Resin Urea Formaldehid

Resin urea-formaldehid adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adhesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk furnitur, panel dan lain-lain.
Urea-formaldehid (dikenal juga sebagai urea-metanal) adalah suatu resin atau plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah.
Reaksi urea-formaldehid merupakan reaksi kondensasi antara urea dengan formaldehid. Pada umumnya reaksi menggunakan katalis hidroksida alkali dan kondisi reaksi dijaga tetap pada pH 8-9 agar tidak terjadi reaksi Cannizaro, yaitu reaksi diproporsionasi formaldehid menjadi alkohol dan asam karboksilat. Untuk menjaga agar pH tetap maka dilakukan penambahan ammonia sebagai buffer ke dalam campuran.
Reaksi ini secara umum berlangsung dalam 3 tahap yakni inisiasi, propagasi (kondensasi), dan proses curing.

1. Tahap metilolasi, yaitu adisi formaldehid pada gugus amino dan amida dari urea, dan menghasilkan metilol urea
2. Tahap selanjutnya propagasi, yaitu reaksi kondensasi dari monomer-monomer mono dan dimetilol urea membentuk rantai polimer yang lurus
3. Tahap terakhir adalah proses curing yaitu ketika kondensasi tetap berlangsung, polimer membentuk rangkaian 3 dimensi yang sangat kompleks dan menjadi resin thermosetting. Resin thermosetting mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, serta tidak dapat melarut dan meleleh. Temperatur curing dilakukan pada sekitar temperatur 120 Celcius dan pH < 5

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Urea-Formaldehid

Katalis

Penggunaan katalis pada suatu reaksi akan meningkatkan laju reaksi tersebut. Begitu juga yang terjadi pada reaksi urea-formaldehid ini. Laju reaksinya akan meningkat jika digunakan katalis. Katalis yang diguanakan pada percobaan ini adalah NH4OH karena reaksi ini berlangsung pada kondisi basa.

Temperatur

Kenaikan temperatur selalu mengakibatkan peningkatan laju suatu reaksi. Namun, kenaikan temperatur ini dapat mempengaruhi jumlah produk yang terbentuk, bergantung pada jenis reaksi tersebut (eksoterm atau endoterm). Oleh karena itu, diperlukan suatu optimasi untuk mencapai hasil yang diinginkan.
Kenaikan temparatur juga dapat menurunkan berat molekul (Mr) resin urea-formaldehid. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.

Waktu Reaksi

Jumlah dan sifat produk yang dihasilkan dari suatu reaksi juga dipengaruhi oleh waktu reaksi. Makin lama waktu reaksi, jumlah produk yang dihasilkan makin banyak akibatnya, resin yang dihasilkan akan berkadar tinggi dan memiliki Mr tinggi.
Pembuatan resin urea – formaldehid skala laboratorium dapat dilakukan dengan langkah kerja sebagai berikut:

1. Masukkan 500 ml formalin (37%-w/w ) ke dalam labu bundar berleher yang dilengkapi kondensor, termometer, agitator, dan water bath (heater)
2. Tambahkan 2 gram Na2CO3H2O sebagai buffering agent
3. Tambahkan 206,5 ml NH4OH sebagai katalis
4. Tambahkan 3,8 mol Urea kemudian aduk secara teratur hingga tampak homogen
5. Panaskan larutan secara perlahan sampai mendidih
6. Setelah mendidih, akan terjadi refluks
7. Setelah terjadi refluks, atur temperatur heater menjadi 65 oC
8. Panaskan selama 3 jam sejak terjadi refluks pertama
9. Setelah 3 jam, ambil larutan secukupnya kemudian dimasukkan ke dalam wadah yang tahan panas misalnya cawan penguap
10. Masukkan larutan dalam cawan penguap ke dalam oven dengan temperatur pemanasan sekitar 120 oC selama 24 jam hingga larutan mengeras membentuk resin

Reaksi kondensasi ini dilakukan dalam sebuah labu berleher yang dilengkapi kondensor ohm meter, termometer, agitator. Kondensor berfungsi mengembunkan air yang menguap selama proses polimerisasi. Hal ini dimaksudkan untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan reaksi. Agitator berfungsi membuat larutan tetap homogen selama proses berlangsung.
Kerugian penggunaan urea-formaldehid sebagai resin dibandingkan polimer lain adalah resistensinya terhadap kadar air (moisture) apalagi jika dikombinasikan dengan panas. Kondisi ini dapat menyebabkan reaksi balik dan melepaskan monomer – monomer yang belum sempurnya bereaksi membentuk polimer. Monomer ini biasanya beracun misalnya formaldehid yang dapat menyebabkan kanker. Oleh sebab itu, ada baiknya bila kita akan menggunakan peralatan makan yang terbuat dari bahan polimer, sebaiknya peralatan tersebut direndam dahulu dengan air panas dengan tujuan agar monomer – monomer yang belum sempurna bereaksi terlepas pada air rendaman.
Sumber:

• Billmeyer Jr.,F.W.,Textbook of Polymer Science, John Wiley and Sons, 1994, pp.186-219
• D’Alelio, G.F., Experiment Plastics and Synthetic Resins, John Wiley and Sons, 1952, pp. 163-166