Polimer dan elastomer: struktur rantai, transisi gelas, parameter kelarutan, pembengkakan, serangan kimia, dan kecocokan bahan

Sebuah laundry mengganti pemasok penghilang noda minyak. Tiga minggu kemudian, pompa dosis produk itu bocor. Ketika dibongkar, cincin-O di kepala pompa tampak gembung, lembek, dan sulit dimasukkan kembali ke alurnya. Di ruang yang sama, selang pompa peristaltik di jalur pemutih retak dan harus diganti dua kali lebih sering daripada selang di jalur deterjen, walaupun selangnya sama. Di dapur gedung sebelah, pipa PVC yang membawa air bilas panas dari mesin pencuci piring melengkung di antara dua klem, dan sambungannya mulai merembes.

Ketiga kerusakan itu bukan cacat produksi. Cincin-O, selang, dan pipa adalah polimer, dan masing-masing berinteraksi dengan zat dan suhu di sekitarnya menurut aturan kimia yang dapat dipahami. Pelarut baru melarutkan diri ke dalam karet cincin-O, pemutih mengoksidasi rantai polimer selang, dan PVC melunak ketika suhu mendekati suhu transisi gelasnya. Bab ini memberi alat untuk memahami, mengukur, dan mencegah kerusakan semacam itu.

Batas pembahasan

Bab ini membahas monomer dan polimer, polimerisasi adisi dan kondensasi, struktur rantai, termoplastik, termoset, dan elastomer, suhu transisi gelas, elastomer untuk segel, kecocokan kimia, serangan kimia, pengukuran pembengkakan dan set kompresi, plastik pipa, dan selang pompa peristaltik. Sumber pemilik adalah narasi disiplin Kimia, yang memuat polimer alam, ketergantungan makhluk hidup pada polimer, hubungan monomer dengan polimer adisi, molekul berikatan rangkap yang dapat membentuk polimer adisi, polimer ataktik, resin epoksi sebagai perekat polimer kondensasi, dan pemlastis untuk PVC dari buku kimia tingkatan 5, buku kimia tingkat menengah, buku kimia umum, panduan ujian kimia, panduan kimia tingkat lanjut, dan buku teknologi reaksi kimia.

Narasi Ilmu Material menambah plastik dari polimer sintetis yang sulit dibuang dan cara kehilangan massa yang tidak dapat dipakai untuk plastik, narasi Teknik Bangunan dan Fasilitas menambah daftar bahan pipa plastik dan elastomer, bahan gasket, dan larangan menyambung pipa PEX langsung ke pemanas air, narasi Fluida & Termal menambah tegangan pipa PVC yang bergantung suhu dan pemilihan CPVC untuk suhu lebih tinggi, dan narasi Pengolahan Air menambah selang pompa peristaltik dan segel cincin-O dari manual pompa. Gugus fungsi diambil dari bab kimia organik, dan gaya antarmolekul dari bab gaya antarmolekul. Tabel kecocokan kimia dari pemasok, batas suhu dan tekanan pipa plastik, dan umur selang yang dijamin pabrik tidak disalin; angka itu diambil dari data pemasok untuk bahan, kadar, dan suhu yang sebenarnya. Suhu transisi, parameter kelarutan, dan koefisien muai di bab ini adalah nilai baku pendekatan.

Monomer, polimer, dan derajat polimerisasi

Polimer adalah molekul sangat besar yang tersusun dari satuan kecil yang berulang. Satuan pembentuknya disebut monomer. Buku kimia tingkatan 5 dalam sumber mencatat bahwa polimer alam adalah polimer yang ada di alam dan tidak dibuat manusia, seperti selulosa pada kapas, protein pada wol dan sutra, dan karet alam. Buku kimia tingkat menengah dalam sumber menambahkan bahwa semua makhluk hidup bergantung pada polimer untuk keberadaannya. Polimer sintetis, seperti polietilena, PVC, nilon, dan poliester, dibuat dari monomer hasil industri kimia.

Jumlah satuan berulang dalam satu rantai disebut derajat polimerisasi:

$\text{DP} = \frac{M_\text{polimer}}{M_\text{satuan berulang}}$

Polietilena untuk pipa dan wadah memiliki massa molar rata-rata puluhan ribu sampai ratusan ribu g/mol, sehingga satu rantainya berisi ribuan satuan (Contoh 1). Rantai sepanjang itu saling membelit seperti mi, dan belitan itulah yang membuat polimer kuat dan liat walaupun ikatan antarrantainya hanya gaya antarmolekul. Polimer selalu berisi rantai dengan panjang beragam, sehingga massa molarnya adalah rata-rata.

Polimerisasi adisi dan kondensasi

Buku kimia umum dalam sumber mencatat bahwa banyak molekul dengan ikatan rangkap karbon-karbon dapat membentuk polimer adisi. Pada polimerisasi adisi, ikatan rangkap monomer terbuka dan monomer bergabung tanpa kehilangan atom. Etena menjadi polietilena (PE), propena menjadi polipropilena (PP), vinil klorida menjadi PVC, dan tetrafluoroetena menjadi PTFE. Rumus satuan berulangnya sama dengan rumus monomernya. Buku kimia tingkat menengah dalam sumber memuat cara menurunkan hubungan antara monomer dan polimer adisinya, dan panduan ujian kimia dalam sumber mencatat bahwa polimer adisi ataktik adalah polimer yang gugus substituennya tersusun acak di sepanjang rantai. Susunan acak itu menghalangi rantai berbaris rapi, sehingga polimer ataktik umumnya amorf dan lebih lunak.

Pada polimerisasi kondensasi, dua gugus fungsi bereaksi dan melepaskan molekul kecil, biasanya air. Asam karboksilat dengan alkohol membentuk poliester, dan asam karboksilat dengan amina membentuk poliamida atau nilon. Panduan kimia tingkat lanjut dalam sumber mencatat bahwa resin epoksi adalah golongan perekat polimer kondensasi yang umum. Karena dibangun dari ikatan ester dan amida, polimer kondensasi dapat diputus kembali oleh air dalam asam atau basa, yaitu hidrolisis, seperti dibahas di bab kimia organik. Sifat ini sangat penting untuk kecocokan kimia.

Struktur rantai: linear, bercabang, berikatan silang, kristalin dan amorf

Rantai polimer dapat lurus, bercabang, atau terhubung satu sama lain oleh ikatan kovalen yang disebut ikatan silang. Polietilena berdensitas tinggi (HDPE) memiliki sedikit cabang, sehingga rantainya dapat berbaris rapat membentuk daerah kristalin; hasilnya lebih kaku, lebih rapat, dan lebih tahan bahan kimia. Polietilena berdensitas rendah (LDPE) memiliki banyak cabang, sehingga lebih lunak dan lebih tembus pandang.

Polimer kristalin sebagian memiliki daerah teratur dan daerah amorf yang acak. Daerah kristalin sulit ditembus pelarut, sehingga polimer yang sangat kristalin, seperti HDPE, PP, dan PTFE, umumnya tahan terhadap banyak pelarut pada suhu ruang. Polimer amorf, seperti polistirena, polikarbonat, dan akrilik, lebih mudah diserang pelarut dan lebih mudah retak.

Ikatan silang mengubah sifat secara mendasar. Sedikit ikatan silang di antara rantai yang lentur menghasilkan elastomer, yang dapat ditarik jauh dan kembali ke bentuk semula. Banyak ikatan silang menghasilkan jaringan kaku tiga dimensi, seperti resin epoksi dan fenolik. Panduan kimia tingkat lanjut dalam sumber mencatat bahwa polimer jaringan semacam itu tidak meleleh bila dipanaskan lagi, melainkan hangus.

Termoplastik, termoset, dan elastomer

Dari struktur itu lahir tiga golongan bahan:

1. Termoplastik: rantai tanpa ikatan silang, yang melunak bila dipanaskan dan mengeras lagi bila didinginkan. Dapat dilas, dibentuk ulang, dan didaur ulang. Contohnya PE, PP, PVC, PTFE, nilon, dan polikarbonat.
2. Termoset: jaringan berikatan silang rapat yang terbentuk sekali saat dicetak atau dikeraskan, dan tidak dapat dilelehkan lagi. Contohnya resin epoksi, poliester tak jenuh pada fiberglas, dan resin fenolik.
3. Elastomer: rantai lentur dengan sedikit ikatan silang. Karet alam, EPDM, karet nitril (NBR), karet silikon, dan fluoroelastomer (FKM) termasuk di sini. Proses pembentukan ikatan silang pada karet disebut vulkanisasi, dengan belerang atau peroksida.

Narasi Ilmu Material mencatat bahwa plastik dibuat dari polimer sintetis dan sifatnya menimbulkan masalah pembuangan, karena rantai yang tahan bahan kimia juga tahan diurai di lingkungan. Bahan termoplastik elastomer (TPE) adalah golongan antara yang bersifat karet pada suhu pemakaian tetapi dapat dicetak seperti termoplastik; banyak selang pompa peristaltik modern dibuat dari golongan ini.

Suhu transisi gelas dan suhu leleh

Daerah amorf polimer memiliki suhu transisi gelas $T_g$. Di bawah $T_g$, rantai membeku di tempatnya dan bahan menjadi keras dan getas seperti kaca. Di atas $T_g$, segmen rantai dapat bergerak, dan bahan menjadi lunak dan lentur. Daerah kristalin memiliki suhu leleh $T_m$ yang lebih tinggi, ketika susunan teraturnya runtuh.

Untuk elastomer, $T_g$ harus jauh di bawah suhu pemakaian agar bahan tetap kenyal. EPDM memiliki $T_g$ sekitar $-55$ °C dan karet silikon sekitar $-120$ °C (nilai baku pendekatan), sehingga tetap lentur di ruang pendingin. Untuk plastik kaku amorf, $T_g$ harus jauh di atas suhu pemakaian. PVC memiliki $T_g$ sekitar 80 °C, sedangkan CPVC, PVC yang diklorinasi lebih lanjut, sekitar 105 sampai 110 °C (nilai baku pendekatan). Narasi Fluida & Termal mencatat bahwa CPVC biasanya dipilih karena sifatnya pada suhu yang lebih tinggi, dan bahwa tergantung suhunya, tegangan pada pipa PVC dapat melampaui tegangan yang diizinkan. Itulah sebab pipa PVC di kasus pembuka melengkung: air bilas panas membawa dinding pipa mendekati $T_g$-nya, kekakuan turun tajam, dan pipa melendut di antara klem.

Polimer semikristalin seperti PE dan PP tetap kaku di atas $T_g$ daerah amorfnya karena daerah kristalinnya masih utuh sampai mendekati $T_m$, sekitar 130 °C untuk HDPE dan 165 °C untuk PP (nilai baku pendekatan). Kekuatan dan tekanan izinnya tetap turun ketika suhu naik, sehingga pabrik pipa memberikan faktor penurunan tekanan terhadap suhu yang harus dipakai.

Elastomer untuk segel dan selang

Narasi Teknik Bangunan dan Fasilitas memuat daftar bahan pipa plastik dan elastomer yang lazim tersedia, dan mencatat bahwa gasket dibuat dari komposisi berkaret, karet, komposisi asbes, dan tembaga. Bahan gasket berasbes adalah warisan instalasi lama yang kini dilarang di banyak tempat dan memerlukan penanganan khusus. Untuk peralatan cuci dan dosis, beberapa elastomer muncul berulang:

1. Karet alam dan SBR: kenyal dan murah, tetapi rantainya memiliki banyak ikatan rangkap sehingga mudah diserang ozon, oksidator, dan minyak.
2. EPDM: rantai utama jenuh, sehingga tahan air panas, uap, basa, asam encer, ozon, dan banyak oksidator encer, tetapi membengkak dalam minyak dan pelarut hidrokarbon.
3. NBR (karet nitril): gugus nitril yang polar membuatnya tahan minyak dan bahan bakar, tetapi lemah terhadap keton, pelarut terklorinasi, ozon, dan oksidator.
4. Karet silikon: rentang suhu sangat lebar dan tidak beracun, tetapi kekuatan sobeknya rendah dan membengkak dalam hidrokarbon.
5. FKM (fluoroelastomer): tahan minyak, bahan bakar, pelarut aromatik, dan banyak asam pada suhu tinggi, tetapi umumnya lemah terhadap keton, amina, dan sebagian basa kuat panas.
6. PTFE: bukan elastomer, tetapi hampir tidak bereaksi dengan bahan kimia apa pun di lapangan, sehingga dipakai sebagai pita ulir, pelapis, dan bagian katup. PTFE menjalar perlahan di bawah tekanan, dan terurai menjadi asap beracun bila dipanaskan jauh di atas suhu pemakaiannya.

Tidak ada elastomer yang cocok untuk semua zat. Pemilihan selalu dimulai dari zat yang paling agresif di jalur itu pada suhu dan kadar tertingginya.

Kecocokan kimia: serupa melarutkan serupa

Pelarut masuk ke dalam polimer bila gaya antarmolekul keduanya mirip, sama seperti zat larut dalam pelarut yang mirip dengannya di bab gaya antarmolekul. Pada polimer berikatan silang, rantai tidak dapat terlepas sehingga polimer tidak larut, tetapi pelarut yang masuk membuatnya membengkak, melunak, dan kehilangan kekuatan. Pada termoplastik, pelarut yang sangat cocok dapat melarutkan atau memecahkannya.

Kemiripan itu dapat diperkirakan dengan parameter kelarutan Hildebrand $\delta$, akar kuadrat dari kerapatan energi kohesi, dengan satuan MPa$^{1/2}$. Bila $\delta$ polimer dan $\delta$ cairan berdekatan, biasanya dalam selisih sekitar 2 sampai 3 MPa$^{1/2}$, pembengkakan besar. Bila selisihnya besar, pembengkakan kecil. Nilai pendekatan: heksana 14,9, minyak mineral sekitar 16, toluena 18,2, aseton 20,0, etanol 26,5, dan air 47,8; PTFE sekitar 12,7, silikon sekitar 15, EPDM sekitar 16, dan NBR sekitar 19 sampai 20 (nilai baku pendekatan).

Parameter tunggal ini kasar, karena tidak membedakan gaya dispersi, polar, dan ikatan hidrogen. Parameter Hansen, yang memecah $\delta$ menjadi tiga komponen itu, memberi ramalan lebih baik. Untuk keputusan lapangan, parameter kelarutan berguna untuk menjelaskan pola dan mencurigai bahaya, sedangkan keputusan akhir memakai tabel kecocokan pemasok dan uji rendam. Pada kasus pembuka, penghilang noda baru kemungkinan memakai pelarut yang parameter kelarutannya dekat dengan bahan cincin-O, sedangkan produk lama tidak. Dugaan itu dibuktikan dengan membaca SDS produk baru dan uji rendam, bukan dengan menebak.

Serangan kimia: oksidasi, hidrolisis, dan retak tegangan lingkungan

Selain pembengkakan fisik, zat dapat memutus rantai polimer secara kimia:

1. Oksidasi: hipoklorit, asam perasetat, hidrogen peroksida pekat, ozon, dan sinar ultraviolet menyerang ikatan rangkap dan atom hidrogen yang lemah, terutama pada suhu tinggi. Rantai terputus atau berikatan silang berlebihan, dan permukaan menjadi keras, retak halus, atau lengket. Karet alam, SBR, dan NBR paling rentan karena banyak ikatan rangkap; EPDM dan fluoroelastomer jauh lebih tahan. Selang di jalur pemutih pada kasus pembuka retak lebih cepat karena alasan ini.
2. Hidrolisis: ikatan ester dan amida putus oleh air, dipercepat oleh asam, basa, dan suhu. Poliester, polikarbonat, poliuretan, dan nilon rentan terhadap deterjen basa panas dan asam kuat.
3. Retak tegangan lingkungan: plastik yang sedang menerima tegangan, misalnya pada ulir, klem, atau tutup yang dikencangkan, dapat retak bila bersentuhan dengan zat yang secara biasa tidak merusaknya. Surfaktan adalah penyebab klasik pada polietilena, dan alkohol serta pelarut pada polikarbonat dan akrilik.
4. Pelindian pemlastis: buku teknologi reaksi kimia dalam sumber mencatat pemakaian pemlastis untuk PVC. Pemlastis, umumnya ester berantai panjang, membuat PVC lentur, tetapi dapat terlarut keluar oleh pelarut dan minyak, sehingga selang PVC lentur menjadi kaku dan retak.

Kerusakan kimia tidak selalu tampak sebagai perubahan massa. Narasi Ilmu Material mencatat bahwa cara menyatakan laju korosi dengan kehilangan massa tidak dapat dipakai untuk plastik, karena plastik justru dapat bertambah massa ketika menyerap cairan sambil kehilangan kekuatan. Karena itu kecocokan polimer dinilai dari perubahan volume, kekerasan, kekuatan tarik, dan tampilan permukaan.

Mengukur kecocokan: pembengkakan, set kompresi, dan uji rendam

Uji rendam sederhana dapat dilakukan di bengkel. Potongan bahan atau cincin-O cadangan ditimbang, direndam dalam produk pada suhu pemakaian selama beberapa hari, lalu ditimbang lagi, diukur, dan diperiksa kekerasannya. Perubahan volume dapat dihitung dari massa: volume cairan yang terserap adalah pertambahan massa dibagi massa jenis cairan, dan volume awal adalah massa awal dibagi massa jenis karet:

$\Delta V\,(\%) = \frac{\Delta m/\rho_\text{cairan}}{m_0/\rho_\text{karet}} \times 100$

Pembengkakan beberapa persen biasanya masih dapat diterima untuk segel statis, sedangkan pembengkakan puluhan persen menandakan bahan tidak cocok; batas penerimaan untuk pemakaian tertentu diambil dari pemasok segel. Penyusutan juga berbahaya, karena dapat terjadi ketika cairan melarutkan pemlastis dari karet, sehingga segel mengendur.

Segel cincin-O bekerja karena ditekan di alurnya. Persentase tekanan, yaitu penekanan relatif penampangnya, dan set kompresi, yaitu bagian deformasi yang tidak kembali setelah tekanan dilepas, menentukan apakah segel masih mampu menutup:

$\text{CS}\,(\%) = \frac{t_0 - t_1}{t_0 - t_n} \times 100$

dengan $t_0$ tebal awal, $t_n$ tebal saat ditekan, dan $t_1$ tebal setelah dilepas. Set kompresi tinggi berarti karet sudah "lupa" bentuknya dan kehilangan gaya tekan ke dinding alur (Contoh 5). Suhu tinggi dan zat yang tidak cocok mempercepatnya.

Plastik pipa dan wadah: sifat, pemuaian, dan api

Narasi Teknik Bangunan dan Fasilitas memuat bahwa pipa PVC adalah pipa kaku untuk tekanan atau pembuangan yang tahan bahan kimia dan korosi, dan larangan menyambung pipa PEX langsung ke pemanas air. Larangan itu adalah contoh aturan suhu: polimer yang aman pada air panas biasa dapat rusak bila menerima suhu dan tekanan tertinggi tepat di sambungan pemanas.

Polimer memuai jauh lebih besar daripada logam. Koefisien muai linear PVC sekitar $70 \times 10^{-6}$ per K, PE sekitar $150$ sampai $200 \times 10^{-6}$ per K, dan baja sekitar $12 \times 10^{-6}$ per K (nilai baku pendekatan). Pemuaian dibahas di bab pemuaian rak Fisika. Pipa plastik panjang memerlukan ruang muai, klem yang membiarkan pipa bergeser, dan titik jangkar. Narasi Fluida & Termal mencatat bahwa jangkar dipasang untuk menahan sistem pipa terhadap pemuaian dan penyusutan (Contoh 6).

Polimer juga bahan bakar. PE dan PP terbakar seperti lilin. PVC sulit terbakar karena kandungan klornya tinggi, tetapi ketika terbakar melepaskan gas hidrogen klorida yang korosif dan beracun (Contoh 2). Itulah sebab kebakaran kabel berselubung PVC merusak peralatan elektronik di sekitarnya walaupun apinya kecil.

Identifikasi cepat plastik yang tidak berlabel dapat dimulai dari massa jenisnya. PE dan PP lebih ringan daripada air dan mengapung, sedangkan PVC (sekitar 1,38 g/cm³) dan PTFE (sekitar 2,2 g/cm³) tenggelam (nilai baku pendekatan). Uji ini hanya petunjuk awal; kode daur ulang dan data pabrik tetap diperlukan.

Selang pompa peristaltik dan segel di peralatan dosis

Manual pompa dalam narasi Pengolahan Air menyebut selang berpenguat sebagai jantung pompa peristaltik, dan mencatat bahwa makin kecil selang pompa, makin panjang umur selangnya secara umum. Selang pompa peristaltik menerima dua beban sekaligus: tekanan berulang oleh rol, ribuan kali setiap jam, dan bahan kimia yang mengalir di dalamnya. Kelelahan akibat penekanan berulang dipercepat oleh bahan kimia yang membengkakkan atau mengoksidasi polimer selang, dan oleh suhu tinggi. Bab 1 · Dispensing Kimia membahas pemasangan dan kalibrasi dispenser peristaltik, dan Bab 7 · Dispensing Kimia penggantian selang dan perawatan dispenser mesin pencuci piring.

Manual yang sama mencatat bahwa tutup pompa disegel ke rumah pompa dengan cincin-O. Segel itu juga harus cocok dengan zat yang dipompa. Ketika pemasok mengganti formulasi produk, bahan selang dan segel perlu diperiksa ulang terhadap SDS produk baru, karena pelarut, oksidator, atau pH yang berubah dapat mengubah kecocokan. Itulah pelajaran utama kasus pembuka: kecocokan adalah sifat pasangan bahan dan zat, bukan sifat bahan saja.

Contoh kerja

Contoh 1. Derajat polimerisasi polietilena. Satuan berulang $\text{C}_2\text{H}_4$: $2 \times 12{,}011 + 4 \times 1{,}008 = 28{,}05$ g/mol. Polietilena 100.000 g/mol: $\text{DP} = 100.000/28{,}05 = 3.570$ satuan per rantai.

Contoh 2. Hidrogen klorida dari PVC yang terbakar. Satuan berulang $\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl}$: 62,50 g/mol, dengan klor $35{,}45/62{,}50 = 56{,}7$ persen massa. Satu kilogram PVC berisi $1.000/62{,}50 = 16{,}0$ mol satuan dan dapat melepaskan sampai 16,0 mol HCl, yaitu $16{,}0 \times 36{,}46 = 583$ g, atau $16{,}0 \times 24{,}5 = 392$ L gas pada 25 °C.

Contoh 3. Membaca parameter kelarutan. NBR ($\delta \approx 19{,}5$) dengan minyak mineral ($\approx 16$): selisih 3,5, pembengkakan kecil sampai sedang; dengan aseton (20,0): selisih 0,5, pembengkakan besar. EPDM ($\approx 16$) dengan minyak mineral: selisih hampir nol, pembengkakan besar; dengan air (47,8): selisih sekitar 32, hampir tidak membengkak. Pola ini sesuai praktik: NBR untuk minyak, EPDM untuk air dan uap.

Contoh 4. Pembengkakan dari uji rendam. Cincin-O 2,00 g (massa jenis karet 1,20 g/cm³) menjadi 2,30 g setelah direndam dalam cairan bermassa jenis 0,87 g/cm³. Cairan terserap $0{,}30/0{,}87 = 0{,}345$ cm³; volume awal $2{,}00/1{,}20 = 1{,}667$ cm³. $\Delta V = 0{,}345/1{,}667 = 20{,}7$ persen, angka yang menandakan bahan tidak cocok untuk segel pompa.

Contoh 5. Tekanan dan set kompresi cincin-O. Penampang awal 3,53 mm ditekan alur menjadi 2,65 mm: tekanan $(3{,}53 - 2{,}65)/3{,}53 = 24{,}9$ persen. Setelah lama dipakai dan dilepas, tebalnya hanya kembali ke 3,00 mm: $\text{CS} = (3{,}53 - 3{,}00)/(3{,}53 - 2{,}65) = 0{,}53/0{,}88 = 60$ persen. Tinggal 40 persen dari tekanan semula yang masih menekan dinding alur.

Contoh 6. Pemuaian pipa air bilas. Pipa 6,0 m dengan kenaikan suhu 40 K: PVC $70 \times 10^{-6} \times 6.000 \times 40 = 16{,}8$ mm; PE dengan $180 \times 10^{-6}$ per K: 43,2 mm; baja: 2,9 mm. Pipa PVC yang dijepit kaku di kedua ujung tidak memiliki tempat untuk 17 mm itu dan akan melendut.

Contoh 7. Umur selang pompa peristaltik. Bila pabrik menyatakan umur selang 1.000 jam operasi pada air suhu ruang dan faktor penurunan 0,5 untuk deterjen basa panas (keduanya angka latihan), umur perkiraannya 500 jam. Pada pemakaian 1,5 jam operasi per hari, selang perlu diganti sekitar $500/1{,}5 = 333$ hari, sebelum tanda retak atau perubahan dosis muncul.

Contoh 8. Memilih pipa untuk air 85 °C. PVC dengan $T_g$ sekitar 80 °C tidak cocok karena dinding mendekati daerah lunak. CPVC dengan $T_g$ sekitar 105 sampai 110 °C dan PP dengan $T_m$ sekitar 165 °C dapat dipertimbangkan, tetapi tekanan izinnya pada 85 °C diambil dari tabel penurunan pabrik pipa.

Contoh 9. Identifikasi dengan massa jenis. Potongan 5,00 g memindahkan 3,62 mL air: $5{,}00/3{,}62 = 1{,}38$ g/cm³, sesuai PVC. Potongan lain 4,60 g dengan volume 5,00 mL: 0,92 g/cm³, mengapung di air, sesuai PE atau PP.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan bila:

1. Segel, selang, atau pipa di jalur bahan kimia pekat tampak membengkak, lengket, retak, atau merembes. Hentikan pompa, lepaskan tekanan, dan pakai pelindung mata dan sarung tangan sebelum membongkar.
2. Pemasok mengganti formulasi produk, tetapi kecocokan bahan selang, segel, dan wadah belum diperiksa terhadap SDS baru.
3. Pipa plastik akan dipakai di luar batas suhu dan tekanan pabrik, atau disambung langsung ke pemanas air tanpa memenuhi petunjuk pabrik.
4. PTFE, PVC, atau plastik lain akan dipanaskan dengan api atau alat las, atau ada kebakaran kecil yang melibatkan kabel dan pipa plastik. Asapnya korosif dan beracun; ikuti Bab 1 · Keselamatan.
5. Gasket lama yang mungkin mengandung asbes akan dikerok atau digerinda. Penanganannya memerlukan prosedur khusus.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Plastik dan karet tahan semua bahan kimia." Setiap polimer memiliki zat yang membengkakkan, mengoksidasi, atau menghidrolisisnya.

"Bahan yang cocok dengan produk lama pasti cocok dengan produk baru." Kecocokan adalah sifat pasangan bahan dan zat; formulasi baru dapat memakai pelarut atau oksidator berbeda.

"Segel yang membengkak hanya perlu dipotong atau diganti dengan ukuran sama." Segel yang membengkak menandakan bahan tidak cocok; pengganti dengan bahan yang sama akan rusak lagi.

"Massa yang tidak berkurang berarti tidak rusak." Polimer dapat bertambah massa karena menyerap cairan sambil kehilangan kekuatan.

"PVC aman untuk air panas karena tidak meleleh." PVC melunak mendekati $T_g$ sekitar 80 °C, jauh sebelum meleleh.

"Tabel kecocokan berlaku pada semua suhu." Peringkat kecocokan diberikan untuk suhu dan kadar tertentu; suhu tinggi mempercepat pembengkakan dan serangan kimia.

Hubungan dengan bab lain

Bab kimia organik memberi gugus fungsi, ester, amida, dan hidrolisis, dan bab gaya antarmolekul dasar "serupa melarutkan serupa". Bab pemuaian rak Fisika membahas koefisien muai, Bab 1 · Dispensing Kimia dan Bab 7 · Dispensing Kimia dispenser peristaltik dan penggantian selang, Bab 9 · Air & Pengolahan Air bahan pipa unit RO, dan Bab 1 · Keselamatan kondisi berhenti. Bab korosi elektrokimia di tingkat ini membahas lapisan pelindung logam, dan bab reaktivitas dan ketidakcocokan bahan kimia di akhir rak membahas penyimpanan dan campuran berbahaya.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Berapa derajat polimerisasi PVC dengan massa molar 62.500 g/mol?
2. Cincin-O 1,50 g (massa jenis 1,25 g/cm³) menjadi 1,65 g setelah direndam dalam cairan bermassa jenis 0,79 g/cm³. Berapa persen pembengkakan volumenya?
3. Berapa pemuaian pipa PE 10 m ($180 \times 10^{-6}$ per K) bila suhunya naik 30 K?
4. Cincin-O 5,33 mm ditekan menjadi 4,00 mm dan setelah dilepas kembali ke 4,80 mm. Berapa set kompresinya?
5. Mengapa segel NBR tahan minyak mineral tetapi rusak dalam aseton?
6. Mengapa karet alam retak di jalur pemutih, sedangkan EPDM jauh lebih tahan?

Kunci jawaban beralasan

1. $\text{DP} = 62.500/62{,}50 = 1.000$ satuan berulang, karena satuan berulang PVC adalah $\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl}$ seberat 62,50 g/mol.
2. Cairan terserap $0{,}15/0{,}79 = 0{,}190$ cm³; volume awal $1{,}50/1{,}25 = 1{,}20$ cm³; pembengkakan $0{,}190/1{,}20 = 15{,}8$ persen.
3. $\Delta L = 180 \times 10^{-6} \times 10.000 \times 30 = 54$ mm, sehingga pipa memerlukan ruang muai atau lengkung muai.
4. $\text{CS} = (5{,}33 - 4{,}80)/(5{,}33 - 4{,}00) = 0{,}53/1{,}33 = 40$ persen dari deformasi yang tidak kembali.
5. Parameter kelarutan NBR sekitar 19 sampai 20 jauh dari minyak mineral (sekitar 16) tetapi hampir sama dengan aseton (20,0), sehingga aseton masuk ke karet dan membengkakkannya.
6. Rantai karet alam penuh ikatan rangkap yang mudah dioksidasi hipoklorit hingga putus dan retak, sedangkan rantai utama EPDM jenuh sehingga jauh lebih tahan oksidasi.

Referensi