Nilon

Nilon adalah polimer sintetis dengan gugus pembangun berupa amida yang biasanya menghubungkan kelompok alifatik atau semi-aromatik.

Nilon biasanya berwarna putih atau tidak berwarna, lembut, dan ada beberapa jenis yang memiliki tekstur seperti sutra. Bersifat termoplastik, yang berarti dapat diproses dengan melelehkannya menjadi serat, film, dan berbagai bentuk lainnya. Sifat-sifat nilon sering dimodifikasi dengan mencampurkannya dengan berbagai jenis bahan tambahan.

Terdapat berbagai jenis nilon yang dikenal, salah satunya yang disebut nilon-XY, berasal dari asam dikarboksilat dan diamina dengan panjang rantai karbon X dan Y, masing-masing. Contohnya adalah nilon-6,6. Jenis lainnya, yang disebut nilon-Z, berasal dari asam amino karboksilat dengan panjang rantai karbon Z. Contohnya adalah nilon-[6].

(sumber: wikipedia.com)

Polimer nilon memiliki berbagai aplikasi komersial yang signifikan, termasuk dalam pembuatan kain dan serat (pakaian, alas, dan penguatan karet), bentuk-bentuk atau cetakan tertentu (bagian tertentu cetakan mobil, peralatan listrik, dll.), dan dalam pembuatan lapisan (film) terutama untuk kemasan makanan.

 

 

Sejarah


DuPont dan penemuan nilon

Peneliti di DuPont memulai pengembangan serat berbasis selulosa, yang kemudian mencapai puncaknya pada serat sintetis rayon. Pengalaman DuPont dengan rayon menjadi awal yang penting dalam pengembangan dan pemasaran nilon.

Inovasi DuPont dalam menciptakan nilon berlangsung selama periode sebelas tahun, mulai dari program penelitian awal dalam polimer pada tahun 1927 hingga pengumumannya pada tahun 1938, segera sebelum pembukaan Pameran Dunia New York 1939. Proyek ini tumbuh dari struktur organisasi baru di DuPont yang diusulkan oleh Charles Stine pada tahun 1927, di mana departemen kimia akan terdiri dari beberapa tim penelitian kecil yang akan fokus pada “penelitian pionir” dalam kimia dan akan “menuntun pada aplikasi praktis”. Dosen Harvard, Wallace Hume Carothers, dipekerjakan untuk memimpin kelompok penelitian polimer. Pada awalnya, ia diizinkan untuk fokus pada penelitian murni, membangun dan menguji teori dari ahli kimia Jerman Hermann Staudinger. Ia sangat sukses, karena penelitian yang dilakukannya secara signifikan meningkatkan pengetahuan tentang polimer dan berkontribusi pada ilmu pengetahuan.

Nylon merupakan polimer termoplastik sintetis yang pertama kali berhasil secara komersial. Proyek penelitian DuPont dimulai pada tahun 1927. Nilon pertama, yaitu nilon 66, disintesis pada 28 Februari 1935, oleh Wallace Hume Carothers di fasilitas penelitian DuPont Experimental Station milik DuPont. Sebagai tanggapan terhadap karya Carothers, Paul Schlack di IG Farben mengembangkan nilon 6, molekul yang berbeda berdasarkan kaprolaktam, pada 29 Januari 1938.

Pada musim semi tahun 1930, Carothers dan timnya sudah mensintesis dua polimer baru. Satu di antaranya adalah neoprene, karet sintetis yang banyak digunakan selama Perang Dunia II. Yang lainnya adalah pasta putih yang elastis namun kuat yang kemudian menjadi nilon. Setelah penemuan ini, tim Carothers diarahkan untuk beralih dari pendekatan penelitian yang lebih murni yang menyelidiki polimerisasi umum ke tujuan yang lebih praktis untuk menemukan “kombinasi kimia yang cocok untuk aplikasi industri”.

Baru pada awal tahun 1935, sejenis polimer yang disebut “polimer 6-6” akhirnya diproduksi. Rekan kerja Carothers, alumnus Universitas Washington, Julian W. Hill, telah menggunakan metode tarik dingin untuk memproduksi poliester pada tahun 1930. Metode tarik dingin ini kemudian digunakan oleh Carothers pada tahun 1935 untuk sepenuhnya mengembangkan nilon. Contoh pertama nilon (nylon 6.6) diproduksi pada 28 Februari 1935, di fasilitas penelitian DuPont Experimental Station. Nilai-nilai elastisitas dan kekuatan yang diinginkan berhasil dicapai. Namun, proses manufaktur yang kompleks diperlukan, yang kemudian menjadi dasar produksi industri di masa depan. DuPont memperoleh paten untuk polimer ini pada September 1938, dan dengan cepat mencapai monopoli serat nilon. Carothers meninggal 16 bulan sebelum pengumuman tentang nilon, oleh karena itu dia tidak dapat melihat kesuksesannya.

Nilon pertama kali digunakan secara komersial dalam sikat gigi berbulu nilon pada tahun 1938, kemudian lebih terkenal dalam stoking wanita atau “nylon” yang dipamerkan di Pameran Dunia New York 1939 dan pertama kali dijual secara komersial pada tahun 1940, yang kemudian menjadi sukses komersial instan dengan penjualan 64 juta pasang selama tahun pertama berada di pasar. Selama Perang Dunia II, hampir semua produksi nilon dialihkan ke militer untuk digunakan dalam parasut dan tali parasut. Penggunaan nilon dan plastik lainnya selama perang secara signifikan meningkatkan pasar untuk bahan-bahan baru ini.

Produksi nilon memerlukan kerjasama antar departemen di DuPont: Departemen Riset Kimia, Departemen Amonia, dan Departemen Rayon. Beberapa bahan baku kunci nilon harus diproduksi menggunakan kimia tekanan tinggi, area utama keahlian Departemen Amonia. Nilon dianggap sebagai “karunia bagi Departemen Amonia”, yang sedang mengalami kesulitan keuangan. Bahan reaktan nilon segera membentuk setengah dari penjualan Departemen Amonia dan membantu mereka keluar dari masa Depresi Besar dengan menciptakan lapangan kerja dan pendapatan di DuPont.

Proyek nilon DuPont menunjukkan pentingnya rekayasa kimia dalam industri, membantu menciptakan lapangan kerja, dan mendorong kemajuan teknik rekayasa kimia. Bahkan, proyek ini mengembangkan pabrik kimia yang menyediakan 1800 pekerjaan dan menggunakan teknologi terkini pada saat itu, yang masih digunakan sebagai model untuk pabrik kimia saat ini. Kemampuan untuk memperoleh sejumlah besar ahli kimia dan insinyur dengan cepat merupakan kontribusi besar terhadap kesuksesan proyek nilon DuPont. Pabrik nilon pertama berlokasi di Seaford, Delaware, memulai produksi komersial pada 15 Desember 1939. Pada 26 Oktober 1995, pabrik Seaford ditetapkan sebagai Landmark Kimia Nasional oleh American Chemical Society.

 

Strategi pemasaran awal

Sebagian besar popularitas nilon berasal dari strategi pemasaran DuPont. DuPont mempromosikan serat ini untuk meningkatkan permintaan sebelum produk tersebut tersedia di pasar umum. Pengumuman komersial nilon terjadi pada 27 Oktober 1938, pada sesi terakhir “Forum on Current Problems” tahunan Herald Tribune, di lokasi Pameran Dunia New York yang akan datang.  “Serat tekstil organik buatan pertama” yang berasal dari “batu bara, air, dan udara” dan dijanjikan “sekuat baja, sehalus jaring laba-laba” diterima dengan antusias oleh pengunjung, banyak di antaranya adalah wanita kelas menengah, dan membuat berita utama di sebagian besar surat kabar.  Nilon diperkenalkan sebagai bagian dari “The world of tomorrow” di Pameran Dunia New York 1939 dan ditampilkan di “Wonder World of Chemistry” DuPont di Golden Gate International Exposition di San Francisco pada tahun 1939. Stoking nilon sebenarnya tidak dikirimkan ke toko-toko terpilih di pasar nasional hingga 15 Mei 1940. Namun, jumlah terbatas telah dilepas untuk dijual di Delaware sebelum itu.  Penjualan publik pertama stoking nilon terjadi pada 24 Oktober 1939, di Wilmington, Delaware. Ada 4.000 pasang stoking yang tersedia, dan semuanya terjual habis dalam tiga jam.

Bonus tambahan dari kampanye ini adalah bahwa hal itu berarti mengurangi impor sutra dari Jepang, argumen yang menguntungkan bagi banyak pelanggan yang perhatian. Nilon bahkan disebut oleh kabinet Presiden Roosevelt, yang membahas “kemungkinan ekonomi yang luas dan menarik” lima hari setelah bahan tersebut secara resmi diumumkan.

Namun, kegembiraan awal terhadap nilon juga menimbulkan masalah. Ini menumbuhkan harapan yang tidak masuk akal bahwa nilon akan lebih baik daripada sutra, sebuah kain ajaib sekuat baja yang akan bertahan selamanya dan tidak akan pernah luntur. Menyadari bahaya klaim seperti “Stoking Baru Se-Kuat Baja”, DuPont mengurangi istilah-istilah dalam pengumuman asli, terutama yang menyatakan bahwa nilon akan memiliki kekuatan baja.

Selain itu, eksekutif DuPont yang memasarkan nilon sebagai bahan buatan manusia revolusioner awalnya tidak menyadari bahwa beberapa konsumen mengalami rasa tidak nyaman dan ketidakpercayaan, bahkan ketakutan, terhadap kain sintetis.  Sebuah berita yang sangat merugikan, berdasarkan paten DuPont tahun 1938 untuk polimer baru, menyarankan bahwa salah satu metode produksi nilon mungkin adalah menggunakan kadaverin (pentametilendiamina), bahan kimia yang diekstrak dari mayat. Meskipun ilmuwan menegaskan bahwa kadaverin juga diekstrak dengan memanaskan batu bara, masyarakat seringkali menolak untuk mendengarkan. Seorang wanita menghadapi salah satu ilmuwan utama di DuPont dan menolak menerima bahwa desas-desus itu tidak benar.

DuPont mengubah strategi kampanyenya, menekankan bahwa nilon terbuat dari “batu bara, udara, dan air”, dan mulai fokus pada aspek personal dan estetika nilon, bukan kualitas intrinsiknya. Perhatian beralih ke aspek material dan konsumen pada serat dengan slogan seperti “If it’s nylon, it’s prettier”, dan “Oh! How fast it dries!

 

Produksi serat nilon

Setelah diluncurkan secara nasional pada tahun 1940, produksi nilon ditingkatkan. Sebanyak 1300 ton kain diproduksi selama tahun 1940. Pada tahun pertama mereka di pasaran, terjual 64 juta pasang stoking nilon.  Pada tahun 1941, pabrik kedua dibuka di Martinsville, Virginia, karena kesuksesan kain tersebut.

Sementara nilon dipasarkan sebagai bahan yang kuat dan tahan lama terhadap masyarakat umum, harganya sekitar satu setengah kali lipat harga stoking sutra ($4,27 per pon nilon sedangkan untuk sutra $2,79 per pon). Penjualan stoking nilon kuat juga karena perubahan dalam mode pakaian wanita. Seperti yang dijelaskan oleh Lauren Olds: “pada tahun 1939 [hemline] sudah kembali naik ke lutut, menutup dasawarsa seperti awal kemunculannya”.

Namun, pada tanggal 11 Februari 1942, produksi nilon diarahkan ke pemenuhan kebutuhan militer. Produksi stoking nilon dan pakaian dalam lainnya dihentikan oleh DuPont, dan sebagian besar nilon yang diproduksi digunakan untuk membuat parasut dan tenda untuk Perang Dunia II. Meskipun stoking nilon yang sudah diproduksi sebelum perang masih dapat dibeli, umumnya dijual di pasar gelap dengan harga yang tinggi, mencapai $20.

Setelah perang berakhir, kembalinya nilon ditunggu-tunggu dengan penuh antisipasi. Meskipun DuPont memproyeksikan produksi tahunan sebanyak 360 juta pasang stoking, terdapat keterlambatan dalam beralih kembali ke produksi konsumen daripada produksi perang. Pada tahun 1946, permintaan akan stoking nilon tidak dapat terpenuhi, yang menyebabkan kerusuhan nilon. Pada satu kejadian, diperkirakan sekitar 40.000 orang berbaris di Pittsburgh untuk membeli 13.000 pasang stoking nilon. Sementara itu, wanita memotong tenda dan parasut nilon yang tersisa dari perang untuk membuat blus dan gaun pengantin. Antara akhir perang dan tahun 1952, produksi stoking dan pakaian dalam menggunakan 80% dari nilon dunia. DuPont fokus pada memenuhi permintaan sipil, dan terus memperluas produksinya.

 

Pengenalan campuran nilon

Ketika stoking nilon murni dijual di pasar yang lebih luas, masalah mulai muncul. Stoking nilon ada kecenderungan rusak, dalam artian bahwa benangnya seringkali terurai (runs). Bebarapa juga melaporkan bahwa tekstil nilon murni tidak nyaman karena daya serapnya sangat rendah. Kelembapan tetap di dalam kain dekat kulit di bawah kondisi panas atau lembab, bukan “terhisap” ke luar. Kain nilon juga bisa terasa gatal, dan cenderung melekat dan kadang-kadang menimbulkan percikan sebagai akibat dari muatan listrik statis yang terbangkitkan oleh gesekan. Selain itu, dalam beberapa kondisi, stoking bisa terurai kembali menjadi komponen asli nilon berupa udara, batu bara, dan air. Para ilmuwan menjelaskan ini sebagai hasil dari polusi udara, mengaitkannya dengan kabut asap London pada tahun 1952, serta kualitas udara buruk di New York dan Los Angeles.

Solusi yang ditemukan untuk masalah dengan kain nilon murni adalah mencampurnya dengan serat atau polimer lain seperti katun, poliester, dan spandex. Ini mengarah pada pengembangan berbagai macam kain campuran. Campuran nilon baru mempertahankan sifat yang diinginkan dari nilon (kekakuan, daya tahan, kemampuan untuk diwarnai) dan menjaga harga pakaian tetap rendah dan terjangkau. Pada tahun 1950, Badan Pengadaan Kuartermeister New York, New York Quartermaster Procurement Agency (NYQMPA), yang mengembangkan dan menguji tekstil untuk Angkatan Darat dan Angkatan Laut, berkomitmen untuk mengembangkan campuran wol-nylon. Mereka bukan satu-satunya yang memperkenalkan campuran serat alami dan sintetis. Reporter Tekstil Amerika menyebut tahun 1951 sebagai “Tahun pencampuran serat”. Campuran kain contohnya seperti “Bunara” (wol-kelinci-nylon) dan “Casmet” (wol-nylon-bulu). Di Inggris, pada November 1951, pidato pembukaan sesi ke-198 Royal Society for the Encouragement of Arts, Manufactures and Commerce fokus pada pencampuran tekstil.

Departemen Pengembangan Kain DuPont dengan cerdik mengincar perancang mode Prancis, menyediakan mereka dengan contoh-contoh kain. Pada tahun 1955, perancang seperti Coco Chanel, Jean Patou, dan Christian Dior memamerkan gaun yang dibuat dengan serat DuPont, dan fotografer mode Horst P. Horst dipekerjakan untuk mendokumentasikan penggunaan kain DuPont oleh mereka. American Fabrics memberikan kredit kepada kain campuran ini karena memberikan “kreatifitas dan ide-ide baru untuk mode yang sebelumnya tidak terpikirkan.”

 

Etimologi

DuPont melalui proses yang ekstensif untuk menciptakan nama untuk produk baru mereka.  Pada tahun 1940, John W. Eckelberry dari DuPont menyatakan bahwa huruf “nyl” bersifat arbitrer atau tidak memiliki makna khusus, dan “on” disalin dari akhiran serat lain seperti cotton dan rayon. Publikasi kemudian oleh DuPont (Context, vol. 7, no. 2, 1978) menjelaskan bahwa nama itu awalnya dimaksudkan untuk menjadi “No-Run” (“run” berarti “unravel“), tetapi dimodifikasi untuk menghindari membuat klaim yang tidak sah seperti itu. Karena produknya sebenarnya tidak benar-benar tahan unravel, vokalnya ditukar untuk menghasilkan “nuron”, yang kemudian diubah menjadi “nilon” “agar tidak terdengar seperti tonik saraf.” Untuk kejelasan dalam pengucapan, “i” diubah menjadi “y”.

Legenda perkotaan yang persisten menyatakan bahwa nama tersebut berasal dari “New York” dan “London”; bagaimanapun, tidak ada organisasi di London yang pernah terlibat dalam penelitian dan produksi nylon.

 

Popularitas jangka panjang

Meskipun terjadi kelangkaan minyak pada tahun 1970-an, konsumsi tekstil nilon terus tumbuh sebesar 7,5% per tahun antara tahun 1960-an dan 1980-an. Produksi total serat sintetis, bagaimanapun, turun dari 63% dari produksi tekstil dunia pada tahun 1965, menjadi 45% dari produksi tekstil dunia pada awal 1970-an. Daya tarik teknologi “baru” berkurang, dan kain nilon “keluar dari style pada tahun 1970-an”. Selain itu, konsumen mulai khawatir tentang biaya lingkungan sepanjang siklus produksi: mendapatkan bahan baku (minyak), penggunaan energi selama produksi, limbah yang dihasilkan selama penciptaan serat, dan pembuangan limbah akhir dari bahan yang tidak dapat terurai secara alami. Serat sintetis tidak lagi mendominasi pasar sejak tahun 1950-an dan 1960-an. Perkiraan produksi nilon di seluruh dunia pada tahun 2020 adalah sekitar 8,9 juta ton.

Meskipun nilon murni memiliki banyak kelemahan dan sekarang jarang digunakan, derivatifnya telah sangat memengaruhi dan memberikan kontribusi pada masyarakat. Mulai dari penemuan ilmiah yang terkait dengan produksi plastik dan polimerisasi, hingga dampak ekonomi selama depresi dan perubahan mode pakaian wanita, nilon adalah produk revolusioner. Lunar Flag Assembly, bendera pertama yang ditancapkan di bulan sebagai lambang perayaan, terbuat dari nilon. Bendera itu sendiri seharga $5,50, tetapi harus memiliki tiang bendera yang dirancang khusus dengan palang horizontal sehingga terlihat “berkibar”. Seorang sejarawan menggambarkan nilon sebagai “objek keinginan”, membandingkan penemuan itu dengan Coca-Cola di mata konsumen abad ke-20.

 

 

Kimia


Dalam penggunaan umum, singkatan “PA” (poliamida) atau nama “Nilon” digunakan secara bergantian dan memiliki makna yang sama.

Sistem penamaan (nomenclature) yang digunakan untuk polimer nylon dibuat selama sintesis nylon alifatik sederhana pertama. Dalam sistem penamaan ini, angka-angka digunakan untuk menggambarkan jumlah karbon dalam setiap unit monomer, termasuk karbon yang terkandung dalam gugus asam karboksilat.

Sebagai contoh, dalam polimer nylon-6,6, istilah “6,6” merujuk pada fakta bahwa monomer-monomer yang membentuk polimer tersebut adalah asam adipat (yang memiliki rantai karbon sepanjang 6) dan heksametilendiamin (juga memiliki rantai karbon sepanjang 6). Jadi, angka-angka ini memberikan informasi tentang struktur dan jumlah karbon dalam setiap bagian monomer yang terlibat dalam polimerisasi.

Penamaan ini membantu mengidentifikasi jenis dan struktur polimer nylon dengan jelas berdasarkan jenis monomer dan panjang rantai karbon dalam monomer tersebut. Penggunaan monomer cincin dan aromatik pada nylons memerlukan penggunaan huruf atau rangkaian huruf dalam penamaan. Angka yang ditempatkan setelah “PA” atau “Nylon” menunjukkan homopolimer yang monadik atau berdasarkan satu asam amino (tanpa H2O) sebagai monomer.

Contoh:

“PA 6” atau “Nylon 6: [NH−(CH2)5−CO]n,” merujuk pada polimer nylon yang dibuat dari ε-caprolactam.

Dalam struktur monomer ini, terdapat rantai karbon sepanjang 6 di antara gugus amina dan gugus karboksilat, dan proses polimerisasi melibatkan pengulangan monomer tersebut (n). Penamaan ini memberikan informasi tentang jenis monomer dan struktur polimer yang dihasilkan.

Dua angka atau rangkaian huruf menunjukkan homopolimer diadik yang terbentuk dari dua monomer: satu diamina dan satu asam dikarboksilat. Angka pertama menunjukkan jumlah karbon dalam diamina. Dua angka seharusnya dipisahkan oleh koma untuk kejelasan, tetapi koma sering dihilangkan.

PA atau Nilon 6,10 (atau 610): [NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)8−CO]n dibuat dari heksametilendiamina dan asam sebakat;

Untuk kopolimer, komonomer atau pasangan komonomer dipisahkan oleh garis miring:

PA 6/66: [NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)4−CO]n−[NH−(CH2)5−CO]m dibuat dari kaprolaktam, heksametilendiamina, dan asam adipat;

PA 66/610: [NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)4−CO]n−[NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)8−CO]m dibuat dari heksametilendiamina, asam adipat, dan asam sebakat.

Istilah poliftalamida (disingkat PPA, yaitu high performance polyamida) digunakan ketika 60% atau lebih mol dari bagian asam karboksilat dari unit berulang dalam rantai polimer terdiri dari kombinasi asam tereftalat (TPA) {C6H4(CO2H)2} dan asam isoftalat (IPA) {C6H4(CO2H)2}.

 

 

Jenis nilon


Nilon 66 dan heteropolioigtmer

Nilon 66 dan poliamida terkait merupakan polimer kondensasi yang terbentuk dari bagian yang sama antara diamina dan asam dikarboksilat. Dalam kasus pertama, “unit berulang” dari polimer memiliki struktur ABAB, seperti yang juga terlihat pada banyak poliester dan poliuretan.
Karena setiap monomer dalam kopolimer ini memiliki kelompok reaktif yang sama di kedua ujungnya, arah ikatan amida berbalik antara setiap monomer. Ini berbeda dari protein poliamida alami, yang memiliki arah keseluruhan dari terminal C ke terminal N. Dalam kasus kedua (yang disebut AA), “unit berulang” sesuai dengan satu monomer tunggal.

Secara sederhana dalam “kasus pertama,” polimer terbentuk dari dua monomer yang berbeda (AB), sedangkan dalam “kasus kedua,” polimer terbentuk dari satu monomer tunggal (AA).

Wallace Carothers di DuPont mematenkan nilon 66. Dalam kasus nilon yang melibatkan reaksi antara diamina dan asam dikarboksilat, sulit untuk mendapatkan proporsi yang tepat, dan deviasi dapat menyebabkan terminasi rantai pada berat molekul kurang dari 10,000 dalton (u) yang diinginkan. Untuk mengatasi masalah ini, “garam nilon” kristalin dan padat dapat dibentuk pada suhu kamar, dengan menggunakan rasio 1:1 yang tepat antara asam dan basa untuk saling menetralkan. Garam tersebut dihasilkan dengan proses kristalisasi untuk membersihkannya dan mendapatkan stoikiometri yang tepat sesuai yang diinginkan. Dipanaskan hingga 285 °C (545 °F), garam bereaksi membentuk polimer nilon dan air.

Nilon 510, yang terbuat dari pentametilen diamina dan asam sebakat, dimasukkan dalam paten Carothers untuk nilon 66. Nilon 610 diproduksi dengan cara yang sama menggunakan heksametilen diamina. Bahan-bahan ini lebih mahal karena biaya relatif tinggi dari asam sebakat. Karena kandungan hidrokarbon yang tinggi, nilon 610 lebih hidrofobik dan diaplikasikan sesuai karakteristiknya seperti bulu sikat.

 

Poliamida heteropolimer komersial 

Setiap polimer disusun dari dua jenis monomer yang berbeda, seperti 1,4-diamino­butane, 1,5-diamino­pentane, MPMD, HMD, MXD, Nonane­diamine, Decane­diamine, Dodecane­diamine, Bis­(para-amino­cyclohexyl)­methane, dan Trimethyl­hexamethylene­diamine, yang direaksikan dengan adipic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, terephthalic acid, atau isophthalic acid dalam proporsi tertentu.

Contoh polimer-polimer tersebut yang pernah atau masih tersedia secara komersial diantaranya adalah:

  • PA46 DSM Stanyl,
  • PA410 DSM Ecopaxx,
  • PA4T DSM Four Tii, dan
  • PA66 DuPont Zytel.

 

Nilon 6  dan homopolimer

Polimer ini terbuat dari laktam atau asam amino. Rute sintetik yang menggunakan laktam (siklik Amida) dikembangkan oleh Paul Schlack di IG Farben, menghasilkan nilon 6, atau polikaprolaktam—dibentuk melalui polimerisasi pembukaan cincin. Dalam proses ini, ikatan peptida dalam kaprolaktam diputus, dan gugus aktif yang terbuka di setiap sisi molekul tergabung dalam dua ikatan baru sebagai monomer menjadi bagian dari tulang punggung polimer.

Titik leleh nilon 6 adalah 428 °F (220 °C), lebih rendah dari titik leleh nilon 66 yaitu 509 °F (265 °C). Nilon homopolimer berasal dari satu monomer.

 

Caprolactam

Ini adalah monomer yang digunakan untuk membuat nylon 6. Caprolactam adalah lactam (cyclic amide) dengan enam atom karbon dalam cincinnya. Saat direaksikan, caprolactam membentuk polimer yang disebut nylon 6.

 

11-aminoundecanoic acid

Ini adalah monomer yang digunakan untuk membuat nylon 11. Monomer ini merupakan asam amino dengan sebelas atom karbon pada rantainya. Saat direaksikan, 11-aminoundecanoic acid membentuk polimer yang disebut nylon 11.

 

ω-aminolauric acid

Ini adalah monomer yang digunakan untuk membuat nylon 12. Monomer ini adalah asam amino dengan dua belas atom karbon pada rantainya. Saat direaksikan, ω-aminolauric acid membentuk polimer yang disebut nylon 12.

 

Dalam semua kasus, proses pembentukan polimer terjadi melalui reaksi polimerisasi, yang menghasilkan struktur rantai panjang yang disebut polimer (nylon) dari monomer yang sesuai. Setiap nylon yang dihasilkan memiliki sifat-sifat khusus tergantung pada monomer yang digunakan.

Berikut contoh polimer-polimer tersebut yang tersedia secara komersil:

  • PA6 Lanxess Durethan B
  • PA11 Arkema Rilsan
  • PA12 Evonik Vestamid L

 

Nilon 1,6

Nilon juga dapat disintesis dari dinitril menggunakan katalisis asam. Misalnya, metode ini dapat diterapkan untuk pembuatan nilon 1,6 dari adiponitril, formaldehida, dan air. Selain itu, nilon juga dapat disintesis dari diol dan dinitril menggunakan metode ini.

Sintesis dari dinitril menggunakan katalis asam adalah salah satu metode alternatif yang dapat digunakan dalam produksi nilon, memberikan fleksibilitas dalam pemilihan bahan baku tergantung pada kebutuhan dan preferensi sintesis.

Kopolimer

Sangat mudah untuk membuat campuran monomer atau kumpulan monomer yang digunakan untuk menghasilkan kopolimer nilon. Hal ini dapat menurunkan kristalinitas dan karenanya dapat menurunkan titik lelehnya.

Beberapa kopolimer yang tersedia secara komersial antara lain sebagai berikut:

  • PA6/66 DuPont Zytel
  • PA6/6T BASF Ultramid T (6/6T copolymer)
  • PA6I/6T DuPont Selar PA
  • PA66/6T DuPont Zytel HTN
  • PA12/MACMI EMS Grilamid TR

Campuran

Kebanyakan polimer nylon bersifat miscible atau dapat bercampur dengan satu sama lain. Ini memungkinkan pembuatan berbagai campuran polimer, memberikan fleksibilitas dalam mengatur sifat-sifat polimer sesuai kebutuhan.

Dua polimer nylon dapat bereaksi satu sama lain melalui transamidasi untuk membentuk kopolimer acak. Ini menciptakan variasi dalam struktur dan sifat polimer.

Poliamida dapat diklasifikasikan berdasarkan tingkat kristalinitas, yaitu sejauh mana rantai polimer disusun secara teratur.

Semi-Kristalin:

  • Kristalinitas Tinggi: Memiliki struktur kristalin yang kuat. Contohnya PA46 dan PA66.
  • Kristalinitas Rendah: Memiliki struktur kristalin yang lebih lemah. Contohnya PAMXD6 yang terbuat dari m-xylylenediamine dan adipic acid.

Amorf:

  • Amorf berarti polimer tersebut tidak memiliki struktur kristalin yang teratur. Contohnya: PA6I, poliamida yang dibuat dari hexamethylenediamine dan isophthalic acid.

Menurut klasifikasi ini, PA66 dijelaskan sebagai homopolyamida alifatik semi-kristalin. Ini berarti polimer tersebut terdiri dari monomer-monomer yang identik (homopolymer), bersifat alifatik (berstruktur rantai lurus tanpa cincin), dan semi-kristalin (memiliki tingkat kristalinitas tertentu).

 

Dampak lingkungan


Semua nilon rentan terhadap hidrolisis, terutama oleh asam kuat, suatu reaksi yang pada dasarnya merupakan kebalikan dari sintesisnya. Hidrolisis adalah reaksi kimia di mana molekul air memecah ikatan kimia dalam molekul polimer. Akibat dari hidrolisis, berat molekul produk nilon menurun. Ini dapat menyebabkan perubahan sifat fisik dan mekanis polimer, seperti penurunan kekuatan dan keuletan.
Hidrolisis menyebabkan pembentukan retakan dengan cepat pada zona-zona yang terkena. Ini dapat mengurangi kekuatan dan integritas struktural benda yang terbuat dari nilon.
Jenis nilon yang lebih rendah, seperti nilon 6, lebih rentan terhadap hidrolisis daripada jenis yang lebih tinggi, seperti nilon 12. Hal ini dapat menjadi pertimbangan penting dalam pemilihan material untuk aplikasi tertentu.
Karena rentannya terhadap hidrolisis, bagian-bagian yang terbuat dari nilon sebaiknya tidak digunakan pada sesuatu yang memungkinkan kontak langsung dengan asam kuat, contohnya dalam elektrolit baterai timbal-asam.

Saat nilon sedang diproses, khususnya dalam proses cetakan (molding), penting untuk mengeringkannya terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk mencegah hidrolisis di dalam barrel mesin pencetak. Keberadaan air pada suhu tinggi dapat menyebabkan degradasi polimer (hidrolisis). Proses pengeringan dilakukan untuk menghilangkan kelembaban yang dapat memengaruhi kualitas produk akhir.

Jejak karbon diukur dalam ekivalen CO2 per unit berat barang yang diproduksi. Dalam hal ini, nilai untuk nilon di Eropa diperkirakan sekitar 5.43 kg CO2 ekivalen per kg. Nilai ini hampir setara dengan jejak karbon wol, tetapi dengan daya tahan yang lebih tinggi, sehingga memberikan jejak karbon keseluruhan yang lebih rendah.

Keberlanjutan dan efisiensi produksi menjadi pertimbangan penting dalam industri untuk mengurangi dampak lingkungan dan mencapai nilai jejak karbon yang lebih rendah.

Beberapa jenis nilon dapat melepaskan gas beracun dan abu ketika terbakar, termasuk hidrogen sianida. Ini menunjukkan bahwa keberlanjutan dari produk nilon juga perlu mempertimbangkan dampaknya pada kesehatan dan lingkungan saat terjadi kebakaran.

Sebagian besar produk nilon akhirnya berakhir di tempat pembuangan sampah. Namun, pembuangan nilon ke tempat pembuangan sampah mengalami dekomposisi yang lambat. Khususnya, kain nilon yang dibuang memerlukan waktu 30–40 tahun untuk terurai secara alami.

Nilon yang digunakan dalam peralatan pancing yang dibuang, seperti jaring pancing, dapat menjadi kontributor terhadap limbah di laut. Ini menunjukkan bahwa produk nilon, ketika dibuang secara tidak benar, dapat menyebabkan polusi di lingkungan laut.

Nilon adalah polimer yang kuat dan cocok untuk diproses daur ulang. Banyak resin nilon di daur ulang langsung dalam sistem tertutup di mesin cetak injeksi. Proses ini melibatkan penggilingan sisa-sisa plastik dan campuran material baru dengan granul plastik yang digunakan oleh mesin cetak untuk membuat produk baru. Daur ulang adalah salah satu cara untuk mengurangi dampak lingkungan produk nilon.

Karena proses daur ulang nilon mahal dan sulit, banyak perusahaan lebih suka menggunakan plastik baru yang lebih murah untuk produk-produk mereka. Beberapa perusahaan seperti Patagonia dan Aquafil, bersama dengan perusahaan daur ulang seperti Vanden Recycling, mencoba mengatasi masalah ini dengan mendaur ulang nilon, terutama dari jaring ikan bekas.

Selain itu, ilmuwan di Northwestern University telah merancang proses depolimerisasi yang lebih efisien secara energi dibandingkan dengan proses daur ulang saat ini. Proses ini menggunakan katalis berupa logam itrium atau lantanum dan ligan “sandwich” untuk memecah ikatan amida dalam nilon. Karena proses ini hanya membutuhkan nilon dan katalis yang lebih murah dan lebih mudah daripada proses yang ada.

Nilon sebagai jenis serat paling populer dalam industri karpet perumahan saat ini. Menurut estimasi dari Badan Lingkungan Hidup Amerika Serikat (EPA), sebagian besar material karpet, termasuk serat, bantalan, dan padding, mengalami nasib berbeda setelah digunakan. Pada tahun 2018, sekitar 9,2% dari material karpet didaur ulang, 17,8% diolah menjadi energi melalui pembakaran, dan 73% dibuang ke tempat pembuangan sampah.

Beberapa perusahaan karpet terkemuka dunia mendorong konsep “dari awal hingga awal” (cradle to cradle) sebagai arah maju industri ini. Hal ini melibatkan penggunaan kembali bahan non-virgin, termasuk yang tidak secara historis didaur ulang, sebagai solusi untuk mengurangi dampak lingkungan.

Sifat


Ketika nilon dipanaskan melebihi suhu lelehnya (Tm), mereka berada dalam bentuk padatan amorf atau cairan kental di mana rantai molekulnya mendekati rangkaian acak. Di bawah suhu lelehnya (Tm), nilon memiliki wilayah amorf yang bergantian dengan wilayah kristalin lamel. Wilayah amorf memberikan elastisitas, sementara wilayah kristalin memberikan kekuatan dan kekakuan.

Gugus amida (-CO-NH-) pada nilon sangat polar, sehingga membentuk banyak ikatan hidrogen antara rantai molekul yang berdekatan. Ikatan hidrogen ini memberikan kekuatan tambahan pada struktur nilon.

Ikatan hidrogen pada nilon

Struktur simetris dan teratur pada gugus utama nilon, terutama jika semua ikatan amida berada dalam konfigurasi trans, membuat nilon memiliki kristalinitas tinggi dan sangat baik sebagai serat. Jumlah kristalinitas tergantung pada detail pembentukan dan jenis nilon yang digunakan.

Nilon 66 dan 510 dapat memiliki untaian paralel yang tersusun rapi dengan jarak yang sama antara atom karbonil dan hidrogen amida, yaitu 6 dan 4 karbon untuk nilon 66, serta 5 dan 8 karbon untuk nilon 510. Hal ini memungkinkan pembentukan ikatan hidrogen antar-rantai secara berulang-ulang dan tidak terputus, sehingga menghasilkan lembaran beta multi-rantai yang kuat dan ulet. Lembaran beta ini mirip dengan struktur fibroin sutra dan keratin pada bulu burung.

Nilon 6 juga dapat membentuk lembaran beta dengan ikatan hidrogen yang tidak terputus, tetapi susunannya sedikit berbeda. Hal ini disebabkan oleh perbedaan jarak antara atom karbonil dan hidrogen amida.

Susunan lembaran beta yang kuat dan tidak terputus memberikan kekuatan dan elastisitas tinggi pada nilon. Rotasi pada rantai hidrokarbon alkan mempengaruhi keseluruhan struktur tiga dimensi nilon.

Kekuatan dan elastisitas nilon tertentu (terutama nilon 66 dan 510) berasal dari struktur lembaran beta multi-rantai yang kuat dan tidak terputus. Susunan dan panjang ikatan hidrogen antar-rantai mempengaruhi kekuatan dan kekenyalan nilon.

Nilon dibentuk menjadi serat melalui proses ekstrusi melalui lubang-lubang kecil dalam alat yang disebut spinneret. Tekanan dan aliran kental (viscous) saat ekstrusi menyebabkan rantai polimer individu dalam nilon cenderung sejajar.

Setelah ekstrusi, serat nilon dapat ditarik dingin (cold drawing) untuk meningkatkan kristalinitasnya. Kristalinitas adalah susunan molekul yang teratur dalam suatu material. Semakin tinggi kristalinitas, semakin kuat dan kaku material tersebut. Penarikan dingin membuat rantai polimer lebih sejajar dan rapat, sehingga meningkatkan kristalinitas dan kekuatan tarik (tensile strength) serat nilon.

Dalam praktiknya, penarikan serat nilon lebih sering dilakukan menggunakan rol berpemanas pada kecepatan tinggi.

Nilon blok cenderung memiliki kristalinitas yang lebih rendah, kecuali di dekat permukaannya. Hal ini disebabkan oleh tekanan geser (shearing stress) selama pembentukan.  Nilon blok adalah bentuk nilon yang dibentuk menjadi blok padat atau semi padat.  Nilon blok dibuat dengan melelehkan nilon dan kemudian menuangnya ke dalam cetakan. Nilon umumnya jernih dan tidak berwarna, atau sedikit buram, tetapi mudah diwarnai.

Tali dan kabel nilon yang terbuat dari banyak untaian (multistranded) cenderung licin dan mudah terurai. Namun, ujung-ujungnya dapat dilelehkan dan disatukan dengan sumber panas seperti api atau elektroda untuk mencegah hal ini.

Nilon bersifat higroskopis, artinya ia dapat menyerap atau melepaskan kelembaban tergantung pada kelembaban lingkungan sekitarnya. Nilon akan memuai saat menyerap air dan menyusut saat melepaskannya. Air bertindak sebagai plasticizer (penurun kekentalan) pada nilon, sehingga menurunkan suhu transisi gelas (Tg) dan meningkatkan elastisitas pada suhu di bawah Tg. Semakin lembab, nilon cenderung menjadi lebih lemah dan mudah putus.

Dalam keadaan kering, nilon adalah isolator listrik yang baik. Namun, sifat higroskopis nilon membuat penyerapan air dapat mengubah beberapa sifat material, termasuk resistensi listrik. Penyerapan air akan mengurangi resistensi listrik nilon, membuatnya lebih mudah menghantarkan listrik. Ketahanan dielektrik (kemampuan menghambat aliran listrik) nilon juga akan menurun dengan meningkatnya kadar air.

Meskipun nilon bersifat higroskopis, daya serapnya terhadap air lebih rendah dibandingkan dengan bahan seperti wol dan katun.

Kelembaban lingkungan dapat secara signifikan mempengaruhi dimensi, elastisitas, dan isolasi listrik nilon. Penting untuk mempertimbangkan faktor kelembaban saat mendesain dan menggunakan produk yang terbuat dari nilon, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan kontrol dimensi yang ketat, elastisitas tertentu, atau isolasi listrik yang optimal.

Karakteristik Nilon 66:

  • Struktur molekul yang padat: Struktur molekul nilon 66 lebih rapat dibandingkan nilon lainnya, membuatnya lebih kuat dan tahan lama.
  • Ketahanan cuaca yang sangat baik: Nilon 66 memiliki ketahanan yang baik terhadap sinar matahari dan faktor cuaca lainnya, membuatnya ideal untuk penggunaan di luar ruangan.
  • Lebih lembut di tangan: Nilon 66 memiliki tekstur yang lebih lembut dibandingkan nilon lainnya, membuatnya nyaman digunakan untuk pakaian dan tekstil.
  • Titik leleh tinggi: Nilon 66 memiliki titik leleh yang tinggi (256°C), membuatnya tahan terhadap panas dan cocok untuk aplikasi dengan suhu tinggi.
  • Ketahanan warna yang luar biasa: Nilon 66 tidak mudah pudar dan mempertahankan warnanya dengan baik selama bertahun-tahun.
  • Tahanan abrasi: Nilon 66 memiliki ketahanan abrasi yang tinggi, sehingga tidak mudah robek atau aus, cocok untuk penggunaan yang berat.
  • Pengaturan lipatan dan kerutan dengan panas: Nilon 66 dapat disetrika pada suhu tinggi untuk membentuk lipatan dan kerutan yang tahan lama, ideal untuk aplikasi seperti pakaian formal.

Karakteristik Nilon 6:

  • Penyerapan Warna: Nilon 6 mudah diwarnai, tetapi warnanya lebih mudah pudar dibandingkan pada nilon 66.
  • Ketahanan Benturan: Nilon 6 memiliki ketahanan benturan yang lebih tinggi, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap guncangan.
  • Penyerapan Kelembaban: Nilon 6 menyerap kelembaban lebih cepat, yang dapat mempengaruhi dimensi dan elastisitasnya.
  • Elastisitas dan Pemulihan Bentuk: Nilon 6 memiliki elastisitas dan pemulihan bentuk yang lebih baik, membuatnya ideal untuk pakaian ketat dan peralatan olahraga.

Sifat-Sifat Umum Nilon:

  • Kilau: Nilon dapat dibuat sangat berkilau, semi-berkilau, atau kusam, tergantung pada pemrosesannya.
  • Kekuatan: Serat nilon yang kuat digunakan untuk berbagai aplikasi, termasuk sabuk pengaman, benang ban, kain balistik, dan lainnya.
  • Kelenturan: Nilon memiliki sifat kelenturan yang tinggi, membuatnya nyaman dan tidak mudah sobek.
  • Ketahanan Abrasi: Nilon memiliki ketahanan abrasi yang sangat baik, sehingga tahan terhadap gesekan dan keausan.
  • Ketahanan Bentuk: Kain nilon dapat diset dengan panas untuk mempertahankan bentuknya dan mencegah kerutan.
  • Perawatan Mudah
  • Ketahanan Biologis: Nilon tahan terhadap serangga, jamur, hewan, dan berbagai bahan kimia, membuatnya ideal untuk karpet dan stocking.
  • Meleleh: Nilon meleleh alih-alih terbakar.
  • Aplikasi Militer: Nilon banyak digunakan dalam aplikasi militer karena kekuatan dan ketahanannya.
  • Kekuatan Spesifik: Nilon memiliki kekuatan khusus yang tinggi, artinya ringan namun kuat.
  • Transparansi Inframerah: Nilon transparan terhadap cahaya inframerah, membuatnya cocok untuk aplikasi tertentu.

Meskipun lebih sulit terbakar daripada katun dan rayon, pakaian nilon dapat meleleh dan menempel pada kulit saat terbakar.

 

Penggunaan


Nilon pertama kali digunakan secara komersial untuk bulu sikat gigi pada tahun 1938, kemudian untuk stoking wanita yang ditampilkan di Pameran Dunia New York tahun 1939 dan pertama kali dijual secara komersial pada tahun 1940. Penggunaannya meningkat drastis selama Perang Dunia II, ketika kebutuhan akan kain meningkat drastis.

 

Serat

Bill Pittendreigh, DuPont, dan individu serta perusahaan lainnya bekerja keras selama beberapa bulan pertama Perang Dunia II untuk menemukan cara menggantikan sutera dan rami Asia dengan nilon pada parasut. Nilon juga digunakan untuk membuat ban, tenda, tali, mantel hujan, dan perlengkapan militer lainnya. Bahkan digunakan dalam produksi kertas berkualitas tinggi untuk mata uang AS. Pada awal perang, kapas menyumbang lebih dari 80% dari semua serat yang digunakan dan diproduksi, dan serat wol menyumbang hampir seluruhnya. Pada Agustus 1945, serat buatan memiliki pangsa pasar sebesar 25%, dengan mengorbankan kapas. Setelah perang, karena keterbatasan baik sutera maupun nilon, bahan parasut nilon terkadang digunakan ulang untuk membuat gaun.

Serat Nilon 6 dan 66 digunakan dalam pembuatan karpet.

Nilon adalah salah satu jenis serat yang digunakan dalam kord ban. Herman E. Schroeder memimpin penerapan nilon dalam ban.

 

Cetakan dan resin

Nilon resin banyak digunakan dalam industri otomotif, terutama di kompartemen mesin.

Nilon mampu dicetak dan digunakan dalam berbagai produk, seperti sisir rambut dan komponen mekanis seperti sekrup mesin, roda gigi, karet tahan panas, dan komponen lain yang memiliki stres rendah hingga menengah yang sebelumnya dibuat dari logam. Nilon kelas teknik diproses melalui ekstrusi, pengecoran, dan cetakan injeksi. Tipe 6,6 Nylon 101 adalah jenis nilon komersial yang paling umum, sementara Nylon 6 adalah yang paling umum untuk jenis nilon cetakan komersial. Untuk penggunaan dalam alat seperti spudger, nilon tersedia dalam varian yang diperkaya dengan kaca untuk meningkatkan kekuatan struktural dan tahan benturan, serta varian yang diperkaya dengan disulfida molibdenum untuk meningkatkan kemampuan pelumasan. Nilon dapat digunakan sebagai bahan matriks dalam bahan komposit, dengan serat penguat seperti serat kaca atau karbon; komposit semacam ini memiliki densitas lebih tinggi daripada nilon murni. Komposit termoplastik seperti ini (25% hingga 30% serat kaca) sering digunakan dalam komponen mobil di sekitar mesin, seperti manifold hisap udara, di mana ketahanan panas yang baik membuatnya menjadi pesaing yang layak untuk logam.

Nilon digunakan untuk membuat bagian kerangka senapan Remington Nylon 66. Rangka pistol Glock modern terbuat dari campuran nilon.

 

Kemasan makanan

Resin nilon digunakan sebagai komponen lapisan kemasan makanan yang membutuhkan penghalang oksigen. Beberapa terpolimer berbahan dasar nilon digunakan dalam kemasan. Nilon telah digunakan untuk pembungkus daging dan sosis. Nilon yang tahan suhu tinggi sangat berguna untuk tas oven.

 

Filamen

Filamen nilon kebanyakan digunakan pada sikat terutama sikat gigi dan tali pemangkas (rumput). Ini juga digunakan sebagai monofilamen di senar pancing dan gitar. Nilon 610 dan 612 adalah polimer yang paling banyak digunakan untuk filamen.

Berbagai sifatnya juga membuatnya sangat berguna sebagai bahan dalam additive manufacturing atau 3D printing; khususnya, sebagai filamen pada printer 3D dengan metode Fused Deposition Modeling (FDM).

 

Kegunaan lainnya

Resin nilon dapat diekstrusi menjadi bentuk batang, tabung, dan lembaran.

Bubuk nilon dapat digunakan untuk melapisi logam. Nilon 11 dan nilon 12 adalah jenis yang paling banyak digunakan.

 

 

Referensi:

  • wikipedia.com
  • dll

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *