BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Baku dan Bahan PembantuBahan 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=CHClb) Rumus bangun :

c) Kelarutan : 0,1 gr/100 ml air pada 25 0Cd) Vinil chlorida dihasilkan dari proses cracking atau pemecahan molekul etilena diklorida. Reaksinya :CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl CH2Cletilena Etilena dikloridaCH2Cl CH2Cl CH2=CHCl + HClEtilena diklorida Vinil kloridaSifat fisika :a) Bentuk : gas atau cair tak berwarna.b) Density relatif : 0,9 gr/mlc) Titik lebur : -154 0Cd) Titik didih : -13 0Ce) Tekanan uap : 346 Kpa pada suhu 25 0Cf) Bau : bau manisg) Titik nyala : gas mudah menyalah) Kondisi yang dihindari: sumber udara, O2, matahari, dan semua penyebab kebakaran (sumber panas dan sumber nyala).( Perry , 1984 )b. Bahan pembantu1. KatalisKatalis berfungsi untuk mempercepat reaksi dalam proses polimerisasi di dalam reaktor. Terdapat 2 macam katalis yang digunakan, yaitu :a) CT 2Sifat Kimia :1) Nama kimia : Di-(2 - Ethylhexyl) Peroxy Dicarbonate.2) Rumus bangun :O C2H5C O CH2 CH CH2 CH2 CH3OOC O - CH2 CH CH2 CH2 CH3O C2H53) 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 0C4) 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 0Cb) CT 3Sifat Kimia :1) Nama kimia : Cumyl Peroxy Neodecanoate.2) Rumus bangun :R1 CH3R1 C C O O C CR2 O CH3

3) Kestabilan : tidak stabil bila terkena panas matahari.4) Kelarutan dalam air : tidak larutSifat 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 0C5) Viscositas : 52 mPa.S pada suhu -10 0C( Perry , 1984 )2. Suspending agentSA 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-32T-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 :OHCH3Sifat 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 0CSifat 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. NaOHNaOH digunakan dalam VCM recovery tank sebagai larutan alkali untuk mengatur pH sekitar 7 - 8.Sifat Kimia :a) Rumus Molekul : NaOHb) Kelarutan di air : larutc) 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 : 13900Ce) Titik Leleh : 318,40Cf) Spesifik gravity : 2,13( Perry , 1984 )7. NSNS 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 transparanc) 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 PolimerisasiMenurut 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 XPolimerisasi 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 EsterifikasiReaksi 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 KondensasiPembentukan poly(ethylen there phtalat)

HOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH

Oligomer

O O

OC COCH2CH2 + HOCH2CH2OH

105

Poly (Ethylen Therephatalat) Etilena glikolTabel 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 ratarata) 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 PolimerisasiBerdasarkan 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 ChemicalsProses 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 kloridaH H H Hn C =C C CH Cl H Cl nVCM PVC (Billmeyer, 1991)2.2.4 Mekanisme dan Kinetika Reaksi Polimerisasi1. Mekanisme Reaksi PolimerisasiReaksi polimerisasi pembentukan resin PVC menggunakan inisiator Di-(2 Ethyhexyl) Peroxy Dicarbonat. Adapun mekanisme reaksi pembentukan Poly Vinyl Chlorida yaitu :a) InisiasiInisiasi 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 OC3H7 CH CH2 OCOOCO CH2 CH C3H7 2 C3H7 CH CH2 OCO*(Di (2 ethylhexyl) Peroxy dicarbonate) (radikal inisiasi)

C2H5 O C2H5 O HC3H7 CH CH2 OCO* +CH2 = CHCl C3H7 CH CH2 OCOCH2 C(radikal inisiasi) (VCM) (radikal VCM) Clb) PropagasiMerupakan proses penggabungan radikal Vinyl Chlorida Monomer ke Vinyl Chlorida lainnya yang diikuti oleh adisi berantai radikal-radikal membentuk polimer. Reaksi :C2H5 O HC3H7 CH CH2 OCOCH2 C + CH2 = CHCl(radical VCM) Cl (VCM)

C2H5 O HC3H7 CH CH2 OC O CH2 CHCl CH2 C*Cl(rantai PVC dengan radikal VCM)C2H5 O HC3H7 CH CH2 OCOCH2CHCl CHC* + n CH2 = CHClCl(rantai PVC dengan radikal VCM) (VCM)

C2H5 O HC3H7 CH CH2 OCOCH2 CHCl {CH2 CHCl}n CH2C*(perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) Cl

c) TerminasiReaksi 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 : OHCH3C3H7CHCH2OC O CH2 CHCl {CH2CHCl}788CH2Cl +( perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) (methyl phenol)

OH

C3H7 CH CH2 OC OCH2 CHCl {CH2 CHCl}788 CH2 CHCl CH3

(Terminasi rantai PVC dengan Methyl phenol)

2. Kinetika Reaksi Polimerisasia) InisiasiInisiasi 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) TerminasiReaksi : OHCH3C3H7CHCH2OCO CH2 CHCl {CH2CHCl}880CH2C*HCl +( perpanjangan rantai PVC dengan radikal VCM) (methyl phenol)

OHC3H7 CH CH2 OC OCH2 CHCl {CH2 CHCl}880 CH2 CHCl CH3

(Terminasi rantai PVC dengan Methyl phenol)Laju InisiasiC2H5 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 HLaju Propagasi

C2H5 O H= KP [CH2 = CHCl] [C3H2 CH CH2 OC O CH2 C*Cl]Laju TerminasiC2H5 O H-d [C3H7 CH CH2OC O CH2C*Cl]Rt =dt

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

Rantai kinetik rata-rata :

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

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

2.3 Produk Utama dan Produk Samping2.3.1 Produk UtamaPT 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 SG580Merupakan 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/660Merupakan 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 660Merupakan 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 710Jika 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 SampingProduk 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 PVCSifat Fisikaa) 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 Kimiaa) Rumus molekul : [-CH2CHCl-]nb) Daya suhunya terhadap minyak dan lemak cukup baik, adanya klorin membuat plastik ini sukar terbakar.c) Tidak larut dalam airReaksi : [- CH2 CHCl -]n + H2Od) 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 IndustriPengembangan 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 kimianyab) Pengembangan jenis produkc) Pemilihan penyeleksian bahan bakud) Improvement kualitas produkTAHAP-TAHAP PEMBUATAN PVC

Secara garis besar proses produksi PVC dilakukan melalui tiga tahapan reaksi. PVC yang dihasilkan dalam tahapan-tahapan produksi ini merupakan PVC murni. Tahap-tahap pembuatan PVC, antara lain:

1. Klor-AlkaliProses yang pertama yaitu Proses Klor-Alkali, gas klorin (Cl2) merupakan produk utama yang dihasilkan pada tahapan ini, disamping produk-produk sampingan berupa natrium hidroksida (NaOH), gas hydrogen (H2) dan natrium hipoklorit (NaOCl).

Dalam Proses Klor-Alkali ini garam natrium klorida (NaCl) dilarutkan dalam air dan dimurnikan serta dikonsentrasikan.Larutan garam yang murni dan terkonsentrasi ini kemudian dielektrolisa menghasilkanNaOH, gas klorin dan gas hydrogen.

2NaCl + 2H2O Cl2+ H2+ 2NaOH

Natrium hipokloritdan asam kloridamerupakan produk turunan yang didapat dengan mereaksikannatrium hidroksidadan gas klorin.

NaOH + Cl2 NaOCl + HCl

2. EDC/VCM

Proses yang kedua, yaitu Proses EDC/VCMyangmenghasilkan monomer vinil klorida (vinyl chloride monomer atau disingkat dengan VCM) sebagai produk utama. Proses produksi VCMdilakukan dengan dua langkah secara bersamaan,yaitu DirectChlorination (DC) danproses Oxy-Chlorination (OC).

Dalam Proses Direct Chlorination, gas klorin yang dihasilkan dari Proses Klor-Alkali direaksikan dengan ethylene untuk menghasilkan ethylene dichloride (EDC)dimanapenggunaan utamanya adalah sebagai bahan baku pembuatan VCM.Reaksinya adalah:

CH2=CH2+ Cl2 ClCH2CH2Cl

Dalam Proses Oxy-Chlorination, ethylene direaksikan dengan asam klorida (HCl) dan oksigen(O2) menghasilkan ethylene dichloride (EDC).Reaksi pada proses ini adalah:

CH2=CH2+ 2 HCl + O2 ClCH2CH2Cl + H2O

Ethylene dichloride yang dihasilkan melalui kedua langkah diatas kemudian dilakukan proses cracking menjadi vinil klorida (VCM) sebagai produk utama dan asam klorida (HCl) sebagai produk sampingan. Sebagian dari asam klorida yang dihasilkan dari proses cracking EDC kemudian digunakan kembali dalam Proses Oxy-Chlorination untuk menghasilkan EDC.

3. Polimerasasi

Dalam proses yang ketiga, yaitu proses polimerisasi PVC, vinil klorida (VCM) dipolimerisasi menjadi polivinil klorida (PVC) dalam reactor tank. Reaksi polimerisasi PVC adalah sebagai berikut:

Mekanisme polimerisasi yang dilakukan adalah dengan metode radikal bebas yang terdiri dari tiga tahap:1. Inisiasi2. Propagasi3. Terminasi