Laporan Praktikum Urea Formaldehid

BAB I
PENDAHULUAN


I.1. Latar Belakang
Urea adalah senyawa turunan dari asam karboksilat yang mengikat gugus amida.Urea disintesis di industri dari amonia dan karbon dioksida untuk digunakan sebagai bahan dalam sintesa polimer, obat – obatan, sumber nitrogen non-protein bagi ternak ruminansia dan untuk pupuk nitrogen .
Formalin adalah gas yang mudah terbakar, tidak berwarna, gas beracun dengan bau yang menusuk dan menyesakkan. Formalin biasa digunakan sebagai desinfektan dan pengawet untuk spesimen hayati .
Resin urea formaldehid adalah hasil polimerisasi kondensasi urea dengan formaldehid. Resin ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam ,basa , idak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Karena sifat-sifat tersebut, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah laminating, coating, tekstil resin finishing.

I.2. Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari pengaruh perubahan kondisi reaksi antara urea dan formalin pada kecepatan reaksi dan hasil reaksi pada tahap intermediate .





BAB II
TEORI PENUNJANG


Urea merupakan amida yang bersifat basa karena karbonil tunggalnya tidak cukup untuk mengkompensasi dua gugus amino. Urea adalah senyawa kovalen yang memiliki tiga atom iner (dalam). Berat molekulnya 60,06 gram/mol, titik leleh 133 oC(406 K) dan densitas 1 gr/ml .
Meskipun dalam udara bebas formaldehida berada dalam wujud gas, tapi bisa larut dalam air (biasanya dijual dalam kadar larutan 37% menggunakan merk dagang formalin atau formol). Dalam air, formaldehida mengalami polimerisasi, sedikit sekali yang ada dalam bentuk monomer H2CO. Umumnya, larutan ini mengandung beberapa persen metanol untuk membatasi polimerisasinya. Formalin adalah larutan formaldehida dalam air, dengan kadar antara 10%-40%.
Meskipun formaldehida menampilkan sifat kimiawi seperti pada umumnya aldehida, senyawa ini lebih reaktif daripada aldehida lainnya. Formaldehida merupakan elektrofil, bisa dipakai dalam reaksi substitusi aromatik elektrofilik dan sanyawa aromatik serta bisa mengalami reaksi adisi elektrofilik dan alkena. Karena keadaannya katalis basa, formaldehida bisa mengalami reaksi Cannizaro menghasilkan asam format dan metanol.Formaldehida bisa membentuk trimer siklik, 1,3,5-trioksan atau polimer linier polioksimetilen. Formasi zat ini menjadikan tingkah laku gas formaldehida berbeda dari hukum gas ideal, terutama dalam tekanan tinggi atau udara dingin. Formaldehida bisa dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi asam format, karena itu larutan formaldehida harus ditutup serta diisolasi supaya tidak kemasukan udara. Urea dengan formaldehid akan bereaksi membentuk kopolimer yang disebut urea formaldehid.
Polimer adalah suatu senyawa yang terbentuk dari dua molekul atau lebih dengan rantai yang panjang . Molekul dan berat molekulnya besar . Unit – unit molekulnya dikenal sebagai monomer – monomer yang berikatan secara berangkai – rangkai . Monomer ini bisa berulang berkali – kali .
Berdasarkan jenis ikatannya , polimer dibedakan menjadi 2 yaitu:

1.Homopolimer yaitu polimer yang terbentuk dari monomer – monomer yang sejenis .

2.Kopolimer yaitu polimer yang terbentuk dari monomer – monomer tak sejenis.

Berdasarkan mekanisme reaksinya , proses polimerisasi dibagi menjadi dua yaitu :

1.Polimerisasi adisi , yang terjadi jika monomer – monomer mengalami reaksi adisi tanpa terbentuk zat lain. Jadi yang terbentuk hanya polimer yang merupakan penggabungan monomer – monomernya .

2.Polimerisasi kondensasi , yaitu suatu reaksi dari dua buah molekul atau gugus fungsi dari molekul ( biasanya senyawa organik ) yang membentuk molekul yang lebih besar dan melepaskan molekul yang lebih kecil yaitu air.

Berdasarkan sifatnya, polimer dapat dibagi menjadi dua yaitu :

1.Polimer thermosetting yaitu polimer yang tidak lunak apabila dipanaskan, sehingga sulit dibentuk ulang.

2.Polimer thermoplastic yaitu polimer yang lunak bila dipanaskan sehingga mudah untuk dibentuk ulang

Urea-formaldehid resin adalah hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Resin jenis ini termasuk dalam kelas resin thermosetting yang mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh. Polimer termoset dibuat dengan menggabungkan komponen-komponen yang bersifat saling menguatkan sehingga dihasilakn polimer dengan derajat cross link yang sangat tinggi. Karena sifat-sifat di atas, aplikasi resin urea-formaldehid yang sangat luas sehingga industri urea-formaldehid berkembang pesat. Contoh industri yang menggunakan industri formaldehid adalah addhesive untuk plywood, tekstil resin finishing, laminating, coating, molding, casting, laquers, dan sebagainya. Pembuatan resin urea-formaldehid secara garis besar dibagi menjadi 3. Yang pertama adalah reaksi metiolasi, yaitu penggabungan urea dan formaldehid membentuk monomer-monomer yang berupa monometilol dan dimetil urea. Reaksi kedua adalah penggabungan monomer yang terbentuk menjadi polimer yang lurus dan menghasilkan uap air. Tahp ini disebut tahap kondensasi. Proses ketiga adalah proses curing, dimana polimer membentuk jaringan tiga dimensi dengan bantuan pemanasan dalam oven.
Reaksi urea-formaldehid pada pH antara 8 sampai 10 adalah reaksi metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea. Pada tahap metilolasi , urea dan formaldehid bereaksi menjadi metilol dan dimetil urea. Rasio dari senyawa mono dan dimetilol yang terbentuk bergantung pada rasio formaldehid dan urea yang diumpankan. Reaksi berlangsung pada kondisi basa dengan amoniak (NH4OH) sebagai katalis dan Na2CO3 sebagai buffer. Buffer ini berfungsi menjaga kondisi pH reaksi agar tidak berubah tiba-tiba secara drastis. Analisa awal dilakukan dengan menggunakan blanko berupa larutan formaldehid, NH4OH dan Na2CO3. Sampel ke-0 diambil setelah urea ditambahkan pada larutan dan diaduk sempurna. Setelah itu dilakukan pemanasan sampai 70 0C untuk mempercepat reaksi.
Reaksi metilolasi diteruskan dengan reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus. Derivat-derivat metilol merupakan monomer, penyebab terjadinya reaksi polimerisasi kondensasi. Polimer yang dihasilkan mula-mula mempunyai rantai lurus dan masih larut dalam air. Semakin lanjut kondensasi berlangsung, polimer mulai membentuk rantai 3 dimensi dan semakin berkurang kelarutannya dalam air. Reaksi kondensasi ini dilakukan dalam sebuah labu berleher yang dilengkapi kondensor ohm meter, termometer, agitator dan pipa untuk sampling point. Labu berleher ini ditempatkan dalam waterbath.
Kondensor berfungsi mengembunkan air yang menguap selama proses
polimerisasi. Hal ini dimaksudkan mempercepat tercapainya kesetimbangan reaksi.
Agitator berfungsi membuat larutan tetap homogen selama proses pembentukan produk urea formaldehid.



Pada prinsipnya, pembuatan produk-produk urea-formaldehid dilakukan melalui beberapa tahapan:
1.Tahap intermediate
Merupakan suatu tahap untuk mendapatkan resin yang masih berupa larutan dan larut dalam air atau pelarut lainnya .

2.Tahap persiapan
Pada tahap ini resin merupakan produk dari tahap intermediate yang dicampurkan dengan bahan lain . Penambahan bahan akan menentukan produk akhir dari polimer .

3.Tahap curing
Pada proses curing, kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi thermosetting resin. Hasil reaksi dan kecepatannya, sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor:

1.Perbandingan umpan

Umumnya , Perbandingan mol umpan (formalin/urea) yang digunakan pada percobaan ini adalah 1,25 dimana perbandingan umpan berada pada batas standar yang ditentukan, perbandingan umpan harus berada dalam range antara 1,25 – 2,0 hal tersebut dimaksudkan agar larutan resin yang terbentuk tidak kental dan tidak encer. Sehingga mempermudah analisis baik analisis densitas, viskositas, kadar resin dan formalin bebas. Besarnya perbandingan mol umpan formalin dengan urea sangat mempengaruhi pada produk (polimer) yang dihasilkan, bila perbandingan umpan kurang dari 1,25 maka resin yang dihasilkan memiliki kadar formalin yang rendah dan menghasilkan polimer yang kekerasan dan kepadatannya rendah ,sedangkan bila perbandingan umpan lebih dari 2 maka resin yang dihasilkan memiliki kadar formalin yang tinggi dan menghasilkan polimer yang kekerasan dan kepadatannya tinggi.

2.Pengaruh pH

Kondisi reaksi sangat berpengaruh terhadap reaksi atau hasil reaksi selama proses kondensasi polimerisasi terjadi . Dalam suasana asam akan terbentuk senyawa Goldsmith dan senyawa lain yang tidak terkontrol sehingga molekul polimer yang dihasilkan rendah .

Senyawa Goldsmith tidak diinginkan karena mempunyai rantai polimer lebih pendek tetapi stabil terhadap panas.
Dalam suasana basa kuat , formaldehid akan bereaksi secara disproporsionasi dimana sebagian akan teroksidasi menjadi asam karboksilat dan sebagian tereduksi menjadi alkohol. Reaksi yang terjadi adalah :
2H-CO-H +OH- ===> H-CO-O + CH3OH
formaldehid basa kuat asam karboksilat alcohol

3.Katalis

Menurut JJ. Berjelius, katalis merupakan senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi. Sedangkan menurut W.Ostwald, katalis merupakan senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat reaksi tanpa tergabung dalam produk. Artinya katalis dapat mempercepat reaksi, ikut aktif dalam reaksi, tetapi tidak ikut tergabung didalam produk. Untuk proses ini digunakan katalis NH3 yang dapat menurunkan energi aktivasi dengan menyerap panas pada saat curing, fungsinya adalah untuk mengatur penguapan agar tidak gosong. Energi aktivasi adalah energi minimum yang dibutuhkan agar molekul – molekul yang di dalam larutan bertumbukan, sehingga reaksi menjadi cepat.

4.Temperatur reaksi
Temperatur reaksi tidak boleh melebihi titik lelehnya karena dimetilol urea yang terjadi akan kehilangan air dan formaldehid . Menurut Kadowaki dan Hasimoto , temperatur optimum reaksi adalah 85oC . Sedangkan titik lelehnya menurut De Chesne adalah 150 oC . Dan menurut Einhorn adalah 126 oC . Kenaikan temperatur akan mempercepat laju reaksi , hal ini dapat ditunjukkan dengan persamaan Arrhenius yaitu :

K = A e-Ea/RT

5.Buffer

Buffer (larutan penyangga) digunakan untuk menyangga kondisi operasi pada pH yang diinginkan. Dalam hal ini pH yang diinginkan antar 8 sampai 10. Buffer yang digunakan pada percobaan ini adalah Na2CO3.H2O

6.Kemurnian zat umpan

Zat umpan yang digunakan harus murni karena adanya zat pengotor dikhawatirkan akan mempengaruhi terbentuknya polimer atau terjadinya reaksi samping .

7.Laju Reaksi

Laju reaksi atau kecepatan reaksi ialah laju atau kecepatan berkurangnya pereaksi atau terbentuknya produk reaksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi laju reaksi ialah : konsentrasi,temperatur,katalis,dan luas permukaan.
Persamaan yang menyatakan laju sebagai fungsi konsentrasi setiap saat yang mempengaruhi laju reaksi disebut hukum laju atau persamaan laju reaksi.
Konsentrasi merupakan salah satu faktor yang memepengaruhi laju reaksi,dimana sebagai contoh pada reaksi A + B C . Dimana pada waktu reaksi berlangsung, zat C terbentuk dan semakin lama jumlahnya semakin banyak sebaliknya zat A dan zat B berkurang, dan semakin lama semakin sedikit.
Orde reaksi adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam hukum laju bentuk diferensial.