segala hal tentang pembuatan PVC (Poli Vinyl Cloride)

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Baku dan Bahan Pembantu
Bahan yang digunakan oleh PT.TPC Indo Plastic and Chemicals untuk menghasilkan resin PVC ada 2 macam yaitu :
a. Bahan baku utama :
1. VCM (Vinyl Chlorida Monomer)
Sifat kimia :
a) Rumus molekul : CH2=CHCl
b) Rumus bangun :


c) Kelarutan : 0,1 gr/100 ml air pada 25 0C
d) Vinil chlorida dihasilkan dari proses cracking atau pemecahan molekul etilena diklorida. Reaksinya :
CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl – CH2Cl
etilena Etilena diklorida
CH2Cl – CH2Cl CH2=CHCl + HCl
Etilena diklorida Vinil klorida
Sifat fisika :
a) Bentuk : gas atau cair tak berwarna.
b) Density relatif : 0,9 gr/ml
c) Titik lebur : -154 0C
d) Titik didih : -13 0C
e) Tekanan uap : 346 Kpa pada suhu 25 0C
f) Bau : bau manis
g) Titik nyala : gas mudah menyala
h) Kondisi yang dihindari: sumber udara, O2, matahari, dan semua penyebab kebakaran (sumber panas dan sumber nyala).
( Perry , 1984 )
b. Bahan pembantu
1. Katalis
Katalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di dalam reaktor. Terdapat 2 macam katalis yang digunakan, yaitu :
a) CT 2
Sifat Kimia :
1) Nama kimia : Di-(2 - Ethylhexyl) Peroxy Dicarbonate.
2) Rumus bangun :
O C2H5
C – O – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3
O
O
C – O - CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3
O C2H5
3) Kelarutan : sedikit larut dalam alifatik dan aromatik, tidak larut dalam air.
Sifat Fisika :
1) Bentuk : cairan bening.
2) Bau : khas.
3) Density : 944 kg/m3 pada suhu -10 0C
4) Titik Nyala : 63oC.
5) Titik Lebur : di bawah – 30 oC.
6) Komposisi : O2 Aktif (3,4 - 5%), Peroxide 75%, Hidrokarbon alifatik 25 %.
7) Viscositas : 26 mPa.S pada suhu -10 0C
b) CT 3
Sifat Kimia :
1) Nama kimia : Cumyl Peroxy Neodecanoate.
2) Rumus bangun :
R1 CH3
R1 C C O O C C
R2 O CH3

3) Kestabilan : tidak stabil bila terkena panas matahari.
4) Kelarutan dalam air : tidak larut
Sifat Fisika :
1) Tekanan uap : 0,07 Pascal pada suhu 20 oC.
2) Bentuk : cairan bening.
3) Komposisi : O2 aktif 3,87 %, peroxide 75 %, HC-alifatik 25%.
4) Density : 960 kg/m3 pada suhu -10 0C
5) Viscositas : 52 mPa.S pada suhu -10 0C
( Perry , 1984 )
2. Suspending agent
SA merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai pengontrol ukuran dan porositas partikel yang berupa : S1 dan S4.
Sifat Kimia :
a) Nama kimia : Poly(vinyl alkohol).
b) Rumus molekul :
c) Kelarutan : larut dalam air atau air panas.
Sifat Fisika :
a) Bentuk : butiran.
b) Warna : putih kekuning-kuningan.
c) Bau : Mild (ringan ).
d) Berat jenis : 350-700 kg/m3.
e) PH : 5 - 7.
( Perry , 1984 )
3. T-32
T-32 merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai Terminator untuk menghentikan reaksi dalam proses polimerisasi.
Sifat Kimia :
a) Nama kimia : Methyl Phenol (C15H24O)
b) Kelarutan dalam air : tidak larut.
c) Rumus bangun :
OH
CH3
Sifat Fisika :
a) Bentuk dan warna : cairan putih.
b) Bau : sedikit berbau.
c) Titik didih : 100 oC.
d) Titik leleh : 0oC.
e) Specific gravity : 0,9 – 1,1.



4. TBC ( Tert Buthyl Catechol )
Berfungsi sama seperti T-32 namun bedanya TBC hanya digunakan pada saat -saat tertentu saja (emergency only).
Sifat Kimia :
a) Kelarutan dalam air : 0,2 gr/100gr (TBC / H2O) pada 25 0C
Sifat Fisika :
a) Bentuk : cairan.
b) Warna : kuning jernih.
c) Bau : seperti phenol.
d) Titik didih : 100 oC.
e) Specific gravity : 1,063 - 1,069 pada suhu 25 oC.
f) Tekanan uap : 15 cmHg pada suhu 25 oC.
g) Komposisi : 4-Tert-Buthyl-Catechol = 84-86 %,H2O = 14-16 %.
( Perry , 1984 )
5. Na2CO3 ( Natrium Carbonat )
Merupakan bahan penunjang yang berfungsi sebagai buffer agent untuk mengatur pH dalam proses polimerisasi. Adapun sifat-sifatnya :
Sifat Kimia :
a) Rumus Molekul : Na2CO3.
b) Kelarutan : 21 gr/100 gr H2O pada suhu 20 OC.
( Vogel , 1990 )
Sifat Fisika :
a) Bentuk : serbuk putih.
b) Titik leleh : 851 oC.
c) Specific gravity : 2,53.
6. NaOH
NaOH digunakan dalam VCM recovery tank sebagai larutan alkali untuk mengatur pH sekitar 7 - 8.
Sifat Kimia :
a) Rumus Molekul : NaOH
b) Kelarutan di air : larut
c) Pada pemanasan terurai :
NaOH Na+ + OH-
( Underwood , 2002 )
Sifat Fisika :
a) Bentuk : larutan jernih.
b) Warna : tidak berwarna.
c) Bau : tidak berbau.
d) Titik Didih : 13900C
e) Titik Leleh : 318,40C
f) Spesifik gravity : 2,13
( Perry , 1984 )
7. NS
NS merupakan bahan tambahan yang berfungsi sebagai anti fouling agent di dalam reaktor , sehingga pada saat reaksi polimerisasi slurry tidak menempel pada dinding reaktor.
Sifat fisika :
a) Bentuk : cairan.
b) Warna : kuning transparan
c) Kelarutan : tidak larut dalam air.
d) Viscositas : < 10 cp pada 20 0C
( Perry , 1984 )

2.2 Proses Pembuatan Polyvinyl Chloride (PVC)
2.2.1 Dasar-dasar Polimerisasi
Menurut F.W. Billmeyer (1991), polimerisasi diklasifikasikan menjadi 2 kelompok utama yaitu polimerisasi Adisi dan polimerisasi Kondensasi :
1. Polimerisasi Adisi (Chain Polymerization)
Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang melibatkan reaksi rantai (pemecahan rantai ikatan atau penguaraian ikatan rangkap) dan disebabkan oleh radikal bebas (partikel reaktif yang mengandung elektron tak berpasangan) atau ion. Polimer penting yang dihasilkan melalui polimerisasi adisi adalah polimer turunan ethena berbentuk CH2 = CHX atau CH2 = CXY disebut monomer vinyl. Menurut Billmeyer, reaksinya secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :
CH2 = CH - CH2 – CH – CH2 – CH - dst

X X X
Polimerisasi ini berlangsung sangat cepat (beberapa detik). Reaksi keseluruhannya memakan waktu yang lama karena penelitian menunjukkan bahwa reaksi rantai berlangsung dalam suatu deret reaksi cepat yang diselingi dengan waktu cukup panjang, diistilahkan sebagai gejolak.
(Cowd, 1991)
2. Polimerisasi Kondensasi (Step Polymerization)
Polimerisasi kondensasi merupakan proses polimerisasi dimana terjadi penggabungan monomer yang memiliki berat molekul rendah dengan monomer yang memiliki berat molekul lebih besar menjadi oligomer (molekul dengan BM rendah dan hanya ada beberapa unit monomer yang tergabung) dan disertai pelepasan molekul kecil. Oligomer yang dihasilkan masih memiliki gugus ujung yang reaktif maka reaksi polimerisasi akan terus berlanjut. Laju polimerisasi akan menurun ketika gugus-gugus fungsi berikatan dan BM polimer sedikit demi sedikit bertambah hingga level konversi monomer tinggi. Reaksi pada polimerisasi kondensasi terjadi melalui 2 tahap :
1. Reaksi Esterifikasi
Reaksi langsung antara suatu asam karboksilat dan suatu gugus alkohol. Misalnya, asam tereftalat dan etilena glikol akan dihasilkan oligomer dan disertai pelepasan molekul air.
Reaksinya :


HOOC COOH + HOCH2CH2OH


Asam Tereftalat Etilena glikol

O O

HO H2CH2CO C COCH2CH2 OH + 2 H2O


Oligomer Air

2. Reaksi Polimerisasi Kondensasi
Pembentukan poly(ethylen there phtalat)

HOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH


Oligomer

O O

OC COCH2CH2 + HOCH2CH2OH

105

Poly (Ethylen Therephatalat) Etilena glikol
Tabel 2. Perbedaan antara Mekanisme Reaksi Polimerisasi Kondensasi dan Reaksi Polimerisasi Adisi

Reaksi polimerisasi kondensasi Reaksi polimerisasi adisi
• Pertumbuhan terjadi di seluruh matriks melalui reaksi antara monomer, oligomer dan polimer.
• (derajat polimerisasi rata–rata) rendah sampai sedang.
• Monomer berikatan dengan cepat sedangkan berat molekul bertambah secara perlahan.
• Tidak ada tahap terminasi; gugus-gugus ujung masih reaktif
• Ketika gugus-gugus fungsi bereaksi, laju polimerisasi berkurang dengan teratur • Pertumbuhan terjadi melalui penambahan unit monomer secara berturut – turut.
• bisa sangat tinggi.

• Monomer berikatan relatif lambat, tetapi berat molekul naik dengan cepat.
• Biasanya melibatkan tahap terminasi rantai.
• Mulanya laju polimerisasi naik ketika unit inisiator terbentuk; selanjutnya konstan hingga monomer hilang
(Stevens , 1989)

2.2.2 Macam-macam Proses Polimerisasi
Berdasarkan kebutuhan airnya, proses pembuatan PVC dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:
1. Polimerisasi suspensi, yaitu proses polimerisasi dengan penggunaan air yang relatif banyak. Merupakan reaksi polimerisasi yang umum digunakan oleh industri-industri polimer. Hampir 80% industri polimer saat ini menggunakan macam polimerisasi suspensi.
2. Polimerisasi emulsi, yaitu proses polimerisasi yang menggunakan air relatif sedikit. Produk yang dihasilkan lebih halus jika dibandingkan dengan produk dari proses polimerisasi suspensi.
3. Polimerisasi bulk, yaitu proses polimerisasi yang tidak menggunakan air di dalam prosesnya. Pada proses ini umumnya reaksi polimerisasi sulit dikendalikan.
(Surdia dan Saito, 1985)

2.2.3 Proses Polimerisasi di PT.TPC Indo Plastic and Chemicals
Proses polimerisasi di PT.TPC Indo Plastic and Chemicals merupakan reaksi polimerisasi adisi dan termasuk dalam macam polimerisasi suspensi yang menggunakan konsep “closed reactor”. Vinyl Chlorida Monomer (VCM), sebagai bahan baku, serta bahan tambahan lain dengan bantuan katalis akan bereaksi di dalam reaktor. Setelah mengalami proses polimerisasi, dilakukan pemisahan (stripping) dan pengeringan (drying). Produk akhir yang dihasilkan PT.TPC Indo Plastic & Chemicals berupa resin PVC. Adapun VCM berasal dari molekul etilena yang bereaksi dengan gas Cl2 menjadi molekul etilena diklorida. Kemudian etilena diklorida mengalami proses cracking atau pemecahan molekul. Sehingga, diperoleh senyawa Vinyl Chlorida Monomer (VCM) dan gas HCl. Reaksinya:
CH2 = CH2 + Cl2(g) CH2Cl - CH2Cl CH2 = CHCl + HCl(g)
Etilena etilene diklorida vinyl klorida
H H H H
n C =C C C
H Cl H Cl n
VCM PVC (Billmeyer, 1991)
2.2.4 Mekanisme dan Kinetika Reaksi Polimerisasi
1. Mekanisme Reaksi Polimerisasi
Reaksi polimerisasi pembentukan resin PVC menggunakan inisiator Di-(2 Ethyhexyl) Peroxy Dicarbonat. Adapun mekanisme reaksi pembentukan Poly Vinyl Chlorida yaitu :
a) Inisiasi
Inisiasi polimerisasi rantai radikal bebas melibatkan dua reaksi pembentukan radikal Di-(2Ethyl hexyl) Peroxy Dicarbonate dan adisi Radikal Vinyl Chlorida.
Reaksi yaitu :
C2H5 O O C2H5 C2H5 O
C3H7 CH CH2 OC–O–O–CO CH2 CH C3H7 2 C3H7 CH CH2 OC–O*
(Di – (2 ethylhexyl) Peroxy dicarbonate) (radikal inisiasi)


C2H5 O C2H5 O H
C3H7 CH CH2 OC–O* +CH2 = CHCl –C3H7 CH CH2 OC–O–CH2 C–
(radikal inisiasi) (VCM) (radikal VCM) Cl
b) Propagasi
Merupakan proses penggabungan radikal Vinyl Chlorida Monomer ke Vinyl Chlorida lainnya yang diikuti oleh adisi berantai radikal-radikal membentuk polimer. Reaksi :
C2H5 O H
–C3H7 CH CH2 OC–O–CH2 C– + CH2 = CHCl
(radical VCM) Cl (VCM)

C2H5 O H
C3H7 CH CH2 OC– O – CH2 – CHCl – CH2 C*
Cl
(rantai PVC dengan radikal VCM)
C2H5 O H
C3H7 CH CH2 OC–O–CH2–CHCl – CHC* + n CH2 = CHCl
Cl
(rantai PVC dengan radikal VCM) (VCM)

C2H5 O H
C3H7 CH CH2 OC–O–CH2 CHCl {CH2 CHCl}n CH2C*
(perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) Cl

c) Terminasi
Reaksi polimerisasi tersebut akan dihentikan setelah didapatkan senyawa polimer dengan panjang rantai yang diinginkan dengan menambah terminator methyl phenol yang akan bereaksi dengan molekul radikal bebas monomer sehingga VCM tidak reaktif lagi.

Reaksi : OH
CH3
C3H7CHCH2OC – O – CH2 – CHCl – {CH2–CHCl}788CH2Cl +
( perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) (methyl phenol)

OH

C3H7 CH CH2 OC –O–CH2 CHCl {CH2 CHCl}788 CH2 CHCl CH3

(Terminasi rantai PVC dengan Methyl phenol)

2. Kinetika Reaksi Polimerisasi
a) Inisiasi
Inisiasi berlangsung dua tahap yaitu: dekomposisi inisiator untuk menghasilkan radikal-radikal inisiator yang diikuti oleh adisi radikal inisiator ke monomer untuk memberikan radikal baru.







b) Propagasi










c) Terminasi
Reaksi : OH
CH3
C3H7CHCH2OC–O– CH2 – CHCl – {CH2–CHCl}880CH2C*HCl +
( perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) (methyl phenol)

OH
C3H7 CH CH2 OC –O–CH2 CHCl {CH2 CHCl}880 CH2 CHCl CH3

(Terminasi rantai PVC dengan Methyl phenol)
Laju Inisiasi
C2H5 O H
-d [C3H7 CH CH2OC – O – CH2 C*Cl]
RI =
dt


C2H5 O O C2H5
= 2 fk d [C3H7 CH CH2OC – O – O – CO CH2 CH C3H7]

C2H5 O
[ C3H7 CH CH2 OC – O]
f =
[ C3H7 CH CH2 OC – O – CH2 C*HCl]
C2H5 O H
Laju Propagasi


C2H5 O H
= KP [CH2 = CHCl] [C3H2 CH CH2 OC – O – CH2 C*Cl]
Laju Terminasi
C2H5 O H
-d [C3H7 CH CH2OC – O – CH2C*Cl]
Rt =
dt

= 2 Kt [C3H7 CH CH2 O C – O – O –C*Cl]2
C2H5 O H


Rantai kinetik rata-rata :


C2H5 O
KP [CH2 = CHCl] C3H7 CH CH2 OC – O – CH2 CHCl
=
2 Kt [C3H7 CH CH2 OC – O –CH2C*Cl]2
C2H5 O H

KP [CH2 = CHCl]
=
2 Kt [C3H7 CH CH2 O C – O – CH2C*Cl]2
C2H5 O H
(Stevens,1989)

2.3 Produk Utama dan Produk Samping
2.3.1 Produk Utama
PT TPC Indo Plastic and Chemicals merupakan memproduksi resin PVC sebesar 96.000 ton/tahun. Ada empat jenis produk resin PVC yang diproduksi oleh industri ini masing – masing mempunyai karakteristik dan kualitas yang berbeda. Berikut ini adalah rasio produksi PT TPC Indo Plastic and Chemicals tiap tahun :
1. Resin PVC tipe SG580
Merupakan produk resin PVC yang mempunyai berat molekul paling rendah. Jika diolah akan menjadi lembaran yang keras dan kaku. Banyak dipakai sebagai fitting (perpipaan sambung, valve atau elbow).


2. Resin PVC tipe SG 66S/660
Merupakan produk resin PVC yang jika diolah akan berupa lembaran yang keras dan kaku seperti pada PVC tipe SP 580. Produk ini biasanya dipakai sebagai bahan pembuatan film dan lembaran plastik.
3. Resin PVC tipe SP 660
Merupakan produk resin PVC yang paling banyak diproduksi oleh PT TPC Indo Plastic and Chemicals. PVC SP 660 ini biasanya dipakai sebagai bahan baku pembuatan pipa air.
4. Resin PVC tipe SP 710
Jika diolah, SP 710 akan berupa lembaran yang lunak dan lentur sehingga mudah dibentuk. Oleh karena itu SP 710 banyak dipakai sebagai bahan pembuatan isolator kabel listrik dan bahan lapisan untuk mebel.
2.3.2 Produk Samping
Produk samping berupa resin PVC basah atau biasa disebut dengan wet resin. Produk samping ini diperoleh dari resin – resin PVC yang tidak teroleh dan terikut ke dalam scrubber. Kemudian, di dalam scrubber resin PVC yang masih terikut udara akan di-spray dengan air. Nantinya akan diperoleh wet resin. Produk samping ini dijual pada pasaran tertentu. Umumnya digunakan untuk industri pembuatan sol sepatu.
2.3.3 Sifat – Sifat PVC
Sifat Fisika
a) Bentuk dan warna : serbuk berwarna putih.
b) Bau : tidak berbau.
c) Tekanan uap : 0,1 mmHg.
d) Berat jenis : 0,40 – 0,60 gr/ml.
e) Titik nyala : 500 0F.
f) Kandungan air : 0,3 %.
Melunak pada suhu 65-85 0 C dan mencair pada suhu 170 0 C.
(Perry , 1984)
Sifat Kimia
a) Rumus molekul : [-CH2CHCl-]n
b) Daya suhunya terhadap minyak dan lemak cukup baik, adanya klorin membuat plastik ini sukar terbakar.
c) Tidak larut dalam air
Reaksi : [- CH2 CHCl -]n + H2O
d) PVC bersifat keras, kaku, namun jernih dan mengkilap. Sangat sukar ditembus air dan permeabilitas gasnya rendah.
e) Tahan terhadap alkali , isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak larutan.
(Billmeyer, 1991)
2.4 Pengembangan Proses di Industri
Pengembangan Proses di PT TPC Indo Plastic and Chemicals berada di R n D ( Research and Development ) Bangkok, Thailand yang meliputi :
a) Pengembangan kualitas produk yang berkaitan dengan dosis bahan kimianya
b) Pengembangan jenis produk
c) Pemilihan penyeleksian bahan baku
d) Improvement kualitas produk