Poliester

Gambar SEM (Scanning electron microscope) dari sebuah belokan di dalam serat poliester dengan 7 potongan melintang berlekuk

Poliester adalah suatu kategori polimer yang mengandung gugus fungsional ester dalam rantai utamanya. Meski terdapat banyak sekali poliester, istilah "poliester" merupakan sebagai sebuah bahan yang spesifik lebih sering merujuk pada polietilena tereftalat (PET). Poliester termasuk zat kimia yang alami, seperti yang kutin dari kulit ari tumbuhan, maupun zat kimia sintetis seperti polikarbonat dan polibutirat.

Dapat diproduksi dalam berbagai bentuk seperti lembaran dan bentuk 3 dimensi, poliester sebagai termoplastik bisa berubah bentuk sehabis dipanaskan. Walau mudah terbakar di suhu tinggi, poliester cenderung berkerut menjauhi api dan memadamkan diri sendiri saat terjadi pembakaran. Serat poliester mempunyai kekuatan yang tinggi dan E-modulus serta penyerapan air yang rendah dan pengerutan yang minimal bila dibandingkan dengan serat industri yang lain.

Kain poliester tertenun digunakan dalam pakaian konsumen dan perlengkapan rumah seperti seprei ranjang, penutup tempat tidur, tirai dan gorden. Poliester industri digunakan dalam pengutan ban, tali, kain buat sabuk mesin pengantar (konveyor), sabuk pengaman, kain berlapis dan penguatan plastik dengan tingkat penyerapan energi yang tinggi. Fiber fill dari poliester digunakan pula untuk mengisi bantal dan selimut penghangat.

Kain dari poliester disebut-sebut terasa “tak alami” bila dibandingkan dengan kain tenunan yang sama dari serat alami (misalnya kapas dalam penggunaan tekstil). Namun kain poliester memiliki beberapa kelebihan seperti peningkatan ketahanan dari pengerutan. Akibatnya, serat poliester kadang-kadang dipintal bersama-sama dengan serat alami untuk menghasilkan baju dengan sifat-sifat gabungan.

Foto baju dari poliester yang diambil dari dekat

Poliester juga digunakan untuk membuat botol, film, tarpaulin, kano, tampilan kristal cair, hologram, penyaring, saput (film) dielektrik untuk kondensator, penyekat saput buat kabel dan pita penyekat.

Poliester kristalin cair merupakan salah satu polimer kristalin cair yang digunakan industri yang pertama dan digunakan karena sifat mekanis dan ketahanan terhadap panasnya. Kelebihan itu penting dalam penggunaannya sebagai segel mampu kikis dalam mesin jet.

Poliester keraspanas (thermosetting) digunakan sebagai bahan pengecoran, dan resin poliester chemosetting digunakan sebagai resin pelapis kaca serat dan dempul badan mobil yang non logam. Poliester tak jenuh yang diperkuat kaca serat banyak digunakan dalam bagian badan dari kapal pesiar serta mobil.

Poliester digunakan pula secara luas sebagai penghalus (finish) pada produk kayu berkualitas tinggi seperti gitar, piano, dan bagian dalam kendaraan / perahu pesiar. Perusahaan Burns London, Rolls-Royce, dan Sunseeker merupakan segelinter perusahaan yang memakai poliester untuk memperhalus produk-produk mereka. Sifat-sifat tiksotropi dari poliester yang bisa dipakai sebagai semprotan membuatnya ideal untuk digunakan pada kayu gelondongan bijian-terbuka, sebab mampu mengisi biji kayu dengan cepat, dengan ketebalan saput yang terbentuk dengan kuat per lapisan. Poliester yang diawetkan bisa diampelas dan dipoleskan ke produk akhir.

Tipe

Poliester adalah salah satu kelas polimer yang paling penting secara ekonomi, didorong terutama oleh PET, yang termasuk di antara plastik komoditas; pada tahun 2000 sekitar 30 juta ton diproduksi di seluruh dunia. Variasi struktur dan sifat dalam keluarga poliester sangat besar, tergantung pada sifat gugus R (lihat gambar pertama dengan gugus ester biru).

Natural

Poliester yang terdapat di alam termasuk komponen kutin pada kutikula tumbuhan, yang terdiri dari asam omega hidroksi dan turunannya, saling terkait melalui ikatan ester, membentuk polimer poliester dengan ukuran tak tentu. Poliester juga diproduksi oleh lebah dalam genus Colletes, yang mengeluarkan lapisan poliester seperti plastik untuk sel induk bawah tanah mereka sehingga mereka mendapat julukan "lebah poliester".

Sintetis

Keluarga poliester sintetis terdiri dari:

• Poliester berbobot molekul tinggi alifatik linier (Mn >10.000) adalah polimer semikristalin dengan titik leleh rendah (m.p. 40 – 80 °C) dan menunjukkan sifat mekanik yang relatif buruk. Degradabilitas inherennya, yang dihasilkan dari ketidakstabilan hidrolitiknya, membuatnya cocok untuk aplikasi di mana kemungkinan dampak lingkungan menjadi perhatian, mis. kemasan, barang sekali pakai atau film mulsa pertanian⁠ atau dalam aplikasi biomedis dan farmasi.
• Poliester terminasi hidroksi linier bermassa rendah linier (Mn < 10.000) alifatik digunakan sebagai makromonomer untuk produksi poliuretan.
• poliester bercabang banyak digunakan sebagai pengubah reologi dalam termoplastik atau sebagai pengikat silang dalam pelapis karena viskositasnya yang sangat rendah, kelarutan yang baik, dan fungsionalitas yang tinggi
• Poliester alifatik-aromatik, termasuk poli(etilena tereftalat) dan poli(butilena tereftalat), adalah bahan semikristalin dengan titik leleh tinggi (m. p. 160–280 °C) yang dan telah digunakan sebagai termoplastik rekayasa, serat, dan film.
• Kopoliester linier aromatik sepenuhnya menghadirkan sifat mekanik dan ketahanan panas yang unggul dan digunakan dalam sejumlah aplikasi berkinerja tinggi.
• Poliester tak jenuh dihasilkan dari alkohol multifungsi dan asam dibasa tak jenuh dan setelah itu saling terkait; mereka digunakan sebagai matriks dalam bahan komposit. Resin alkid dibuat dari alkohol polifungsional dan asam lemak dan digunakan secara luas dalam industri pelapisan dan komposit karena dapat dihubungkan silang dengan adanya oksigen. Juga ada poliester seperti karet, yang disebut elastomer poliester termoplastik (ester TPE). Poliester tak jenuh (UPR) adalah resin termoset. Mereka digunakan dalam keadaan cair sebagai bahan pengecoran, dalam senyawa cetakan lembaran, sebagai resin laminating fiberglass dan pengisi bodi mobil non-logam. Mereka juga digunakan sebagai matriks polimer termoset di pra-preg. Poliester tak jenuh yang diperkuat fiberglass menemukan aplikasi luas di badan kapal pesiar dan sebagai bagian badan mobil.

Tergantung pada struktur kimianya, poliester dapat berupa termoplastik atau termoset. Ada juga resin poliester yang diawetkan dengan pengeras; namun, poliester yang paling umum adalah termoplastik. Gugus OH direaksikan dengan senyawa fungsional isosianat dalam sistem 2 komponen yang menghasilkan pelapis yang secara opsional dapat berpigmen. Poliester sebagai termoplastik dapat berubah bentuk setelah penerapan panas. Meskipun mudah terbakar pada suhu tinggi, poliester cenderung menyusut dari api dan padam sendiri saat dinyalakan. Serat poliester memiliki kekuatan tinggi dan E-modulus serta penyerapan air yang rendah dan penyusutan minimal dibandingkan dengan serat industri lainnya.

Sifat-sifat serat poliester

Sifat mekanis

Penyerapan energi plastik yang diperkuat dengan serat kimia (uji benturan, pelentukan, dan tarik) Investigasi atas persyaratan praktis untuk mengukur penyerapan energi dari bahan-bahan gabungan (komposit), dan pengembangan metode yang cocok untuk melaksanakan pengukuran tersebut. Sejumlah metode uji dinamis untuk mengukur penyerapan energi dari berbagai lapisan, termasuk uji benturan pelentukan, uji benturan berulang-ulang, uji benturan tarikan, dan uji tumbukan pembengkokan. Didiskusikan pula ujian benturan pada lempengan berlapis. Penekanan khusus ditempatkan pada studi pada berbagai komposit yang diperkuat dengan sebuah serat kimia. Tak dapat dimungkiri bahwa ada hubungan antara penyerapan energi statis yang semu dari berbagai serat dan penyerapan energi dinamisnya komposit. Komposit berpoliester komersial dan serat poliamida memiliki penyerapan energi yang tertinggi, dimana peranti pengujian memiliki efek yang signifikan.

Sifat kimiawi

Poliester tidak diketahui memiliki sifat kimiawi.

Industri poliester

Dasar-dasar

Poliester merupakan salah satu polimer sintetis yang dibuat dari purified terephtalic acid (PTA) atau dimetil ester dimethyl terephthalate (DMT) dan mono etilena glikol (MEG). Dengan pangsa pasar sebesar 18% dari semua bahan plastik yang diproduksi, poliester berada di urutan ketiga setelah polietilena (33.5%) dan polipropilena (19,5%).

Bahan-bahan mentah utamanya adalah sebagai berikut:

• Purified terephthalic acid – PTA – CAS-No.: 100-21-0

Sinonim: 1,4 Dibenzenedicarboxylic acid,

Sum formula; C6H4(COOH)2, berat mol: 166,13

• Dimethylterephthalate – DMT- CAS-No: 120-61-6

Sinonim: 1,4 Dibenzenedicarboxylic acid dimethyl ester

Sum formula C6H4(COOCH3)2, berat mol: 194,19

• Mono etilena glikol – MEG – CAS No.: 107-21-1

Sinonim: 1,2 Ethanediol

Sum formula: C2H6O2, berat mol: 62,07

Lebih banyak informasi mengenai berbagai bahan mentah poliester bisa ditemukan untuk PTA ,DMT dan MEG, di laman web INCHEM "Chemical Safety Information from Intergovernmental Organizations".

Dibutuhkan katalis untuk menghasilkan sebuah polimer dengan berat molekul yang tinggi. Katalis yang paling umum dipakai adalah antimon trioksida (atau antimon tri asetat):

Antimon trioksida – ATO – CAS-No.: 1309-64-4 Sinonim: tak ada, berat mol: 291,51 Sum formula: Sb2O3

Pada 2008, sekitar 10 000 t Sb2O3 digunakan untuk memproduksi sekitar 49 Mio t polietilena tereftalat.

Poliester dideskripsikan sebagai berikut:

Polyetilena Tereftalat CAS-No.: 25038-59-9 Sinonim / singkatan: poliester, PET, PES Sum Formula: H-[C10H8O4]-n=60-120 OH, berat unit mol: 192,17

Ada beberapa alasan pentingnya PTA:

• Relatif mudah diaksesnya berbagai bahan mentah PTA atau DMT dan MEG
• Proses kimianya sintesis poliester yang mudah dijelaskan dan sangat mudah dipahami
• Rendahnya tingkat toksisitas semua bahan mentah serta produk sampingan selama produksi dan pengolahan
• PET bisa diproduksi dalam sebuah simpal (gelung) tertutup pada emisi yang rendah ke lingkungan
• Bisa didaur ulang
• Banyaknya varian produk antara dan final yang terbuat dari poliester

Dalam tabel 1: produksi poliester sedunia untuk poliester tekstil, resin poliester botol, poliester saput (film) yang terutama sekali untuk pengepakan dan poliester khusus buat plastik mesin. Berdasarkan tabel ini, produksi poliester dunia melebihi 50 juta ton tiap tahun sebelum tahun 2010.

Tabel 1: Produksi poliester dunia

	Pangsa pasar per tahun
Jenis Produk	2002 [Mio t/a]	2008 [Mio t/a]
Tekstil -PET	20	39
Resin, Botol/A-PET	9	16
Film-PET	1.2	1.5
Poliester Spesial	1	2.5
TOTAL	31.2	49

Produsen bahan mentah

Kebanyakan bahan mentah PTA, DMT, dan MEG diproduksi perusahaan kimia besar yang kadang-kadang diintegrasikan ke penyulingan minyak mentah dimana p-xilena merupakan bahan dasar untuk menghasilkan PTA dan elpiji merupakan bahan dasar memproduksi MEG.

BP, Reliance, Sinopec, SK-Chemicals, Mitsui, dan Eastman Chemicals merupakan contoh dari sekian banyak produsen PTA. Produksi MEG ada dalam genggaman sekitar 10 pemain global yang dipimpin oleh MEGlobal a JV of DOW dan PIC Kuweit diikuti oleh Sabic.

Berikut ini adalah nama-nama produsen poliester terbesar:

Artenius, Advansa, DAK, DuPont, Eastman/Voridian, Hyosung, Huvis, Indorama, Invista, Jiangsu Hengli Chemical Fiber, Jiangsu Sanfangxian Industry, M&G Group, Mitsui, Mitsubishi, NanYa Plastics, Reichhold, Reliance, Rongsheng, Sabic, Teijin, Toray, Trevira, Tuntex, Wellman, Yizheng Sinopec, Zhejiang Hengi Polymerization.

Di China terdapat lebih dari 500 pabrik poliester, tak heran bila setengah produksi poliester dunia berasal dari negara tirai bambu itu. Informasi lebih lanjut mengenai poliester di China bisa ditemukan di situs China Chemical Fiber Economic Information Network.

Pengolahan poliester

Sesudah tahap pertama produksi polimer dalam fase leleh, arus produk terbagi menjadi dua bidang aplikasi yang berbeda yakni aplikasi tekstil dan aplikasi pengepakan. Dalam tabel 2, terdapat daftar berbagai penerapan (aplikasi) utama poliester pengepakan dan tekstil.

Tabel 2: Daftar penerapan poliester pengepakan dan tekstil

POLIMER BERBASIS-POLIESTER (LELEH atau BUTIRAN)
Tekstil	Pengepakan
Serat stapel (PSF)	Botol untuk CSD, Air, Bir, Jus, Deterjen
Filamen POY, DTY, FDY	A-PET Film
Benang teknis dan kawat ban	Thermoforming
Tak tertenun dan spunbond	BO-PET
Mono-filamen	Pembalutan

Singkatan: PSF = Polyester Staple Fiber (Serat Stapel Poliester); POY = Partially Oriented Yarn (Benang Berorientasi Parsial); DTY = Draw Textured Yarn (Benang Tekstur); FDY = Fully Drawn Yarn; CSD = Carbonated Soft Drink (minuman ringan yang diisi dengan gas karbon); A-PET = Amorphous Polyester Film (saput poliester tak berbentuk); BO-PET = Biaxial Oriented Polyester Film (saput poliester berorientasi dwisumbu);

Pangsa pasar kecilnya poliester (<< 1 Million t/a) digunakan untuk memproduksi plastik teknis dan pembetsan induk.

Untuk menghasilkan poliester leleh dengan sangat efisien, beberapa langkah pengolahan beroutput tinggi seperti serat stapel (50–300 t/d per lini pemintalan) atau POY /FDY (sampai 600 t/d yang dipisahkan menjadi sekitar 10 mesin pemintalan) merupakan proses yang semakin horizontal, terintegrasi, dan langsung. Ini berarti polimer leleh langsung diubah menjadi filamen atau serat tekstil tanpa melalui tahap pembutiran. Kita sedang membahas integrasi horizontal sepenuhnya saat poliester diproduksi mulai dari minyak mentah atau berbagai produk penyulingan dalam chain oil -> benzena -> PX -> PTA -> PET leleh -> serat / filamen atau bottle-grade resin. Eastman Chemicals adalah yang pertama kali memperkenalkan ide menutup rantai dari PX ke resin PET resin dengan apa yang mereka sebut dengan proses INTEGREX®. Kapasitas tempat produksi yang terintegrasi dan horizontal seperti itu >1000 t/d dan bisa dengan mudah mencapai 2500 t/d.

Di samping unit pengolahan besar untuk memproduksi benang atau serat stapel yang tadi sudah disebutkan, terdapat sepuluh ribu pabrik pengolahan yang kecil dan sangat kecil, jadi bisa diperkirakan bahwa poliester diolah dan didaur-ulang di lebih dari 10.000 pabrik di seluruh dunia. Ini tanpa menghitung semua perusahaan yang terlibat dalam industri supply chain, dimulai dari perekayasaan dan mesin pengolahan serta diakhiri dengan stabilisator, warna, dan aditif tambahan.

Sintesis

Sintesis poliester pada umumnya dicapai dengan reaksi polikondensasi. Rumus umum untuk reaksi dari sebuah diol dengan sebuah asam dikarboksilat adalah:

(n+1) R(OH)2 + n R´(COOH)2 ---> HO[ROOCR´COO]nROH + 2n  H2O

Esterifikasi azeotrop

Dalam metode klasik ini, satu alkohol dan satu asam alkanoat bereaksi membentuk ester karboksilat. Untuk menghimpun sebuah polimer, air yang terbentuk dari reaksi harus terus-menerus dihilangkan dengan penyulingan azeotrop.

Transesterifikasi beralkohol

O \\ C - OCH3 + OH[Oligomer2] / [Oligomer1]	$\leftrightarrow$	O \\ C - O[Oligomer2] + CH3OH / [Oligomer1]
(ester-terminated oligomer + alcohol-terminated oligomer)		(oligomer yang lebih besar + metanol)

Asilasi (metode HCl)

Asam bermula sebagai sebuah asam klorida, dan dengan begitu polikondensasi meneruskan emisi (pemancaran) asam klorida (HCl), bukannya air. Metodi ini bisa dilakukan di dalam larutan atau sebagai sebuah email.

Metode silil

Dalam varian metode HCl ini, asam alkanoat klorida diubah dengan trimetil silil eternya komponen alkohol dan hasilnya adalah trimetil silil klorida.

Polimerisasi pembukaan-cincin

Poliester alifatik bisa disusun dari lakton pada kondisi temperatur ruang dan tekanan 1 atm, dikatalisasikan secara anion, kation, atau organologam (metalorganik).

Thermosetting (keraspanas)

Pada umumnya resin thermosetting merupakan kopolimer dari poliester tak jenuh dengan stirena. Penjenuhan poliester diatur melalui penggunaan asam maleat maupun asam fumarat. Dalam vinilester, penjenuhan terdapat dalam kelompok alkoholnya poliester. Ikatan gandanya poliester tak jenuh bereaksi dengan stirena dan menghasilkan struktur pertautan silang 3-D. Struktur ini bertindak sebagai sebuah thermoset. Pembentukan ikatan pertautan silang dimulai melalui reaksi eksotermik yang melibatkan sebuah peroksida organik, seperti metil etil keton peroksida atau benzoil peroksida.

Rujukan

• Textiles, by Sara Kadolph and Anna Langford. 8th Edition, 1998.

Pranala luar

• Chemical Engineering - Polyester Information Platform Diarsipkan 2008-09-15 di Wayback Machine.
• Produk Dempul Mobil Tahan Panas & Berkualitas Tinggi