Molekuler Raksasa Polimer

Pernahkah kita berpikir tentang benda-benda yang ada di sekitar kita? Pernahkah kita berpikir apa komposisi zat penyusun benda tersebut? Ternyata, baik makhluk hidup maupun benda mati semua tersusun dari partikel-partikel kimia, baik dalam bentuk unsur, senyawa maupun campuran. Partikel-partikel tersebut tersusun dari atom-atom, ion-ion maupun molekul-molekul yang bergabung dan berikatan membentuk molekul raksasa yang disebut makromolekul. Jika kita mulai memikirkan tentang ciptaan Tuhan tersebut maka akan ada banyak hal yang bisa kita pelajari dari molekul-molekul raksasa ini.

Pada dasarnya zat penyusun molekul raksasa ini terdiri dari partikel-partikel sangat kecil yang tidak mungkin dilihat dengan kasat mata manusia, bahkan dengan bantuan mikroskop sekalipun. Jutaan partikel kecil ini bergabung dengan begitu indahnya membentuk sebuah molekul raksasa yang bisa kita nikmati manfaatnya. Pada makhluk hidup, molekul raksasa ini biasa disebut sebagai biomolekul. Karbohidrat, protein dan lipid (minyak atau lemak) adalah beberapa contoh biomolekul yang memiliki peran sangat penting pada metabolisme tubuh kita. Benda-benda tak hidup yang ada di sekitar kita pun ternyata tersusun dari molekul-molekul raksasa. Baju yang kita pakai, bahan-bahan plastik pada barang-barang rumah tangga, bahan-bahan elastik yang terbuat dari karet untuk membuat ban mobil, karet gelang dan balon-balon mainan yang biasa kita gunakan pada hari ulang tahun, semuanya tersusun dari molekul-molekul raksasa yang berasal dari bahan dasar beraneka ragam.

Polimerisasi

Reaksi pembentukan molekul-molekul raksasa tersebut dikenal dengan nama reaksi polimerisasi. Reaksi polimerisasi menghasilkan sebuah makromolekul yang secara umum dikenal dengan sebutan polimer. Kata polimer itu sendiri berasal dari bahasa Yunani. Kata ini terdiri dari gabungan dua kata, yaitu poli dan mer. Poli yang berarti banyak, mer artinya bagian. Polimer merupakan gabungan dari bagian-bagian kecil. Bagian kecil itu disebut dengan monomer. Dalam hal ini mono berarti satu. Maka, polimer juga bisa diartikan sebagai penggabungan dari bagian monomer-monomer melalui reaksi polimerisasi (Gambar 1). Kata polimer diperkenalkan pertama kali oleh seorang ahli kimia Swedia bernama J.J. Berzelius. Berzelius meneliti tentang pembentukan polimer-polimer alami yang ada di alam. Belajar dari alam, Berzelius pada akhirnya berhasil memahami proses reaksi polimerisasi yang terjadi dan mulai mensintesis molekul-molekul raksasa yang bisa dimanfaatkan dalam kehidupan.

Gambar 1. Reaksi polimerisasi yakni pembentukan polimer dari beberapa monomer.

Dikenal ada dua jenis reaksi polimerisasi, reaksi polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Reaksi polimerisasi adisi pada umumnya terjadi pada monomer yang memiliki ikatan rangkap (Gambar 2). Ikatan rangkap dua pada monomer akan putus membentuk radikal baru yang sangat reaktif sehingga bisa menyerang monomer yang lain. Reaksi ini bisa dianalogikan seperti pembentukan rantai dengan menggabungkan mata rantai yang terbuka dan terus bisa memanjang. Mata rantai yang paling ujung bisa terus-menerus mengikat mata rantai lain sehingga membuat sebuah rantai yang panjang dan berkelanjutan. Contoh polimer yang terbentuk dari polimerisasi adisi adalah polietena (PE) yang biasa digunakan untuk membuat kantong plastik, dan botol plastik, dan juga polivinil klorida (PVC) yang biasa digunakan untuk membuat pipa paralon.

Gambar 2. Reaksi Polimerisasi Adisi

Pada polimerisasi kondensasi terjadi proses kondensasi, yaitu suatu proses pelepasan molekul kecil seperti air, amonia atau hidrogen klorida. Contoh terkenal dari polimerisasi kondensasi adalah polimer nilon. Polimer nilon banyak digunakan sebagai bahan pembuatan benang, tali, jala, parasut dan material pembuat tenda. Ada beberapa pendapat mengenai asal muasal kata nilon. Ada yang berpendapat bahwa kata nilon berasal dari gabungan huruf NY (New York) dan Lon (London). Namun, yang paling banyak diyakini adalah pendapat yang mengatakan bahwa nilon itu berasal dari asal frasa “No Run” yang disesuaikan bunyinya, dimana kata “run” diartikan sebagai rantai senyawa yang terurai. Penelitian tentang nilon dikembangkan tim peneliti di DuPont pada tahun 1935. Jenis nilon yang paling terkenal adalah nilon-6,6 yang dibuat dari gabungan dua monomer berbeda, yaitu asam adipat dan 1,6-diaminoheksana dengan mengeluarkan molekul air setelah terjadi reaksi polimerisasi kondensasi. Nomor 6,6 pada penamaan nilon menunjukkan jumlah karbon pada dua monomernya.

Karet Alam

Polimer bisa diklasifikasikan berdasarkan asalnya menjadi dua, polimer alami dan polimer sintetik. Polimer alami adalah polimer yang terdapat di alam, sedangkan polimer sintetik adalah polimer yang dibuat di pabrik atau laboratorium dan tidak terdapat di alam. Polimer biomolekul seperti karbohidrat, protein dan lipid dikategorikan sebagai polimer alami karena berasal dari makhluk hidup. Polietena, polivinilklorida dan nilon-6,6 adalah contoh dari polimer sintetik.

Karet alam adalah salah satu polimer alami yang banyak digunakan dan menjadi komoditas penting dari negara kita. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil karet alam terbesar kedua di dunia. Karet alam banyak digunakan dalam produksi ban mobil. Monomer dari polimer karet alam adalah isoprena, molekul yang memiliki lima karbon dan satu ikatan rangkap. Karet alam berbeda dengan polimer alami pada umumnya yang mengalami polimerisasi kondensasi. Adanya ikatan rangkap pada monomer isoprena menyebabkan terjadinya polimerisasi adisi pada pembentukan karet alam (poliisoprena).

Karet alam memiliki sifat meleleh dan lentur ketika dalam kondisi panas dan mengeras dan rapuh ketika dalam kondisi dingin. Untuk bisa digunakan lebih baik, karet alam perlu melalui proses vulkanisasi. Proses ini ditemukan oleh Charles Goodyear pada tahun 1839. Proses vulkanisasi dilakukan dengan penambahan belerang, S., dan zat aditif lain. Dengan adanya proses vulkanisasi ini karet alam tidak akan meleleh jika panas dan tidak keras maupun rapuh jika dingin. Sifat ini terjadi karena terbentuknya ikatan silang (crosslinking) atom sulfur di antara rantai polimer yang terbentuk (Gambar 3).

Gambar 3. Proses Vulkanisasi

Limbah Plastik

Plastik menjadi produk polimer yang paling banyak dan luas penggunaannya. Maraknya inovasi dalam teknologi plastik dengan memanfaatkan konsep reaksi polimerisasi tidak hanya memberikan dampak positif, tetapi juga dampak negatif. Komposisi plastik yang tidak mudah diuraikan oleh mikroorganisme menjadi masalah besar dalam pengelolaan limbah plastik. Berdasarkan sumber yang dilansir Badan Pusat Statistik (BPS) Indonesia yang di perbaharui pada 15 Juli 2016, diketahui bahwa sampah terbanyak disumbang dari rumah tangga, dan data sampah yang berhasil dikumpulkan oleh petugas kebersihan di Indonesia hanya sekitar 18,84 juta ton per tahun dari setiap provinsi. Sisanya, sampah yang tidak terkumpul oleh petugas dinas terkait terhitung sekitar 81,16 juta ton per tahun setiap provinsi. Diketahui bahwa sampah rumah tangga banyak mengandung unsur limbah plastik.

Usaha-usaha preventif dan represif sudah seharusnya dilakukan oleh masyarakat. Usaha-usaha ini dikenal dengan proses 3R, yaitu reduce, reuse, recycle (mengurangi, menggunakan kembali, dan mendaur ulang). Salah satu usaha pencegahan yang dilakukan oleh beberapa pemerintah daerah yaitu dengan cara membuat peraturan daerah untuk membatasi (reduce) penggunaan plastik di supermarket. Sementara usaha represif bisa dilakukan dengan melakukan daur ulang (recycle), dan penggunaan ulang (reuse). Usaha Tepresif untuk mengurangi sampah plastik juga dilakukan dengan teknik insinerasi dan landfilling. Insinerasi adalah proses pembakaran limbah plastik, tetapi sayangnya proses ini dapat melepaskan zat berbahaya ke atmosfer. Landfilling adalah teknik membiarkan sampah terurai di lubang-lubang tanah, tetapi hal ini pun mendapatkan kendala bahwa ruang untuk membangun landfills semakin hari semakin terbatas.

Salah satu cara yang banyak ditempuh untuk mengurangi sampah plastik adalah dengan pembuatan plastik biodegradable. Sebenarnya istilah plastik biodegradable merujuk pada plastik yang dibuat dari petrochemical dengan metode polimerisasi yang didesain agar mudah diuraikan. Ironisnya, masih ditemukan usaha pembuatan plastik biodegradable yang justru didesain untuk tahan lebih lama dengan tidak memperhatikan dampaknya bagi lingkungan. Perhatian masyarakat yang besar terhadap lingkungan pada akhirnya menghidupkan kembali asa untuk membuat plastik biodegradable yang lebih cepat terurai. Bioplastics atau plastik yang dibuat dari polimerisasi bahan alami menjadi pilihan menarik dalam rangka membuat plastik yang lebih ramah lingkungan. Bioplastics bisa dibuat dari lemak dan minyak nabati, tepung jagung, jerami, woodchip ataupun sisa-sisa makanan.

Berdasarkan studi tentang bagaimana mengelola sampah plastik yang dilakukan pada tahun 2017 oleh seorang peneliti India bernama Priyanka Gupta, ditemukan beberapa teknologi terbaru yang bisa digunakan untuk mengelola sampah plastik. Dalam studi itu disebutkan 4 teknologi sebagai berikut:

1. Pemanfaatan limbah plastik di kiln semen sebagai bahan bakar: limbah plastik dapat digunakan sebagai bahan bakar alternatif di kiln semen.
2. Plasma pyrolysis technology (PPT): proses ini menggabungkan sifat termokimia (Panda et al., 2010) dari plasma dengan proses pirolisis, dimana dihasilkan panas hebat yang memiliki kemampuan untuk membuang semua jenis sampah plastik.
3. Jalan aspal campuran polimer: dalam teknik ini, jalan fleksibel dibuat dengan menggunakan limbah plastik.
4. Pemanfaatan sampah plastik sebagai bahan bakar dan bahan baku alternatif, biasa disebut alternative fuel and raw material (AFR): pengelolaan bersama (co-processing) sampah plastik menghasilkan penggantian bahan bakar primer dan bahan baku untuk industri seperti semen, produksi kapur atau baja, dan pembangkit listrik.

Refleksi Polimer

Sudah seharusnya kita bisa mengambil pelajaran dari indahnya sebuah sistem di alam semesta yang diajarkan Tuhan Yang Maha Esa kepada kita. Memahami proses bersatunya monomer-monomer kecil yang membentuk sebuah molekul polimer raksasa sangat memiliki arti penting dalam kehidupan kita. Perhatikan bagaimana proses bergabungnya monosakarida-monosakarida pembentuk karbohidrat ataupun bergabungnya asam amino yang membentuk protein di alam, semua berpolimerisasi secara sempurna tanpa meninggalkan cacat dan efek samping apapun. Sebaliknya polimer-polimer sintetik buatan manusia masih meninggalkan banyak dampak negatif yang perlu untuk terus dipikirkan bagaimana untuk memperbaikinya. Sesungguhnya kenyataan akan hal ini, menjadi bukti kelemahan dan kekurangan manusia.

Dari segala kelemahan dan kekurangannya, manusia dianugerahkan akal oleh Sang Pencipta. Akal yang bisa gunakan untuk terus mengamati, berpikir, dan belajar dari alam semesta. Ketika kita mulai belajar, membaca, memaknai dan memahami alam semesta dengan baik, maka kita akan terus bisa membangkitkan semangat untuk terus berusaha memberikan yang terbaik bagi kemaslahatan manusia. Manusia diciptakan untuk terus belajar. Proses belajar dimulai sejak seorang manusia membuka matanya ke dunia, sampai kelak nanti ketika kembali ke hadirat-Nya. Sebuah longlife learning yang membuat manusia tetap hidup dan terus berusaha memberikan kehidupan bagi masyarakat sekitarnya.

Alhasil, mengenal dan mempelajari molekul raksasa polimer mengingatkan kembali akan tugas kita sebagai manusia untuk terus belajar dan mengingatkan kembali betapa lemahnya, betapa kecilnya, dan betapa tidak sempurnanya kita di hadapan Tuhan Yang Maha Esa. Menjadi kewajiban kita untuk terus bertawadhu, merendahkan diri dan tidak menunjukkan kesombongan di hadapan-Nya.

Penulis adalah seorang pendidik bidang kimia ci SMAN Banua Kalimantan Selatan, yang aktif menulis di berbagai media.

Referensi:

1. Purba, M., Sarwiyati, E. 2016. Kimia untuk SMA/MA kelas XII. Jakarta: Erlangga.
2. Watoni, AH., Kumiawati, D., Juniastri, M. 2016. Kimia untuk SMA/MA kelas XII kelompok peminatan Matematika dan Imu-Ilmu Alam. Bandung: Yrama widya.
3. Sudarmo, U. 2018. Kimia untuk SMA/MA kelas XII. Jakarta: Erlangga.
4. Dorel Feldman (2008) Polymer History, Designed Monomers and Polymer 11:1, 1-15, DOI: 10.1163/156855508X292383
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Polymer_science
6. https://www.4muda.com/inilah jenis dan sumber limbahsampah-di-dunia
7. https://www.explainthatstuff.com/bioplastics.html
8. https://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic
9. http://www.nafiun.com/2013/10/jenis-jenis polimer-dan kegunaannya.html
10. http://www.infometrik.com/2009/08/karet-material-andalan-ekspor-di-bawah-harapan-dan-ancaman/
11. Gupta, Priyanka (2017). Management of plastic waste: a step towards clean environment. International Journal of Renewable Energy Technology. 8. 387. 10.1504/IJRET.2017.10009914.
12. Panda, A.K. Singh, R.K. and Mishra, D.K. (2010) ‘Thermolysis of waste plastics to liquid fuel: a suitable method for plastic waste management and manufacture of value added products – a world prospective’, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 14, No. 1, pp.233-248
13. Hidayat, Yosi & Kiranamahsa, Saskia & Zamal, Muchammad (2019). A study of plastic waste management effectiveness in Indonesia industries. AIMS Energy. 7.350-370. 10.3934/energy 2019.3.350