Klorin jauh lebih elektronegatif dibanding karbon, sehingga menarik elektron-elektron dalam ikatan ke arahnya. Ini menjadikan atom-atom klorin sedikit engatif dan karbon sedikit positif.
Dipol-dipol permanen ini menambah gaya tarik akibat dipol-dipol sementara yang menghasilkan gaya-gaya dispersi.
Plasticiser biasa ditambahkan ke dalam poli(kloroetena) untuk mengurangi keefektifan gaya tarik ini dan membuat plastik lebih fleksibel. Semakin banyak plasticizer yang ditambahkan, semalin fleksibel plastik tersebut.
Poly(kloroetena) digunakan untuk membuat banyak barang-barang seperti pipa air, jendela plastik, insulasi kabel listrik, tikar untuk lantai dan untuk keperluan lain, alas kaki, pakaian, dan sebagainya.
Poli(tetrafluoroetena): PTFE
Polimer ini memiliki nama dagang Teflon atau Fluon.
Struktur
Secara struktural, PTFE mirip seperti poli(etena) kecuali bahwa masing-masing hidrogen dalam struktur diganti dengan sebuah atom fluorin.

Rantai-rantai PTFE cenderung terkemas dengan baik dan PTFE cukup berhablur (kristalin). Karena atom-atom fluorin, ranta-rantainya juga mengandung lebih banyak elektron (dengan panjang yang sama) dibanding rantai poli (etena) yang sebanding. Jika pengemasan yang baik dikombinasikan dengan elektron-elektron ekstra yang ada maka gaya dispersi Van der Waals akan lebih kuat dibanding pada poli(etena) sekalipun yang berkepadatan tinggi.
Sifat-sifat dan kegunaan
PTFE memiliki titik lebur yang relatif tinggi (dikarenakan oleh kekuatan gaya tarik antara rantai-rantainya) dan sangat resisten terhadap serangan kimia. Rantai karbon begitu melekat pada atom-atom fluorin sehingga tidak ada yang bisa mencapainya untuk bereaksi dengannya. Ini bermanfaat dalam industri kimia dan dalam industri makanan untuk melapisi wadah dan membuat wadah-wadah tersebut kebal terhadap hampir segala sesuatu yang dapat membuatnya korosi.
Yang tak kalah pentingnya bahwa PTFE juga memiliki sifat anti-lengket yang sangat baik – sifat inilah yang menyebabkan PTFE paling banyak digunakan dalam peralatan dapur dan perkebunan yang tidak-melengket. Dengan sifat ini juga, PTFE bisa digunakan pada barang-barang seperti bantalan antigesekan.