PVC - Polivinil klorida

Polivinil klorida (IUPAC: Poli(kloroetanadiol)), biasa disingkat PVC, adalah polimer termoplastik urutan ketiga dalam hal jumlah pemakaian di dunia, setelah polietilena dan polipropilena. Di seluruh dunia, lebih dari 50% PVC yang diproduksi dipakai dalam konstruksi. Sebagai bahan bangunan, PVC relatif murah, tahan lama, dan mudah dirangkai. PVC bisa dibuat lebih elastis dan fleksibel dengan menambahkan plasticizer, umumnya ftalat. PVC yang fleksibel umumnya dipakai sebagai bahan pakaian, perpipaan, atap, dan insulasi kabel listrik.

PVC diproduksi dengan cara polimerisasi monomer vinil klorida (CH2=CHCl). Karena 57% massanya adalah klor, PVC adalah polimer yang menggunakan bahan baku minyak bumi terendah di antara polimer lainnya.
Proses produksi yang dipakai pada umumnya adalah polimerisasi suspensi. Pada proses ini, monomer vinil klorida dan air diintroduksi ke reaktor polimerisasi dan inisiator polimerisasi, ersama bahan kimia tambahan untuk menginisiasi reaksi. Kandungan pada wadah reaksi terus-menerus dicampur untuk mempertahankan suspensi dan memastikan keseragaman ukuran partikel resin PVC. Reaksinya adalah eksotermik, dan membutuhkan mekanisme pendinginan untuk mempertahankan reaktor pada temperatur yang dibutuhkan. Karena volume berkontraksi selama reaksi (PVC lebih padat dari pada monomer vinil klorida), air secara kontinu ditambah ke campuran untuk mempertahankan suspensi.

Ketika reaksi sudah selesai, hasilnya, cairan PVC, harus dipisahkan dari kelebihan monomer vinil klorida yang akan dipakai lagi untuk reaksi berikutnya. Lalu cairan PVC yang sudah jadi akan disentrifugasi untuk memisahkan kelebihan air. Cairan lalu dikeringkan dengan udara panas dan dihasilkan butiran PVC. Pada operasi normal, kelebihan monomer vinil klorida pada PVC hanya sebesar kurang dari 1 PPM.

Proses produksi lainnya, seperti suspensi mikro dan polimerisasi emulsi, menghasilkan PVC dengan butiran yang berukuran lebih kecil, dengan sedikit perbedaan sifat dan juga perbedaan aplikasinya.
Produk proses polimerisasi adalah PVC murni. Sebelum PVC menjadi produk akhir, biasanya membutuhkan konversi dengan menambahkan heat stabilizer, UV stabilizer, pelumas, plasticizer, bahan penolong proses, pengatur termal, pengisi, bahan penahan api, biosida, bahan pengembang, dan pigmen pilihan.

Sejarah

PVC ditemukan secara tidak sengaja oleh Henri Victor Regnault pada tahun 1835 dan Eugen Baumann di tahun 1872. Di awal abad ke 20, ahli kimia Rusia, Ivan Ostromislensky dan Fritz Klatte dari perusahaan kimia Jerman Griesheim-Elektron mencoba menetapkan penggunaan PVC sebagai produk komersial. Tetapi, kesulitan pengkakuan bahan menghalangi usaha mereka. Di tahun 1926, Waldo Semon dan perusahaan B. F. Goodrich mengembangkan metode menjadikan PVC 'benar-benar plastik' dengan menambahkan berbagai bahan tambahan. Hasilnya, PVC menjadi lebih fleksibel dan lebih mudah diproses yang lalu mencapai penggunaan secara luas.

Aplikasi

Sifat PVC yang menarik membuatnya cocok untuk berbagai macam penggunaan. PVC tahan secara biologi dan kimia, membuatnya menjadi plastik yang dipilih sebagai bahan pembuat pipa pembuangan dalam rumah tangga dan pipa lainnya di mana korosi menjadi pembatas pipa logam.
Dengan tambahan berbagai bahan anti tekanan dan stabilizer, PVC menjadi bahan yang populer sebaga bingkai jendela dan pintu. Dengan penambahan plasticizer, PVC menjadi cukup elastis untuk digunakan sebagai insulator kabel.

Pakaian

PVC telah digunakan secara luas pada bahan pakaian, yaitu membuat bahan serupa kulit. PVC lebih murah dari karet, kulit, atau lateks sehingga digunakan secara luas. PVC juga waterproof sehingga dijadikan bahan pembuatan jaket, mantel, dan tas.

Kabel listrik

PVC yang digunakan sebagai insulasi kabel listrik harus memakai plasticizer agar lebih elastis. Namun jika terpapar api, kabel yang tertutup PVC akan menghasilkan asap HCl dan menjadi bahan yang berbahaya bagi kesehatan. Aplikasi di mana asap adalah bahaya utama (terutama di terowongan), PVC LSOH (low smoke, zero halogen) adalah bahan insulasi yang pada umumnya dipilih.

Perpipaan

Secara kasar, setengah produksi resin PVC dunia dijadikan pipa untuk berbagai keperluan perkotaan dan industri. Sifatnya yang ringan, kekuatan tinggi, dan reaktivitas rendah, menjadikannya cocok untuk berbagai keperluan. Pipa PVC juga bisa dicampur dengan berbagai larutan semen atau disatukan dengan pipa HDPE oleh panas,menciptakan sambungan permanen yang tahan kebocoran.

Kesehatan dan keamanan

Plasticizer ftalat

Banyak produk vinil mengandung bahan kimia tambahan untuk mengubah konsistensi kimia dari produk. Beberapa dari bahan tambahan kimia ini dapat keluar dari PVC ketika digunakan. Plasticizer yang ditambahkan untuk memfleksibelkan PVC telah menjadi suatu kekhawatiran.

Bahan PVC yang lembut pada mainan telah dibuat untuk bayi beberapa tahun lamanya, menjadi suatu kekhawatiran bahwa bahan tambahan keluar dari mainan menuju tubuh anak yang mengunyah mainan tersebut. Ftalat adalah bahan yang mengganggu hormon manusia dan juga mengganggu berbagai bentuk kehidupan lainnya seperti ikan dan invertebrata. DEHP (dietilheksil ftalat), salah satu bahan pelembut PVC telah dilarang penggunaannya oleh Uni Eropa pada tahun 2006. Berbagai perusahaan Amerika Serikat juga telah menghentikan penggunaan DEHP secara sukarela.

Pada September 2002, FDA menemukan banyaknya peralatan medis yang menggunakan PVC yang mengandung DEHP. Pada tahun 2004, tim gabungan peneliti Swedia dan Denmark meneliti pengaruh level kandungan udara terhadap DEHP dan BBzP(butil benzil ftalat) yang dipakai di rumah tangga terhadap alergi pada anak-anak. Lalu di bulan Desember 2006, Uni Eropa menyatakan bahwa BBzP tidak berbahaya bagi konsumen termasuk anak-anak.

Monomer vinil klorida

Di awal tahun 1970, Dr. John Creech dan Dr. Maurice Johnson adalah yang pertama kali menyadari bahaya monomer vinil klorida terhadap risiko penyakit kanker. Para pekerja di bagian polimerisasi PVC didiagnosa menderita angiosarkoma hati yang merupakan penyakit langka. Sejak saat itu, dilakukan studi terhadap para pekerja di fasilitas polimerisasi PVC di Australia, Italia, Jerman, dan Inggris, dan ditemukan kondisi yang serupa.

Daur ulang PVC saat ini tidaklah populer karena biaya untuk menghancurkan dan memproses kembali resin PVC lebih mahal dari pada membuat resin PVC dari bahan bakunya. Beberapa pembuat PVC telah menempatkan program daur ulang PVC, mendaur ulang sampah PVC kembali menjadi produk baru sebagai upaya untuk mengurangi perluasan lahan pembuangan sampah. Proses depolimerisasi termal bisa dengan aman dan efisien mengubah PVC menjadi bahan bakar, namun hal ini tidak dilakukan secara luas.

Formulasi Coating

Tentunya kita sering melihat benda-benda di sekitar kita dilapisi oleh cat atau coating mulai dari jembatan, tangki air, mobil, pesawat, baja struktural, kapal, kayu, mebel, blok beton, peralatan listrik, dinding, kaleng pembungkus makanan, dan sebagainya. Coating tersebut selain digunakan untuk menambah nilai estetika, juga untuk melindungi material dari korosi, panas, aus, dan sebagainya sehingga menambah umur layanan material tersebut.

Namun taukah anda bahwa untuk tiap-tiap jenis material membutuhkan coating yang berbeda? Karena itu tahapan pertama yang sangat penting dalam penentuan formulasi coating adalah mengetahui coating itu akan digunakan untuk apa. Ini adalah pertanyaan yang sangat penting mengingat setiap coating bersifat spesifik. Sebagai contoh adalah coating primer seperti ethyl silicate-zinc-rich yang dapat memberikan ketahanan korosi pada baja struktural ternyata akan mengalami failure untuk backyard deck.

Hal yang menentukan sifat-sifat suatu coating adalah komposisi dari coating itu sendiri. Umumnya coating mengandung empat bahan dasar, yaitu binder, pigmen, solven dan aditif. Sangatlah penting bagi formulator untuk memahami fungsi dari bahan-bahan dasar ini dan mengetahui bagaimana mereka saling berinteraksi.

Binder
Binder berfungsi sebagai pengikat antar komponen coating dan juga bertanggung jawab terhadap gaya adhesi coating terhadap substrat. Terdapat banyak binder yang telah dikenal, diantaranya alkyd, vinyl, resin alam, epoxy dan urethane.

Hal yang perlu diketahui tentang binder adalah bagaimana mereka mengalami curing. Pada umumnya binder dapat mengalami curing dengan dua cara. Pertama adalah melalui evaporasi solven. Binder yang mengalami curing seperti ini disebut binder thermoplastic atau non-covertible. Kedua adalah lewat reaksi kimia selama atau setelah proses pengecatan. Binder ini dikenal sebagai binder thermosetting.

Selain itu, hal yang harus dipahami dari binder adalah viskositas. Karena merupakan komponen utama dalam coating, viskositas binder sangat menentukan viskositas coating. Coating harus mempunyai viskositas cukup rendah untuk bisa digunakan dengan peralatan pengecatan sederhana (brush, roller atau spray) serta memiliki viskositas cukup tinggi sehingga tidak menetes.

Faktor utama yang menentukan viskositas binder adalah berat molekularnya. Polimer yang mempunyai berat molekul tinggi akan lebih viskous daripada BM rendah. Ada dua cara untuk mengontrol viskositas suatu coating, yaitu dengan memvariasi berat molekul binder atau dengan menambahkan sejumlah solven.

Pigmen
Pigmen merupakan pemberi warna dari coating. Selain berfungsi dalam hal estetika, pigmen juga mempengaruhi ketahanan korosi dan sifat fisika dari coating itu sendiri.

Pigmen dapat dikelompokkan menjadi pigmen organik dan anorganik. Pigmen anorganik contohnya adalah titanium dioksida dan besi oksida. TiO2 merupakan pigmen putih yang paling banyak digunakan, biasanya untuk coating eksterior. TiO2 mempunyai indeks reflaksi yang tinggi dan stabil terhadap sinar ultraviolet dari sinar matahari yang dapat mendegradasi binder coating. Besi oksida merupakan pigmen merah yang digunakan untuk coating primer ataupun topcoat. Terdapat juga extender pigmen yang memberikan sedikit pengaruh terhadap warna dan ketahanan korosi namun banyak mempengaruhi sifat-sifat coating seperti densitas, aliran, hardness dan permeabilitas. Contohnya adalah kalsium karbonat, kaolin, talc dan barium sulfat (barytes).

Solven
Kebanyakan coating memerlukan solven untuk melarutkan binder dan memodifikasi viskositas. Hal penting yang harus diperhatikan dalam penentuan solven adalah kemampuannya dalam melarutkan binder dan komponen coating yang lain. Prinsip kelarutan sangatlah sederhana, yaitu like dissolves like. Artinya solven polar akan melarutkan senyawa yang polar juga.

Selain itu laju penguapan solven juga perlu diperhatikan. Solven yang mempunyai tekanan uap tinggi sehingga menguap dengan cepat disebut fast atau hot solvent, sedangkan yang lambat disebut slow solvent. Laju penguapan mempengaruhi sifat-sifat coating dan beberapa cacat dapat disebabkan karena ketidak cocokan dalam pemilihan solven. Jika solven menguap terlalu cepat, coating tidak cukup waktu untuk membentuk lapisan halus dan kontinu.

Aditif
Aditif adalah senyawa-senyawa kimia yang biasanya ditambahkan dalam jumlah sedikit, namun sangat mempengaruhi sifat-sifat coating. Bahan-bahan yang termasuk aditif adalah surfaktan, anti-settling agent, coalescing agents, anti-skinning agents, catalysts, defoamers, ultraviolet light absorbers, dispersing agents, preservatives, driers dan plasticizers.


Konsep Formulasi:
Setelah menentukan komponen-komponen untuk coating, maka mereka harus disatukan dalam jumlah yang sesuai. Berikut ini adalah parameter-parameter yang penting untuk formulasi coating.

1. Rasio pigmen/binder
Merupakan perbandingan berat pigmen terhadap berat binder. Topcoat biasanya memiliki P/B 1,0 atau kurang sedangkan primer coating mempunyai O/B 2-4. Coating gloss biasanya mempunyai P/B yang lebih rendah daripada coating flat.

2. Konsentrasi volume pigmen (PVC)
Pigmen volume concentration (PVC) merupakan rasio volume pigmen terhadap volume total binder dan pigmen. Dua jenis coating dapat memiliki nilai P/B yang sama namun sangat berbeda nilai PVCnya. Secara sederhana hal ini dapat dihasilkan dengan menggunakan pigmen dengan densitas yang berbeda.

Nilai PVC dimana terdapat jumlah binder yang tepat untuk menghasilkan lapisan tipis permukaan secara sempurna untuk setiap partikel dari pigmen merupakan nilai PVC kritis (CPVC). Di atas nilai CPVC, tidak ada cukup binder untuk membasahi semua pigmen. Sedangkan di bawah nilai cPVC, terdapat kelebihan binder.

Beberapa sifat coating dapat secara signifikan dipengaruhi oleh variasi formulasi PVC. Ketahanan abrasi dan kekuatan tarik terbaik biasanya terjadi apabila formulasi coating berada di bawah nilai CPVC dan secara cepat akan menurun ketika mendekati nilai CPVC. Pada formulasi di bawah CPVC, permeabilitas coating biasanya rendah dan secara cepat akan meningkat ketika CPVC dilewati. Karena adanya kerusakan sejumlah sifat-sifat fisik, kebanyakan coating eksterior kinerja tinggi seharusnya diformulasikan di atas CPVC.

3. Densitas, berat solid dan volume solid
Densitas, berat solid dan volume solid serta %binder dan %pigmen seringkali disebut sebagai konstanta fisik dari coating. Densitas biasanya dinyatakan dalam satuan pound per gallon. Berat solid coating biasanya dalam bentuk %non volatile, merupakan berat solid dibagi dengan berat total coating. Volume solid adalah %volume material non-volatil. Volume solid menentukan berapa luas are yang dapat dicoating. Kemudian %binder dan %pigmen merupakan persentase binder dan pigmen dalam coating.

Seorang formulator harus mengetahui kuantitas ini dan bagaimana untuk mengukurnya. Densitas coating diukur menggunakan pyncnometer. Berat padatan dapat dihitung dari formula coating atau ditentukan dengan menentukan berat material nonvolatil yang tetap ada setelah coating dievaporasi di dalam oven.