Prosiding Pertemuan Ilmiah .\'ains Materi III .\'erpong, 20 -21 Oktober 1998
1.\'.\'N 1410-2897
KARAKTERISASI POLIMER SERAT POLIESTER DARI POLIETILEN TEREFTALAT DAN POLIBUTILEN TEREFTALAT
s3b
ZobaidiJ , Akira Kaito2, Kazoo N akayama2 'Balai Besar Penelitian clanPengembangan Industri Tekstil, Bandung 2ResearchInstitute for Polymer and Textile, Tsukuba -Japan
ABSTRAK KARAKTERISASI POLIMER SERAT POLIESTER DARI POLIETILEN TEREFfALAT DAN POLIBUTILEN TEREFTALAT. Karakterisasi polimer serat poliester dari polietilen tereftalat clan polibutilen tereftalat telah dilakukan dalam rangka untuk mengetahui sifat-sifat clan keunggulannya sebagai bahan. Karakterisasi pada kedua polimer tersebut dilakukan dengan cara pemanasan sampai suhu ISO. C disertai penarikan sampai kurang lebih 400% panjang semula. Karakterisa.'!i dilakukan terhadap kristalinitas, sifat termal clan sifat mekanikanya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perbedaan struktur kimia dian!ara kedua bahan tersebut banyak berpengaruhterhadap struktur supermolekulnya (hentuk kristal, tranformasi kristal. persen kristalinitas), hera! jenis, titik leleh clan mempengaruhi sifat mekanikanya.
ABSTRACT THE POLYMER CHARACTERIZATION OF POLYETHYLENE TEREPHTHALATEAND POLYBUTY-LENE TEREPHTHALATE The polimer characterization of polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate have been studied. Both polymer or polyethylene terephthalate and polybutylene terephtha!ate were heated in several conditions up to 150' C and stretchcd at draw ratios up to 400% or original length. The characterization were carried out by wide-angle X-ray Diffraction. density, thermal analysis and mechanical properties. The difference or chemical structure have much influences to the crystal structure. crystal transformation. density, melting point and mecl1anicalproperties.
PENDAHULUAN Penggunaan serat poliester dalam industri tekstil cukup berkembang dengan pesat sehingga mampu menggeser serat a1am maupun serat sintetik lainnya. Hal tersebutdisebabkan karena serat poliester mempunyai sifat Yallg relatif lebih baik dibanding serat lainnya seperti kekuatan, mulur, elastisitas, ketahanan terhadap 711t kimia d.ll. Berbedadengan serata.lam,serat poliester dapat diproduksi setiap saat daD tidak bergantung pada iklim daDcuaca. Serat poliester dibuat dari polimerisasi antara monomer etilen giikol daD asam tereftalat yang telah dimurnikan alan purified terephtlla.lic acid (PTA) menjadi polimer polietilen tereftat dan selanjutnya diekstrusi menjadi serat. Produk yang mempunyai nama dagang antara lain Tetoron, Dacron, Trivera dU.. dewasa ini peng-gunaannya bukan hanya untuk keperluan tekstil sandang saja melainkan untuk keperluan lain misalnya untuk industri. elektronik, militer, pelayaran, alat kedokteran sampai pada alat mmah tangga, Penggunaan suatu bahan seharusnya dipilih berdasarkc'lnsifat daD karakter bahan yang disesuaikan dengan uljuan penggunaan. Sebagai contoh, untuk bahan tambang di laut diperlukan polimer yang kuat, mulur rendah, tahan garam, tetapi tidak perin tahan panas. Seba1iknya,untuk bahan isolasi panas misa.lnya, diperlukan ballaD yang tahan panas tetapi tidak perin
Zuhaidi dkk.
tahan zat kimia dsb. Polibutilen tereftalat (pBT) termasuk jenis poliester yang struktur molekulnya sedikit berbeda dengan polietilen tereftalat (pET). Perbedaantersebut ialah salah satu monomer pembentuknya sedikit lebih panjang dibanding pada PET, yang selanjutnya dapat memberikan sifat-sifat yang berbeda diantara keduanya. Perbedaan sifat-sifat tersebut diharapkan dapat memperkaya daD melengkapi betbagai macaJn bahan sehingga memungkinkan banyak pilihan sesuai tujuan penggunaannya. Karakterisasi bahan polimer mempunyai pecan yang penting terutama untuk mengetahui sifat-sifat bahan sehingga penggunaan bahan baku tersebut dapat dimanfaatkan secara tepat daDoptimal.
PERCOBAAN Bahandan preparasi Bahanbutiran polimer (chip) PBT diperoleh dari POLYPLASTICS Co.Ltd. Japan,dengan nama dagang "Duranex 2000, Color No.200I, sedangkan butiran polimer PET diperoleh dari pabrik serat tekstil PT. KUMAFIBRE di Tangerang, Indonesia. Butiran polimer PET dan PBT dikeringkan pada suhu 1050C selama 8 jam sehingga mendekati bebas
265
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi //I Serpong, 20 -21 Oktoher 1998 dari kandungan air. Butiran polimer masing-masing diekstmsi dengan menggunakan T-dye Extmder buatan LABO PLASPOMILL, model 50C150. yang mempunyai 4 bagian pemanas yang masing-rnasing dapat diatur suhunya. Pengaturan pemanasan diatur secarabertahap mulai dari suhu 220°C sampai 2550C untuk PBT dan 250" C sampai 280" C untuk PET. Lelehan polimer yang keluar dari lubang spineret dilewatkan pada rol dengan kecepatan kurang lebih 1 m/menit. Hasil ekstmsi yang diperoleh masing-masing dilakukan pemanasan dan penarikan denganberbagai perbandinganpalljang semula (draw mtio). Pemana-san maksimum dilakukan pada suhu tinggi 150" C, sedangkan penarikan paling tinggi dilakukan sampai putusyang tel:iadi pada penarikan antam 400-500%.
Karakterisasi
ISSN1410-2897 dengan standar JIS / ISO/DP6329.3. Pengujian dilakukandi Lab. FisikaSeratBBT,Ban~ung.
BASIL PENGUJIAN Kristalinitas Polirner PET daD PBT rnernpunyai persarnaan yaitu rnerupakan poliesteryang sarna-sarnarnern-punyai senyawabenzenadalarn rantai polirnemy~ akan tetapi rnernpunyai perbedaan yaitu terdapat tetra-rnetilena dalam rantai polirner PBT. Adanya tetra-rnetilena (yang lebih panjang) pada PBT dapat rnernbentuk 2 stmktur kristal yangberbeda yaitu bentuk alfa daDbeta. Bentuk alfa rnerupakan bentuk kristal rnernpunyai sisi-sisi yang reLtttifsarna sedangkan bentuk beta salah satu sisinya lebih panjang seperti disajikan pada Gambar 1.
Kristalinitas Pengujian kristalinitas dilakukan dengan menggunakan X-ray diffraction buatan RIGAKU Co.Ltd. Penentuan derajat kristalinitas dilakukan dengan cara wide angle X-ray diffraction (WAXD) dari sudut penyinaran L theta" antara 20 sampai 60 derajat. Perhitungan persen kristalinitas dilakukan secara ekstemal .berdasarkan luas daerah kristalin terhadaptotal daerall kristalin dan aJnorf (dalam persen) pacta pola difraksi yang dihasilkan. Pengujian dilakukan di Lab. Polimer Fisika ,Research Institute for Polymers and Textiles, Tsukuba, Japan.
L BerntJeni~ Pengukuran beTatjenis dilakukan dengan cara density gradient column sistem lIS (Japan Industrial Standard)K 7112. Larutan yang digunakan disesuaikan dengan sebaran berat jenis contoh uji (pET dan PBT amorf dan kristalin) yaitu karbon tetra clorida daD normal heptan. Pengujian dilaknkandi Lab Fisika Polimer, Risearch Institllte for Polymer and Textile. Tsukuba Japan dan Lab. Polimer, Balai BesarTekstil Bandung.
3. Titik lelehdanentaloioelelehan Pengujian
titik
leleh daD entalpi pelelehan
dilakukan dengan menggunakan DSC buatan SHIMADZU Co.Ltd. Tipe DSC- DT 40. Pengujian dilakukan dengan kecepatan pemanasan(heating rate) = 10 CI menit Pcngujiandilakukan di Lab Polimcr,Balm Besar Tckstil Bandung.
4.Kekuatan t~ Pengujian dilakllkaJl dengan menggunakanTensile Tester TOYO BALDWIN dengan pengujian sesuai
GambarI. Bentuk alfa dan bentuk beta pada PBT
Dan fenomena tersebut, dalam polimer PBT terdapat 2 macam bentuk kristal, sedangkan pada polimer PET hanya terdapat satu macam bentuk kristal saja. Dari basil pengujian menunjukkan bahwa kristalinitas pada PBT relatif lebih kecil dibanding kristalinitas pada PET. Persen kristalinitas pada PBT rnaksimum hanya sebesar29,68% sedangkanpada PET dapat mencapai 50,48%. Hal ini mungkin disebabkan karena adanya2 bentuk kristal pada PBT menyebabkan lebih sukar membentuk susunan yang lebih teratur (kristalin) sehingga cenderung mem-bentuk struktuk yang lebih amorf. Sebaliknya pada PET yang mempunyai bentuk kristal yang seragamsehingga dapat membentuk susunan yang lebih teratur daD kompak sehingga menghasilkan persenkris-talinitas yang lebih tinggi.
Dan hasil diftaksi sinar X bentukalfa terlihat pada sudutpenyinaran2 theta = 31 daD39 derajat,
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1lI .\'erpong, 20 -21 Oktober 1998 sedangkan bentuk beta akan terlihat pada sudut penyinaran 28 dan 42 derajat. Pengaruh pemanasan dan penarikan cenderung merubah bentuk betamenjadi bentuk alfa seperti disajikan pada Gambar 2. Perubahan tersebut diikuti dengan naiknya persen kristalinitas karena bentuk alfa cenderung lebih banyak yang berarti lebih homogen.
ISSN 1410-2897 kristalinitasnya. Hubungan antar kristalinitas daD penarikanpada polimer PET daD PBT disajikanpada Gambar4.
til~ritas~PETcB1PBT~ Pt:I~-~1B1
~~a.a.1
gftT :IPJr~
fOO1002)j ~ ~ ~ IifJ
~b1M Gambar 4. Hubungan Antar Kristalinitas polimer PET dan PBT
dan Penarikan pada
2-&.. Ciambar 2. Pola Difraksi Sinar X pada PBT tanpa dan yang mengalami pemanasan dan penarikan.
BeratJenis Berat jenis suatu bahan (polimer) misalnya polietilen tereftalat mumi tidak selalu sarna,melainkan Pengamh p3:n anaS3n clan I=61ar:ikan p:rl3 PET m enunjlkkan penJb3han:intmsilas yang l:bil k:8S3r bergantung pada stmktur supermolekuler (kristalinitas, clan djjkutim En:ingkatnya ~ ~:itas. Hasil orientasi, dll) daTi polimemya. Perbedaan tersebut teramat kecil sehingga untuk mengujinya perlu alat ~gujian XRD P3da {X)Jiner PBT dmjikan P3da yang dapatmendeteksisampai 4 atau 5 angka dibelakang Ganl::ar3. koma. Per:Bkuan p3:n anaS3n d3n ~1arikan p:rl3 PB T
d3n PET5:rna-$TIameni"lgka1kanI:E1331 kmalinjlas. M ak:in 1::e5;irpe1arikan m ak:in 1::e5;irpuJa ~
Hasil pengujian berat jenis dengan DGC menunjukkanbahwa polimer PBT yang paling kecil adalah 1,28414sedangkanyangpalingbesar1,31310. Perbedaanberatjenis tertinggi dan terendahadalah sebesar0,02896 atau 2,255% dari PBTyangpaling amorf
Hasil pengujian beratjenis polirner PET dengan preparasi yang sarna, yang paling kecil 1,33943,dan yang paling besar 1,39300, Perbedaan berat jenis tertinggi dan terendah PET adalah sebesar 0,05357 atau sebesar3,999% dari PET yang paling amon, Dari basil diatas rnenunjukkan bahwa polirner PBT rnernpunyaiberatjenis yang lebih stabil atau dengan kata lain rnernpunyaivolume yang lebih stabildibanding
PET.
1.-&Gambar 3 Pola Difraksi
Sinar X pada PET
tanpa dan yang
mengalami pemanasandan penarikan.
Zuhaidi dkk.
Berat jenis polimer PET dan PBT mempunyai hubungan IUTUSdengan persen kristalinitas. Hal ini disebabkan karena polimer yang lebih padat akan mempunyai berat jenis yang lebih tinggi, sebaliknya polimer yang amorf akan mempunyai beratjenis rendah. Hubungan antara berat jenis daD persen kristalinitas polimer PBT clan PET disajikan pada Gambar 5.
267
Pro,..idingPertenluanIlmiah Sain,..Materi III ,fierpong, 20 -21 Oktoher 1998
ISSN1410-2897 memberikan kekuatan yang lebih tinggi. Hal tersebut disebabkan karena struktur molekul kristalin lebih kompak (solid) sehingga menghasilkan kekuatan tinggi dan diikuti mulur rendah.
KESIMPULAN
Gambar 5
Hubullgall Antara Kristalinita.., dan Berat Jenis pada PBT dan PET.
Titik leleh Polimer PET dan PBT masing-masingdilaku-kan pengujian tenna.l menggunakan DSC. Hasil analisa tennal menunjUkkan bahwa titik leleh PBT pada 222" C. Sedangkan titik leleh pada polimer PET jauh lebih tinggi yaitu antara suhu 256" C sampai 268" C. Dari data tersebutmenunjukkan bahwa polimer PBT kurang tahan panas dibanding polimer PET, sehingga penggunaan bahan PBT pada suhu tinggi misalnya
sekitar 200"C kurang disarankan karena sudah mendekatititik .Ieleh. Mengenai ental pi pelelehan pada polimer PET, ada kecendemngan makin tinggi kristalinitas, makin tinggi entalpi pelelehannya. Entalpi pelelehanpada PET amorf sebesar25 mJ/mg, sedangkan pada PET paling kristalin sebesar60 InJ/mg. Hal ini menun-jukkanbahwa untuk melelehkan polimer krist.alin memerlukan energi yang lebih beSc1r dibanding polimer amorf. Kekuatan tarik
Polietilen tereftalat (PET) daD polibutilen tereftalat (PBT) mempunyai perbedaan sifat yang ditentukan oleh perbedaan struktur kimianya. Adanya tetra-metilen (yang lebih panjang) dalam rantai polimer PBT dapat membentuk 2 macam bentuk kristal yang berbeda yaitu bentuk alfa daD beta. Pengaruh dua macam bentuk kristal tersebut menyebabkan jumlah persen kristalinitas PBT lebih rendah dibanding PET. Struktur molekuler polimer PBT lebih stabil oleh perlakuan pemanasandaD penarikan. Secara umum, be rat jenis, titik leleh, mulur daD dab kekuatannya, polimer PBT lebrh rendahdibanding PET. Untuk pemakaian bahan yang memerlukan kestabilan dimensi tinggi misalnya botol presisi, seal dsb. disarankan menggunakan bahan PBT, dengan mempertimbangkansuhupelt1akaiantidak terlalu tinggi, mengingat titik leleh PBT lebih rendah. Untuk pemakaian bahan yang memerlukan kelenturan, kekuatan, suhu tinggi mungkin lebih baik menggunakan bahanPET.
UCAPANTERIMA KASm Ucapanterima kasih disampaikankepadaDr. Akira Kaito danDr. KazuoNakayamadi ResearchInstitute for Polymerand Textile (RIPT), TsukubaJapan yang telah memberikanbimbingandan fasilitas demi terlaksananya penelitianini.
DAFTARPUSTAKA { 1]. AKIRA
KAITO,
KAmO
"Structure
Hasil pengujian kekuatan tarik dan mulur menunjukkan bahwa polimer PET mempunyaikekuatan daDmulur lebih tinggi dibanding PBT. Dari percobaan yang dilakukan menunjukkan bahwa PET amorf dapat mencapai mulur 300%, sedangkan pacta PBT amorf hanya mencapai mulur maksimum sekitar 50%. Kekuatan maksimum polimer PET dapat mencapai kekuatan 4 g/denier, sedangkan pacta PBT mempunyai kekltatan maksimal 2,9 gidenier. Polimer PET mempunyai keunggulan dalam hal mulur maupun kekutannya dibanding PBT. Hal tersebut mungkin disebabkan polimer PET lebih mampu membentuk struktur amorf maupun kristalin. Bentuk amorf cenderung menghasilkan sifat mulur tinggi. Hal ini disebabkan rantai polimer amorf dapat dengan mudah terorientasi membentuk memanjang kearah penarikan. Sedangkan bentuk kristalin cencerung
Poly(butylene plied [2].
Science,
AKIRA
"Study
in
Y AMA,
of
Journal
KAmO
Structure
Jurnal
Sheets
of
of Ap.
NAKA-
and
terphthalate
State",
Sheets
45, (1992),1203-1211
KAITO,
the
Polybuthylene
ZU -BAlDI,
Stretched
Terephthalate)",
Polymer
ZUBAlDI,
Solid
N AKA
Formation
YAMA,
Properties
of
Stretched
BalaiBesarTek5til,
in the
(1990),
10-
17. [3].
KOHn
TASHIRO,
Poly(butilene cal Deformation, Faculty Chemical [4].
AKIRA "Preparation
of
Society KAITO
Transitition
Induced
Departement
Science,
Osaka
of
by Mechani-
of Polymer University.
Science, American
(1980). and
of High
By the Roller-Drawing [5].
Solid-state
terephthalate)
KAZUO Modulus Method".
Polymer Roller-Drawing Science, Method. 30,(1985), Journal
NAKAYAMA Polyethylene Journal
Sheet Of Applied
Of Applied
Poly-
Prosiding Pertemuan Ilmiah Sain.\' Materi III .\'erpong, 20 -2/ Oktober 1998
ISSN 1410-2897
mer Science,26, (1985) 1439. 16). RABEK JAN F. Experimenta1MethodsinPo1ymer CI\emistry, John Wiley & Sons, New York 1980 17). ISMININGSIH G., ZUBAIDL Characterization of Texture Polyester Fabrics Treated With Heat setting and Carrying Agent by Means of FTIR and DSC". Jurnal Balai Besar Tek\"til, (1990), 55 -60.
Zubaidi dkk.
269
