Kristalinitas Polimer

Material polimer dapat dijumpai dalam keadaan kristalin. Namun, karena polimer tergolong molekul, bukan atom atau ion seperti halnya pada logam dan keramik, maka susunann atomnya lebih kompleks. Kita berasumsi kristalinitas polimer sebagai susunan rantai molekul yang membentuk geometri atom yang teratur. Strukur kristal dapat digambarkan sebagai unit sel yang seringkali terlihat rumit. Gambar 14.10 menujukkan satu unit sel untuk polietilen dan hubungannya dengan struktur rantai moleku. Unit sel ini berbentuk geometri ortorhombik. Tentunya, rantai molekul juga memanjang terus[1].

[1] (tak berhenti untuk satu sel saja, unit sel yang lain juga terbentuk karena adanya interaksi antara rantai molekul yang berdekatan tersebut. Namun perlu diingat bahwa rantai molekul tersebut dapat berotasi, melintir, terpilin hingga bentuknya acak / tak beraturan buka kembali penjelasan tentang bentuk molekul polimer. Sehingga, sebuah kristal polimer terjadi jika rantai molekul satu dengan yang lain berdekatan dan berinteraksi).

Susunan Rantai Molekul pada Unit Sel Polyethylene
Gambar 14.10 Susunan Rantai Molekul pada Unit Sel Polyethylene

Subtansi molekul yang memiliki molekul kecil hanya memiliki dua kemungkinan struktur yaitu seluruhnya kristalin atau seluruhnya amorfus. Sedangkan material polimer biasanya semi-kristalin, memiliki daerah kristalin yang terdispersi dalam struktur amorfus. Adanya rantai yang tidak teratur akan membentuk daerah amorfus karena adanya twisting, kinking, dan coiling (melintir, berkelok-kelok, memilin) dari rantai untuk menjaga susunan setiap segmen tetap teratur pada rantai molekul. Pengaruh struktural lain terhadap luas kristalinitas pada molekul polimer akan dibahas singkat.

Tingkat kristalinitas merupakan perbandingan antara struktur kristalin dan struktur amorf. Densitas polimer kristalin lebih besar daripada densitas polimer amorf meskipun material dan berat molekulnya sama. Hal ini dikarenakan rantai molekul pada struktur kristalin lebih padat tersusun bersama. Derajat kristalinitas ditentukan melalui perhitungan densitasnya dengan akurat sesuai dengan persamaan berikut.

Perhitungan derajat kristainitas polimer
Perhitungan derajat kristainitas polimer

Dimana ps adalah densitas spesimen saat persentasi kristalinitasnya diketahui, pa adalah densitas ketika polimer seluruhnya amorf, dan pc adalah densitas ketika polimer seluruhnya kristalin. Nilai pa dan pc harus diketahui secara eksperimental.

Derajat kristalinitas dari polimer bergantung pada laju pendinginan selama solidifikasi (proses dimana konfigurasi rantai terbentuk). Selama kristalisasi ketika pendinginan melewati temperatur melting, rantai yang sangat acak dalam keadaan liquid harus diasumsikan sebagai susunan yang teratur. Dalam proses ini, waktu yang cukup harus diberikan agar rantai dapat bergerak dan menyusun dirinya hingga teratur.

Secara kimia, konfigurasi rantai dapat mempengaruhi kemampuan polimer terkristalisasi. Kristalisasi tidak mudah terbentuk pada polimer yang memiliki repeat unit yang kompleks seperti polyisoprene. Kristalisasi juga tidak mudah dilakukan pada polimer yang sederhana meskipun dengan pendinginan cepat.

Untuk polimer linier, kristalisasi mudah diselsaikan karena hanya terdapat sedikit halangan untuk mencegah proses penyusunan rantai. Adanya cabang akan menggangu kristalisasi, sehingga polimer cabang biasanya tidak pernah memiliki derajat kristalinitas tinggi. Pada kenyataannya terlalu banyak cabang akan mencegah terjadinya kristalisasi. Sedangkan kebanyakan polimer ikat silang dan jaringan seluruhnya amorf karena adanya ikat silang mencegah rantai polimer untuk menyusun kembali struktur kristalnya. Sedikit diantara polimer ikat silang memiliki struktur kristalin sebagaian. Pun demikian, streoisomers, atactic sulit dikristalisasi. Sedangkan polimer isotactic dan syndiotactic polimer merupakan polimer yang lebih mudah dikristalisasi karena keteraturan geometrinya menfasilitasi proses fitting (penyesuaian) bersama membentuk rantai yang berdekatan. Pun, gugus atom yang besar cenderung sulit dikristalisasi.

Sedangkan untuk kopolimer, susunan atom yang acak akan memiliki kecenderungan membentuk nonkristalin. Sehingga random dan graft kopolimer berstruktur amorf. Sedangkan alternating dan block kopolimer cenderung mudah terkristalisasi.

Sifat fisik material polimer juga seringkali dipengaruhi oleh derajat kristalinitas ini. Polimer kristalin biasanya lebih kuat dan lebih tahann terhadap dissolution dan pelunakan akibat panas.

Sumber:

Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. John Wiley & Sons: USA

Advertisements

One thought on “Kristalinitas Polimer

Kritik, saran, dan masukan anda sangat berharga bagi kami

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s