Polietilen oksida (PEO) dengan berat molekul tinggi adalah senyawa polimer yang banyak digunakan dengan kelarutan dalam air yang baik, toksisitas rendah, serta pemrosesan dan pencetakan yang mudah. Polietilen oksida dapat digunakan sebagai film yang larut dalam air-, bahan pengatur ukuran tekstil, pengental, flokulan, pelumas, pendispersi, peredam tarikan air, bahan tambahan kosmetik, bahan antistatis, dll. Sintesis polietilen oksida umumnya menggunakan reaksi batch, dan kuncinya terletak pada katalis. Sejak tahun 1960an, berbagai katalis telah dipelajari dan dikembangkan. Sistem yang lebih sukses mencakup: organozinc-poliol-monool, alkoxyaluminum-air-asetilaseton, alkilaluminum-air-asetilaseton, alkilaluminum-air-seng asetilaseton, senyawa tanah jarang-alkilaluminum-air, dll.
1 Sintesis Polietilen Oksida
Reaksi polimerisasi etilen oksida pada katalis heterogen merupakan reaksi polimerisasi anionik koordinasi, dan terdapat perbedaan pendapat mengenai mekanismenya [3]. Markova mempelajari reaksi etilen oksida pada permukaan oksida dan hidroksida menggunakan spektroskopi inframerah, menyarankan proses polimerisasi empat-langkah: (1) monomer etilen oksida teradsorpsi ke permukaan katalis (adsorpsi fisik); (2) pembukaan-cincin terjadi dengan memutus ikatan karbon-oksigen; (3) polimer secara bertahap terbentuk dan teradsorpsi pada permukaan katalis (chemisorpsi); dan (4) rantai polimer tumbuh.
Koher, Osgan, dan lainnya menganggap proses polimerisasi sebagai proses tiga-langkah (lihat Gambar 1):
(1) Monomer dan katalis membentuk ligan (Ⅰ→←Ⅱ);
(2) Monomer terkoordinasi berputar dan mengalami pergeseran muatan (Ⅱ→Ⅲ);
(3) Peningkatan berat elektron menyebabkan pertumbuhan rantai (Ⅲ→Ⅳ).
Banyak sistem katalis yang telah dilaporkan, namun hanya sedikit yang memiliki nilai industri. Bagian berikut memperkenalkan beberapa sistem katalis yang lebih umum. 1.1 Organozinc-Poliol-Sistem Monool
Japanese researchers [4] studied this system around 1970. They found that the product obtained by reacting organozinc compounds with polyols, polythiols, polyphenols, polythiophenols, and other polyfunctional compounds containing -OH or -SH groups, or mixtures thereof, and then reacting them with monools, or the product obtained by reacting organozinc compounds with monools and then reacting them with the above-mentioned polyfunctional compounds, or mixtures thereof, as a catalyst for the polymerization of epoxides such as ethylene oxide alone or the copolymerization of two or more epoxides, has good catalytic activity. For the polymerization of ethylene oxide, the amount of catalyst is generally 0.05% to 1% of the monomer weight, and the polymerization reaction temperature is 5 to 100℃. After a reaction time of >10 jam, tingkat konversi dapat mencapai lebih dari 95%, dan viskositas spesifik (ηsp/C, di mana ηsp adalah viskositas spesifik dan C adalah konsentrasi larutan, diukur sebagai larutan berair 0,1% pada 30 derajat) mencapai 2,26 m³/kg.
Senyawa organozink dalam sistem ini umumnya: dimetil seng, dietil seng, di-n-propil seng, etiletoksi seng, dan lain-lain; senyawa polifungsional yang mengandung gugus -OH atau -SH umumnya: etilen glikol, dietilen glikol, propilen glikol, 1,4-butanadiol, monotioglikol, etileneditiol, resorsinol, dll., dan alkohol monohidrat harus memiliki kurang dari 60 atom karbon.
Eksperimen juga menunjukkan bahwa aktivitas sistem katalis di atas jauh lebih baik daripada produk yang diperoleh dengan mereaksikan organozinc dengan alkohol polihidrat, air, atau alkohol monohidrat saja sebagai katalis polimerisasi epoksida.
2 Aplikasi Polietilen Oksida
Polietilen oksida adalah bubuk putih. Tidak ada bau khusus. Uji biologis menunjukkan bahwa ia memiliki toksisitas yang rendah. PEO larut sempurna dalam air dan larut dalam beberapa pelarut organik. Ini memiliki kelembutan dan termoplastisitas. Titik lunaknya adalah 65-67 derajat . Titik penggetasan adalah -50 derajat. Jika dipanaskan hingga suhu lebih tinggi dari titik lunaknya, ia dapat diolah menjadi berbagai bentuk dan film. Ia memiliki ketahanan yang tinggi terhadap erosi bakteri, tidak membusuk, dan memiliki higroskopisitas rendah di atmosfer. PEO dengan berat molekul tinggi juga memiliki efek flokulasi. Ia memiliki kemampuan bercampur yang baik dengan resin lain [1]. Hubungan antara viskositas intrinsik [η] dan berat molekul larutan polietilen oksida sesuai dengan Mark-Houwink. Hubungan: [η]=KM2
Dimana K dan a adalah konstanta pada medium tertentu.
PEO memiliki stabilitas kimia yang baik, tahan terhadap asam dan basa. Karena struktur molekulnya tidak memiliki gugus aktif kimia, maka sulit untuk mengalami reaksi kimia lain kecuali dekomposisi dalam kondisi yang keras. Namun, karena adanya kesamaan pasangan elektron pada atom oksigen eter dalam rantai polimer, ia mempunyai kecenderungan kuat untuk membentuk ikatan hidrogen, dan dapat membentuk kompleks terkait dengan berbagai senyawa organik berbobot-molekul-rendah, polimer organik, dan elektrolit anorganik tertentu. Baik itu PEO padat atau larutan PEO dalam air, berat molekulnya menurun seiring dengan waktu penyimpanan yang lama. Hal ini terutama disebabkan oleh degradasi oksidatif. Kehadiran sejumlah kecil klorin, peroksida, permanganat, persulfat, atau ion logam transisi (Gu⁻, Cu²⁺, Cu⁻, Fe¹⁺, dan ¹²⁺) semuanya dapat mempercepat degradasi oksidatif. Stabilisator, seperti hidroksitoluena butilasi, 5% –10% (w) isopropanol anhidrat, etanol, dan etilen glikol, biasanya ditambahkan untuk mengurangi degradasi oksidatif secara efektif.
2.2 Bahan Retensi Pengisi Pulp dan-Perekat Kertas Larut Air
Dalam pembuatan kertas bubur kayu, bahan pengisi sering kali ditambahkan untuk membuat kertas menjadi putih dan tidak-reflektif. Namun, sebagian besar bahan pengisi dan serat halus hilang selama pembuatan kertas. Jika 0,5% bahan pengisi ditambahkan per ton serat kering... Polietilen oksida (PEO) dengan berat molekul tinggi sebesar 0,25–0,05 kg dapat secara signifikan mengurangi hilangnya bahan pengisi dan serat halus. Resin PEO juga menunjukkan efek sinergis pada flokulan yang umum digunakan, tidak hanya meningkatkan laju retensi bahan pengisi, pigmen, dan serat, namun juga meningkatkan laju pengeringan.
PEO memiliki kelarutan air yang sangat baik. Larutan berairnya memiliki viskositas tinggi, yang akan hilang setelah dikeringkan, sehingga cocok untuk memformulasi perekat yang larut dalam air-. Dalam industri kertas, PEO digunakan sebagai perekat pada proses penggulungan kertas, sehingga gulungan kertas dapat dibuka tanpa merobek kertas. Berat molekul PEO yang digunakan idealnya antara 300.000 dan 600.000, dengan distribusi berat molekul yang cukup luas.
2.4 Pengental
Polietilen oksida (PEO) dengan berat molekul tinggi memiliki kemampuan pengentalan yang kuat; dapat mengentalkan larutan pada konsentrasi yang sangat rendah dan tahan terhadap asam dan basa. Menambahkan sejumlah kecil PEO dengan berat molekul tinggi ke dalam larutan deterjen dapat meningkatkan viskositas bahan pembersih secara signifikan dan mengontrol kemampuan mengalirnya agar sesuai dengan berbagai aplikasi. Misalnya, saat membersihkan permukaan vertikal, bahan pembersih yang lebih kental dapat meningkatkan waktu kontak antara bahan pembersih dan permukaan yang dibersihkan, sehingga meningkatkan efek pembersihan. Menambahkan sejumlah kecil PEO dengan berat molekul tinggi ke dalam larutan asam klorida dan asam sulfat dapat mengentalkan larutan ini, membuatnya lebih mudah untuk diangkut dan digunakan.
