Plastik Akrilik

Latar Belakang

Plastik akrilik mengacu pada keluarga bahan plastik sintetis, atau buatan manusia yang mengandung satu atau lebih turunan asam akrilik. Plastik akrilik yang paling umum adalah polimetil metakrilat (PMMA), yang dijual dengan merek Plexiglas, Lucite, Perspex, dan Crystallite. PMMA adalah bahan yang tangguh dan sangat transparan dengan ketahanan yang sangat baik terhadap radiasi ultraviolet dan pelapukan. Itu bisa diwarnai, dicetak, dipotong, dibor, dan dibentuk. Properti ini membuatnya ideal untuk banyak aplikasi termasuk kaca depan pesawat, skylight, lampu belakang mobil, dan rambu luar ruangan. Salah satu aplikasi penting adalah langit-langit Astrodome Houston yang terdiri dari ratusan panel isolasi ganda dari plastik akrilik PMMA.

Seperti semua plastik, plastik akrilik adalah polimer. Kata polimer berasal dari kata Yunani poli, artinya banyak, dan meros, berarti bagian. Polimer, oleh karena itu, adalah bahan yang terdiri dari banyak molekul, atau bagian, yang dihubungkan bersama seperti rantai. Polimer mungkin memiliki ratusan, atau bahkan ribuan, molekul yang dihubungkan bersama. Lebih penting lagi, polimer adalah bahan yang memiliki sifat yang sama sekali berbeda dari bagian-bagian komponennya. Proses pembuatan polimer, yang dikenal sebagai polimerisasi, disamakan dengan menyekop pecahan kaca, tembaga, dan bahan lainnya ke dalam kotak, mengocok kotak, dan kembali dalam satu jam untuk menemukan pesawat televisi berwarna yang berfungsi. Kaca, tembaga, dan bagian komponen lainnya masih ada, tetapi telah dipasang kembali menjadi sesuatu yang terlihat dan berfungsi sama sekali berbeda.

Polimer plastik pertama, seluloid, kombinasi selulosa nitrat dan kapur barus, dikembangkan pada tahun 1869. Ini didasarkan pada selulosa polimer alami, yang terdapat pada tumbuhan. Seluloid digunakan untuk membuat banyak barang termasuk film fotografi, sisir, dan kerah kemeja pria.

Pada tahun 1909, Leo Baekeland mengembangkan polimer plastik sintetik pertama yang sukses secara komersial ketika ia mematenkan resin phenol formalde-hyde, yang ia beri nama Bakelite. Bakelite langsung sukses. Itu bisa dikerjakan dengan mesin dan dicetak. Itu adalah isolator listrik yang sangat baik dan tahan terhadap panas, asam, dan cuaca. Itu juga bisa diwarnai dan dicelup untuk digunakan dalam benda-benda dekoratif. Plastik Bakelite digunakan di radio, telepon, dan peralatan listrik, serta counter top, tombol , dan gagang pisau.

Asam akrilat pertama kali dibuat pada tahun 1843. Asam metakrilat, yang merupakan turunan dari asam akrilat, diformulasikan pada tahun 1865. Ketika asam metakrilat direaksikan dengan metil alkohol, menghasilkan ester yang dikenal sebagai metil metakrilat. Proses polimerisasi untuk mengubah metil metakrilat menjadi polimetil metakrilat ditemukan oleh ahli kimia Jerman Fittig dan Paul pada tahun 1877, tetapi baru pada tahun 1936 proses tersebut digunakan untuk memproduksi lembaran kaca pengaman akrilik secara komersial. Selama Perang Dunia II, kaca akrilik digunakan untuk port periskop di kapal selam dan untuk kaca depan, kanopi, dan menara senjata di pesawat terbang.

Bahan Baku

Metil metakrilat adalah molekul dasar, atau monomer, dari mana polimetil metakrilat dan banyak polimer plastik akrilik lainnya terbentuk. Notasi kimia untuk bahan ini adalah CH ₂ =C(CH ₃ ) Gambar 1 menunjukkan polimerisasi metil metakrilat menjadi polimetil metakrilat (PMMA). Gambar 2 menunjukkan monomer plastik akrilik lain yang dapat dikopolimerisasi dengan metil metakrilat. COOCH ₃ . Ini ditulis dalam format ini, bukan notasi kimia yang lebih umum C ₅ H ₈ O ₂ , untuk menunjukkan ikatan rangkap (=) antara dua atom karbon di tengah. Selama polimerisasi, satu kaki ikatan rangkap ini putus dan terhubung dengan atom karbon tengah dari molekul metil metakrilat lain untuk memulai rantai. Proses ini berulang sampai polimer akhir terbentuk. (Lihat Gambar 1)

Metil metakrilat dapat dibentuk dalam beberapa cara. Salah satu cara yang umum adalah dengan mereaksikan aseton [CH ₃ COCH ₃ ] dengan natrium sianida [NaCN] untuk menghasilkan aseton sianhidrin [(CH ₃ ) ₂ C(OH)CN]. Ini selanjutnya direaksikan dengan metil alkohol [CH ₃ OH] untuk menghasilkan metil metakrilat.

Monomer serupa lainnya seperti metil akrilat [CH ₂ =CHCOOCH,] dan akrilonitril [CH2 ₂ =CHCN] dapat digabungkan dengan metil metakrilat untuk membentuk plastik akrilik yang berbeda. (Lihat Gambar 2) Ketika dua atau lebih monomer bergabung bersama, hasilnya dikenal sebagai kopolimer. Sama seperti metil metakrilat, kedua monomer ini memiliki ikatan rangkap pada atom karbon tengah yang membelah selama polimerisasi untuk menghubungkan dengan atom karbon dari molekul lain. Mengontrol proporsi monomer lain ini menghasilkan perubahan elastisitas dan sifat lain dalam plastik yang dihasilkan.

Manufaktur
Proses

Polimer plastik akrilik dibentuk dengan mereaksikan monomer, seperti metil metakrilat, dengan katalis. Katalis tipikal adalah peroksida organik. Katalis memulai reaksi dan masuk ke dalamnya untuk mempertahankannya, tetapi tidak menjadi bagian dari polimer yang dihasilkan.

Plastik akrilik tersedia dalam tiga bentuk:lembaran datar, bentuk memanjang (batang dan tabung), dan bubuk cetakan. Bubuk cetakan kadang-kadang dibuat dengan proses yang dikenal sebagai polimerisasi suspensi di mana reaksi terjadi antara tetesan kecil monomer yang tersuspensi dalam larutan air dan katalis. Ini menghasilkan butiran polimer dengan berat molekul yang dikontrol ketat yang cocok untuk pencetakan atau ekstrusi.

Lembaran plastik akrilik dibentuk oleh proses yang dikenal sebagai polimerisasi massal. Dalam proses ini, monomer dan katalis dituangkan ke dalam cetakan tempat reaksi berlangsung. Dua metode polimerisasi massal dapat digunakan:sel batch atau kontinu. Sel batch adalah yang paling umum karena sederhana dan mudah disesuaikan untuk membuat lembaran akrilik dengan ketebalan 0,06 hingga 6,0 inci (0,16-15 cm) dan lebar dari 3 kaki (0,9 m) hingga beberapa ratus kaki. Metode sel batch juga dapat digunakan untuk membentuk batang dan tabung. Metode kontinu lebih cepat dan melibatkan lebih sedikit tenaga kerja. Ini digunakan untuk membuat lembaran dengan ketebalan yang lebih tipis dan lebar yang lebih kecil daripada yang diproduksi dengan metode sel batch.

Kami akan menjelaskan sel batch dan proses polimerisasi massal kontinu yang biasanya digunakan untuk menghasilkan lembaran polimetil metakrilat (PMMA) transparan.

Polimerisasi massal sel batch adalah cara paling umum untuk membuat lembaran plastik akrilik karena sederhana dan mudah diadaptasi untuk pembuatan lembaran dengan ketebalan 0,06 hingga 6 inci.

Polimerisasi massal sel batch

1. Cetakan untuk memproduksi lembaran dirakit dari dua pelat kaca mengkilap yang dipisahkan oleh pengatur jarak "bingkai jendela" yang fleksibel. Spacer berada di sepanjang perimeter luar permukaan pelat kaca dan membentuk rongga tertutup di antara pelat. Fakta bahwa spacer fleksibel memungkinkan rongga cetakan menyusut selama proses polimerisasi untuk mengimbangi penyusutan volume material saat reaksi beralih dari molekul individu ke polimer terkait. Dalam beberapa aplikasi produksi, pelat logam yang dipoles digunakan sebagai pengganti kaca. Beberapa pelat dapat ditumpuk di atas satu sama lain dengan permukaan atas satu pelat menjadi permukaan bawah rongga cetakan berikutnya yang lebih tinggi. Pelat dan spacer dijepit bersama dengan klem pegas.
2. Sudut terbuka dari setiap rongga cetakan diisi dengan sirup cair monomer metil metakrilat dan katalis yang telah diukur sebelumnya. Dalam beberapa kasus, prapolimer metil metakrilat juga ditambahkan. Prapolimer adalah bahan dengan rantai polimer yang terbentuk sebagian yang digunakan untuk lebih membantu proses polimerisasi. Sirup cair mengalir ke seluruh rongga cetakan untuk mengisinya.
3. Cetakan kemudian disegel dan panas dapat diterapkan untuk membantu katalis memulai reaksi.
4. Saat reaksi berlangsung, reaksi tersebut dapat menghasilkan panas yang signifikan dengan sendirinya. Panas ini dihembuskan dalam oven udara atau dengan menempatkan cetakan di penangas air. Siklus suhu terprogram diikuti untuk memastikan waktu pengeringan yang tepat tanpa penguapan tambahan dari larutan monomer. Ini juga mencegah pembentukan gelembung. Seprai yang lebih tipis dapat sembuh dalam 10 hingga 12 jam, tetapi lembaran yang lebih tebal mungkin memerlukan beberapa hari.
5. Saat plastik diawetkan, cetakan didinginkan dan dibuka. Kaca atau pelat logam dibersihkan dan dipasang kembali untuk batch berikutnya.
6. Lembaran plastik digunakan apa adanya atau dianil dengan memanaskannya hingga 284-302°F (140-150 °C) selama beberapa jam untuk mengurangi tegangan sisa pada material yang dapat menyebabkan lengkungan atau ketidakstabilan dimensi lainnya.
7. Setiap kelebihan bahan, atau kilatan, dipangkas dari tepinya, dan kertas penutup atau film plastik diaplikasikan pada permukaan lembaran jadi untuk perlindungan selama penanganan dan pengiriman. Kertas atau film sering ditandai dengan nama merek bahan, ukuran, dan petunjuk penanganan. Kesesuaian dengan keselamatan yang berlaku atau standar kode bangunan juga diperhatikan.

Polimerisasi massal berkelanjutan

1. Proses kontinyu mirip dengan proses sel batch, tetapi karena lembarannya lebih tipis dan lebih kecil, waktu prosesnya jauh lebih singkat. Sirup monomer dan katalis dimasukkan pada salah satu ujung rangkaian sabuk baja tahan karat horizontal yang berjalan paralel, satu di atas yang lain. Jarak antar belt menentukan ketebalan lembaran yang akan dibentuk.

   

2. Belt menahan monomer yang bereaksi dan sirup katalis di antara mereka dan memindahkannya melalui serangkaian zona pemanasan dan pendinginan sesuai dengan siklus suhu terprogram untuk menyembuhkan material.
3. Pemanas listrik atau udara panas kemudian dapat melapisi material saat keluar dari ujung sabuk.
4. Lembaran dipotong sesuai ukuran dan kertas penutup atau film plastik diterapkan.

Kontrol Kualitas

Penyimpanan, penanganan, dan pemrosesan bahan kimia yang membuat plastik akrilik dilakukan di bawah kondisi lingkungan yang terkendali untuk mencegah kontaminasi bahan atau reaksi kimia yang tidak aman. Kontrol suhu sangat penting untuk proses polimerisasi. Bahkan suhu awal monomer dan katalis dikontrol sebelum dimasukkan ke dalam cetakan. Selama seluruh proses, suhu bahan yang bereaksi dipantau dan dikendalikan untuk memastikan siklus pemanasan dan pendinginan adalah suhu dan durasi yang tepat.

Sampel bahan akrilik jadi juga diberikan analisis laboratorium berkala untuk memastikan sifat fisik, optik, dan kimianya.

Bahan Beracun, Keamanan
Pertimbangan, dan
Daur Ulang

Pembuatan plastik akrilik melibatkan zat yang sangat beracun yang memerlukan penyimpanan, penanganan, dan pembuangan yang hati-hati. Proses polimerisasi dapat mengakibatkan ledakan jika tidak dipantau dengan baik. Ini juga menghasilkan asap beracun. Undang-undang terbaru mengharuskan proses polimerisasi dilakukan dalam lingkungan tertutup dan asap dibersihkan, ditangkap, atau dinetralisir sebelum dibuang ke atmosfer.

Plastik akrilik tidak mudah didaur ulang. Ini dianggap sebagai plastik kelompok 7 di antara plastik daur ulang dan tidak dikumpulkan untuk didaur ulang di sebagian besar komunitas. Potongan besar dapat dibentuk kembali menjadi objek berguna lainnya jika tidak mengalami terlalu banyak tekanan, retak, atau retak, tetapi ini hanya menyumbang sebagian kecil dari limbah plastik akrilik. Di tempat pembuangan sampah, plastik akrilik, seperti banyak plastik lainnya, tidak mudah terurai secara hayati. Beberapa plastik akrilik sangat mudah terbakar dan harus dilindungi dari sumber pembakaran.

Masa Depan

Peningkatan tahunan rata-rata dalam tingkat konsumsi plastik akrilik telah sekitar 10%. Tingkat pertumbuhan tahunan di masa depan diperkirakan sekitar 5%. Terlepas dari kenyataan bahwa plastik akrilik adalah salah satu bahan plastik tertua yang digunakan saat ini, mereka masih memiliki keunggulan yang sama dari kejernihan optik dan ketahanan terhadap lingkungan luar yang menjadikannya bahan pilihan untuk banyak aplikasi.