Poliester

Poliester adalah polimer dengan gugus fungsional ester pada setiap unit ulangan dari rantai utama polimer.

Poliester yang paling umum digunakan adalah polietilena tereftalat (PET). Poliester dapat terjadi secara alami pada bahan kimia seperti pada tumbuhan dan serangga, serta dapat diproduksi secara sintetis seperti polibutirat.

Poliester alami dan beberapa poliester sintetis dapat terdegradasi secara biologis, namun kebanyakan poliester sintetis tidak dapat terdegradasi. Poliester sintetis banyak digunakan dalam produksi pakaian.

Serat poliester kadang-kadang dipintal bersama serat alami untuk menghasilkan kain dengan sifat-sifat yang saling melengkapi. Campuran kapas-poliester akan menghasilkan bahan tekstil yang kuat, tidak mudah kerut dan robek, serta mengurangi penyusutan. Serat sintetis yang menggunakan poliester memiliki ketahanan tinggi terhadap air, udara, dan lingkungan jika dibandingkan dengan serat yang berasal dari tumbuhan. Namun, serat poliester kurang tahan terhadap api dan cenderung meleleh jika terkena api.

 

 

Jenis Poliester


Gugus ester

Keluarga poliester terdiri dari polimer yang memiliki ikatan ester dalam struktur utamanya. Kelompok R pada molekul poliester dapat bervariasi, yang memungkinkan terciptanya berbagai sifat dan aplikasi yang berbeda. Misalnya, polyethylene terephthalate (PET) adalah poliester yang digunakan dalam pembuatan botol plastik dan benang rajutan, sementara polybutylene terephthalate (PBT) digunakan dalam pembuatan komponen mobil dan elektronik.

Poliester memiliki sifat-sifat yang menguntungkan, seperti tahan terhadap kerusakan akibat sinar UV dan kelembaban, serta tahan terhadap goresan dan kusut. Namun, poliester juga kelemahan seperti ketidakseimbangan kekuatan dan kekerasan yang dapat menyebabkan keretakan pada permukaan poliester jika diberi beban tertentu.

Poliester juga digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pakaian, karpet, kantong plastik, dan kemasan makanan. Keuntungan utama dari penggunaan poliester adalah biaya produksinya yang relatif rendah dan kekuatannya yang tinggi. Selain itu, poliester dapat didaur ulang dan digunakan kembali dalam berbagai aplikasi lainnya, sehingga polimer ini cocok digunakan dalam upaya menjaga lingkungan.

Namun, perlu diingat bahwa poliester juga memiliki dampak negatif pada lingkungan. Produksi poliester dapat menyebabkan emisi gas rumah kaca dan limbah polimer yang sulit diuraikan di alam, jika tidak dikelola dengan baik. Oleh karena itu, penting bagi industri untuk mengadopsi praktik produksi yang ramah lingkungan dan mengurangi penggunaan polimer sintetis secara berlebihan.

 

Poliester Alami

Polyester adalah jenis polimer yang terdiri dari banyak unit monomer yang diikat bersama oleh ikatan ester. Poliester tidak hanya dibuat secara sintetis, tetapi juga ditemukan di alam. Poliester alami terdapat pada komponen cutin yang membentuk lapisan luar tanaman, yang terdiri dari asam omega hidroksi dan turunannya yang dihubungkan melalui ikatan ester, membentuk polimer poliester dengan ukuran yang tidak terdefinisi.

Selain itu, beberapa jenis lebah dalam genus Colletes juga memproduksi poliester alami. Lebah ini menghasilkan lapisan poliester seperti selofan pada sel-sel brood bawah tanahnya dan karena itu diberi julukan “lebah poliester”. Bahan tersebut memiliki sifat yang mirip dengan selofan, yaitu bahan tipis, transparan, dan dapat membungkus rapat. Bahan ini terbuat dari poliester alami yang dihasilkan dari kelenjar khusus pada lebah tersebut. Lapisan selofan ini bertindak sebagai pelindung dan mempertahankan kelembaban untuk telur dan larva lebah yang sedang berkembang di dalam sel-sel tersebut

Poliester alami memiliki sifat-sifat yang berbeda dari poliester sintetik. Sifat-sifat ini termasuk kekuatan yang lebih rendah dan kecenderungan untuk mengalami degradasi lebih cepat.

Produksi poliester secara alami pada tumbuhan dan serangga merupakan contoh bagaimana polimer poliester dapat ditemukan dalam berbagai bentuk dan struktur yang berbeda di alam. Kehadiran poliester dalam organisme hidup juga menunjukkan bahwa polimer ini memiliki sifat-sifat yang penting bagi kehidupan dan perkembangan berbagai jenis organisme.

 

Poliester Sintetik

Poliester sintetik adalah jenis polimer yang dibuat dari senyawa kimia seperti asam tereftalat atau asam dicarboxylic lainnya dan senyawa glikol seperti etilena glikol atau propilena glikol. Poliester sintetik umumnya dibuat melalui proses reaksi kimia yang disebut polimerisasi, di mana molekul-molekul kecil disatukan untuk membentuk rantai panjang polimer.

Poliester sintetik dapat dibuat dalam berbagai bentuk, termasuk serat, film, dan bahan padat. Bahan ini sering digunakan dalam industri pakaian sebagai bahan untuk membuat pakaian, tas, sepatu, dan aksesoris lainnya. Selain itu, poliester sintetik juga digunakan dalam industri furnitur sebagai bahan untuk membuat bantal, kain pelapis sofa, dan lain sebagainya.

Kelebihan poliester sintetik adalah tahan lama, tahan terhadap kerusakan akibat sinar matahari, dan tidak mudah kusut. Selain itu, bahan ini juga memiliki daya tahan yang baik terhadap cairan atau bahan kimia.

Di antara kelebihan-kelebihan yang ada, terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan. Salah satunya adalah sifat transparansi yang buruk, sehingga tidak cocok diaplikasikan pada kebutuhan bahan transparan, seperti kaca atau lensa. Selain itu, poliester sintetik cenderung sukar didaur-ulang dan dapat menyebabkan polusi lingkungan jika tidak didaur-ulang dengan benar.

Poliester sintetik terdiri dari beberapa jenis, antara lain:

  1. Poliester linier alifatik dengan berat molekul tinggi (Mn>10.000) adalah polimer semikristalin dengan titik leleh rendah (40-80°C) dan memiliki sifat mekanik yang relatif buruk. Kestabilan hidrolisis yang dimilikinya membuat poliester ini cocok untuk aplikasi di mana dampak lingkungan menjadi pertimbangan, seperti pengemasan, barang sekali pakai, atau film mulsa pertanian, serta dalam aplikasi medis dan farmasi.
  2. Poliester alifatik linier dengan berat molekul rendah (Mn<10.000) yang berakhir hidroksi digunakan sebagai makromonomer untuk produksi poliuretan.
  3. Poliester hyperbranched digunakan sebagai modifikasi rheologi dalam termoplastik atau sebagai crosslinker dalam lapisan karena viskositas yang rendah, kelarutan yang baik, dan fungsionalitas yang tinggi.
  4. Poliester alifatik-aromatik, termasuk polietilen tereftalat (PET) dan polibutilena tereftalat (PBT), poliheksametilen tereftalat (PHT), polipropilena tereftalat (PTT), dan lain-lain, adalah material semikristalin dengan titik leleh tinggi (160-280°C) yang dimanfaatkan sebagai termoplastik teknik (engineering thermoplastics), serat, dan film.
  5. Copoliester linier yang sepenuhnya aromatik memiliki sifat mekanik dan ketahanan panas yang sangat tinggi dan digunakan dalam berbagai aplikasi yang membutuhkan performa tinggi.
  6. Poliester tak jenuh diproduksi dari alkohol multifungsi dan asam dibasis tak jenuh, kemudian dilakukan cross-link. Poliester tak jenuh digunakan sebagai matriks dalam bahan komposit. Resin alkida dibuat dari alkohol polifungsional dan asam lemak dan banyak digunakan dalam industri pelapisan dan komposit karena dapat disilangkan dalam kehadiran oksigen. Ada poliester yang seperti karet, disebut thermoplastic polyester elastomers  (ester TPEs). Poliester tak jenuh atau unsaturated polyester resin (UPR) adalah resin termoset. Digunakan dalam bentuk cair sebagai material pengecoran, dalam komponen molding sheet, sebagai resin laminasi fiberglass, dan filler bodi mobil non-logam. Ini juga digunakan sebagai matriks polimer termoset dalam pre-preg. Poliester tak jenuh yang diperkuat fiberglass sangat umum digunakan dalam badan kapal yacht dan sebagai bagian bodi mobil.

Berdasarkan struktur kimianya, poliester dapat menjadi termoplastik atau termoset. Poliester sebagai termoplastik dapat berubah bentuk setelah pemberian panas. Meskipun mudah terbakar pada suhu tinggi, poliester cenderung menyusut oleh api dan padam dengan sendirinya. Serat poliester memiliki kekuatan dan modulus E yang tinggi serta absorpsi air yang rendah dan penyusutan minimal dibandingkan dengan serat industri lainnya.

Meningkatkan bagian-bagian aromatik dari polyester akan menaikkan suhu transisi kaca, suhu leleh, ketahanan panas, stabilitas kimia, dan ketahanan pelarut.

Polyester juga dapat menjadi oligomer telechelic seperti diol polikaprolakton (PCL) dan diol adipat polietilena (PEA). Mereka kemudian digunakan sebagai prepolimer.

 

Thermoset dan Thermoplastic

Termoset dan thermoplastic adalah dua kategori utama polimer yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri.

Termoset adalah jenis polimer yang mengalami pengerasan permanen ketika dipanaskan. Setelah terbentuk, termoset tidak dapat dibentuk kembali dengan pemanasan. Sifat ini membuat termoset sangat cocok untuk digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan, ketahanan, dan stabilitas dimensi yang tinggi. Beberapa contoh produk dari termoset adalah bahan isolasi, lem, komponen mobil, dan produk fiberglass.

Di sisi lain, thermoplastic adalah jenis polimer yang dapat dilelehkan dan dibentuk kembali saat dipanaskan dan didinginkan. Sifat ini membuat thermoplastic lebih fleksibel dalam aplikasinya, karena dapat dicetak ulang dan diubah bentuknya sesuai dengan kebutuhan. Beberapa contoh produk dari thermoplastic adalah botol minuman, wadah makanan, peralatan rumah tangga, dan produk plastik untuk otomotif.

Perbedaan lain antara termoset dan thermoplastic adalah struktur molekulnya. Termoset memiliki struktur jaringan yang saling terkait dan sulit diuraikan, sementara thermoplastic memiliki struktur linear yang lebih fleksibel. Sifat-sifat termoset dan thermoplastic juga dipengaruhi oleh jenis dan jumlah bahan pengisi, aditif, dan bahan kimia lainnya yang digunakan dalam pembuatan produk tersebut.

Karena sifat-sifat yang berbeda, termoset dan thermoplastic sering digunakan dalam aplikasi yang berbeda-beda. Sebagai contoh, termoset lebih cocok digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan, ketahanan, dan stabilitas dimensi yang tinggi, sementara thermoplastic lebih cocok digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan fleksibilitas dan kemudahan dalam pembentukan ulang.

 

 

Penggunaan


Polyester atau poliester merupakan suatu jenis polimer yang sering digunakan sebagai bahan pembuatan tekstil, plastik, dan berbagai produk lainnya. Kain yang terbuat dari serat atau benang polyester banyak digunakan dalam pembuatan pakaian dan furnitur rumah tangga, seperti baju, celana, jaket, topi, seprai, selimut, sofa, dan alas tikar mouse komputer. Selain itu, serat, benang, dan tali polyester digunakan dalam pembuatan ban mobil, kain untuk sabuk pengaman, sabuk konveyor, kain pelapis, dan penguat plastik dengan daya serap energi yang tinggi. Bahan serat polyester juga sering digunakan sebagai bahan pelapis dan bantal pada tempat tidur dan sofa.

Kain polyester mudah dibersihkan karena serat polyester adalah bahan hidrofobik atau sulit menyerap cairan. Hanya jenis zat pewarna tertentu yang dapat digunakan untuk mewarnai kain polyester, yaitu pewarna dispersi.

Selain digunakan sebagai kain, poliester juga digunakan dalam pembuatan botol, film, terpal, layar kapal (Dacron), perahu kano, tampilan kristal cair, hologram, filter, film dielektrik untuk kapasitor, isolasi film untuk kawat, dan pita isolasi. Poliester juga banyak digunakan sebagai lapisan penutup pada produk kayu berkualitas tinggi seperti gitar, piano, dan interior mobil/perahu. Sifat thixotropic pada poliester yang dapat disemprotkan menjadikannya ideal untuk digunakan pada kayu berpori terbuka, karena dapat dengan cepat mengisi pori-pori kayu dengan ketebalan film yang tinggi per lapisannya. Kain polyester juga dapat digunakan dalam pembuatan pakaian modis, keunggulannya adalah tahan kerut dan tidak menyusut saat dicuci. Ketahanannya membuatnya menjadi pilihan yang sering dipakai untuk pakaian anak-anak. Polyester juga sering dicampur dengan serat lain seperti kapas untuk mendapatkan sifat yang diinginkan dari kedua bahan tersebut. Poliester yang telah dipanaskan (cured) dapat diamplas dan dipoles hingga menghasilkan permukaan yang mengkilap.

Polyester memiliki berbagai keuntungan, seperti daya tahan yang tinggi, mudah dicuci, tahan lama, serta tahan terhadap kerut dan penyusutan. Namun, penggunaan poliester juga memiliki beberapa kelemahan, seperti sulit untuk didaur ulang dan tidak ramah lingkungan, serta mudah terbakar dan meleleh pada suhu tinggi. Oleh karena itu, penggunaan poliester harus dilakukan dengan bijak dan mempertimbangkan dampaknya terhadap lingkungan.

 

 

Produksi


Polyethylene terephthalate (PET) adalah polimer sintetis yang memiliki pangsa pasar terbesar di antara semua jenis polyester. PET dibuat dari asam tereftalat murni (PTA) atau ester dimetil tereftalat (DMT) dan monoetilena glikol (MEG). Dengan pangsa pasar 18% dari semua bahan plastik yang diproduksi, PET menempati peringkat ketiga setelah polietilen (33,5%) dan polipropilen (19,5%) dan dianggap sebagai plastik komoditas.

Ada beberapa alasan mengapa PET sangat penting:

  1. Bahan baku PTA atau DMT dan MEG mudah diakses
  2. Proses kimia sederhana dalam sintesisnya yang sangat dipahami dan dideskripsikan dengan baik
  3. Tingkat toksisitas yang rendah dari semua bahan baku dan produk samping selama produksi dan pengolahan
  4. Kemungkinan untuk memproduksi PET dalam loop tertutup dengan emisi yang rendah ke lingkungan
  5. Sifat mekanik dan kimia yang luar biasa
  6. Kemampuan daur ulang
  7. Berbagai macam produk antara dan akhir yang tersedia.

Berikut perkiraan tabel produksi polyester dunia. Aplikasi utama adalah polyester tekstil, resin botol polyester, film polyester terutama untuk kemasan, dan polyester khusus untuk engineering plastics.

 

Tabel produksi poliester dunia per tahun

Jenis produk 2002 (juta ton/tahun) 2008 (juta ton/tahun)
Tekstil-PET 20 39
Resin, Botol/A-PET 9 16
Film-PET 1,2 1,5
Polyester khusus 1 2,5
Total 31,2 59

 

Pemrosesan poliester

Setelah tahap pertama produksi polimer dalam fase cair, aliran produk dibagi menjadi dua area aplikasi yang berbeda, yaitu aplikasi tekstil dan aplikasi kemasan. Pada tabel berikut, dijabarkan aplikasi utama polyester untuk tekstil dan kemasan.

Daftar aplikasi polyester untuk tekstil dan kemasan (cairan atau pelet)

Tekstil Kemasan
Serat stapel poliester (PSF) Botol untuk minuman ringan, air, bir, jus, deterjen, dll.
Filamen POY, DTY, FDY Film A-PET
Benang teknis dan kord ban Pembentukan termo
Non-woven dan spunbond Film biaxial-oriented (BO-PET)
Mono-filamen Tali pengikat
  • PSF (Polyester-staple fiber);
  • POY (Partially oriented yarn);
  • DTY (Drawn textured yarn);
  • FDY (Fully drawn yarn);
  • CSD (Carbonated soft drink);
  • A-PET (Amorphous polyethylene terephthalate film);
  • BO-PET (Biaxial-oriented polyethylene terephthalate film).

Untuk menghasilkan lelehan polyester dengan efisiensi tinggi, langkah-langkah pengolahan keluaran tinggi seperti serat staple (50-300 ton/hari per baris tenun) atau POY/FDY (hingga 600 ton/hari yang dibagi menjadi sekitar 10 mesin tenun) saat ini semakin terintegrasi secara vertikal langsung. Ini berarti lelehan polimer langsung diubah menjadi serat atau filamen tekstil tanpa langkah umum pelletizing. Kita membicarakan tentang integrasi vertikal secara penuh saat polyester diproduksi di satu tempat mulai dari minyak mentah atau produk distilasi dalam rantai minyak → benzena → PX → PTA → lelehan PET → serat/filamen atau resin bottle-grade. Sementara itu, proses terintegrasi semacam itu dibuat dalam proses yang kurang lebih terputus di satu lokasi produksi.

 

 

Sintesis


Sintesis polyester umumnya dilakukan dengan reaksi polikondensasi. Persamaan umum untuk reaksi diol dengan diasid adalah

(n+1) R(OH)2 + n R'(COOH)2 → HO[ROOCR’COO]nROH + 2n H2O.

Polyester dapat diperoleh melalui berbagai reaksi, di antaranya adalah reaksi asam dan alkohol, alkoholisis dan/atau asidolisis dari ester berbobot molekul rendah atau alkoholisis dari klorida asil. Gambar pada artikel tersebut memberikan gambaran tentang reaksi polikondensasi yang tipikal untuk produksi polyester. Selain itu, polyester dapat diakses melalui polimerisasi pembukaan cincin.

Dalam konteks ini, reaksi polikondensasi mengacu pada reaksi di mana molekul besar terbentuk dari reaksi beberapa molekul kecil, seperti diol dan diacid, yang direaksikan bersama. Reaksi ini menghasilkan rantai polimer linier yang disebut polyester.

Metode esterifikasi azeotropik merupakan metode klasik untuk kondensasi. Air yang terbentuk dari reaksi antara alkohol dan asam karboksilat terus-menerus dihilangkan dengan distilasi azeotropik. Ketika titik lebur dari monomer sudah cukup rendah, poliester dapat terbentuk melalui esterifikasi langsung sambil menghilangkan air reaksi melalui vakum.

Esterifikasi Langsung untuk Pembentukan Polyester

Esterifikasi langsung secara bulk pada suhu tinggi (150 – 290 °C) sangat cocok dan digunakan dalam skala industri untuk produksi poliester alifatik, tak jenuh, dan aromatik-alifatik. Monomer yang mengandung gugus hidroksil fenolik atau tersier menunjukkan reaktivitas rendah dengan asam karboksilat dan tidak dapat dipolimerisasi melalui esterifikasi asam alkohol langsung. Dalam produksi PET, proses langsung memiliki beberapa keuntungan, terutama laju reaksi yang lebih tinggi, berat molekul yang lebih tinggi yang dapat dicapai, pelepasan air daripada metanol, dan biaya penyimpanan asam yang lebih rendah dibandingkan dengan ester karena berat molekulnya yang lebih rendah.

 

Alcoholic transesterifikasi

Alcoholic transesterifikasi adalah metode konvensional untuk pembuatan poliester dengan mereaksikan sebuah oligomer yang diakhiri oleh alkohol dan sebuah oligomer yang diakhiri oleh ester membentuk ikatan ester, dengan kehilangan sebuah alkohol. Istilah “transesterifikasi” umumnya digunakan untuk menggambarkan reaksi pertukaran hidroksi-ester, karboksi-ester, dan ester-ester. Reaksi pertukaran hidroksi-ester memiliki kecepatan reaksi tertinggi dan digunakan untuk produksi berbagai poliester aromatik-alifatik dan sepenuhnya aromatik. Sintesis berbasis transesterifikasi sangat berguna ketika asam dicarboxylic dengan titik leleh yang tinggi dan tidak larut digunakan. Selain itu, produk kondensasi berupa alkohol lebih mudah menguap dan dilepas daripada air.

Sintesis suhu tinggi antara bisfenol diasetat dan asam dicarboxylic aromatik atau sebaliknya antara bisfenol dan ester diphenyl asam dicarboxylic (dilakukan pada suhu 220 hingga 320°C dengan melepaskan asam asetat) adalah metode yang disukai untuk pembuatan poliester sepenuhnya aromatik, selain sintesis berbasis klorida asil.

 

Asetilasi

Asetilasi adalah metode pembentukan poliester dengan menggunakan asam sebagai asil klorida, sehingga reaksi polikondensasi terjadi dengan pengeluaran asam klorida (HCl) daripada air.

Reaksi antara asil klorida dan alkohol atau senyawa fenolik telah banyak digunakan dalam sintesis poliester dan telah menjadi subjek dari banyak ulasan dan bab buku. Reaksi ini dilakukan pada suhu yang lebih rendah daripada metode keseimbangan; jenis yang mungkin adalah kondensasi larutan suhu tinggi, reaksi katalis amina, dan reaksi antar muka. Selain itu, penggunaan agen aktivasi dihitung sebagai metode non-keseimbangan. Konstanta keseimbangan untuk kondensasi berbasis asil klorida yang menghasilkan arilat dan poliarilat sangat tinggi dan dilaporkan masing-masing menjadi 4,3 × 10³ dan 4,7 × 10³. Reaksi ini sering disebut sebagai poliesterifikasi ‘non-keseimbangan’. Meskipun sintesis berbasis asil klorida juga terdapat dalam laporan paten, namun tidak mungkin bahwa reaksi ini digunakan pada skala produksi. Metode ini terbatas oleh biaya tinggi dari asam dichlorida, sensitivitasnya terhadap hidrolisis, dan adanya reaksi samping.

Reaksi suhu tinggi (100 hingga > 300 °C) dari asil klorida dengan dialkohol menghasilkan poliester dan hidrogen klorida. Di bawah suhu yang relatif tinggi ini, reaksi berlangsung cepat tanpa katalis.

Pembentukan Polyester melalui Neat Acyl Chloride

Pembentukan polyester dapat dilakukan melalui reaksi asil klorida tanpa menggunakan pelarut, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas.

Konversi reaksi dapat diikuti dengan titrasi gas hidrogen klorida yang terbentuk. Berbagai pelarut yang berbeda telah dijelaskan, termasuk benzena klorinasi (seperti diklorobenzena), naftalena atau difenil klorinasi, serta senyawa aromatik non-klorinasi seperti terfenil, benzofenon, atau dibenzilbenzena. Reaksi ini juga berhasil diterapkan pada persiapan polimer yang sangat kristalin dan sulit larut dalam pelarut yang memerlukan suhu tinggi untuk tetap terlarut (setidaknya sampai mencapai berat molekul yang cukup tinggi).

Dalam reaksi asil klorida berbasis interfacial, alkohol (biasanya sebenarnya adalah fenol) di larutkan dalam bentuk alkoksida dalam larutan natrium hidroksida yang berair, sementara asil klorida di larutkan dalam pelarut organik yang tidak bercampur air seperti diklorometana, klorobenzena atau heksana. Reaksi terjadi di antarmuka di bawah pengadukan cepat dekat suhu kamar.

Prosedur ini digunakan untuk produksi poliariplat (polyester berdasarkan bisphenol), poliamida, polikarbonat, poli(thiocarbonate), dan lainnya. Karena berat molekul produk yang diperoleh oleh sintesis dengan suhu tinggi dapat sangat terbatas oleh reaksi samping, masalah ini diatasi dengan suhu ringan dari kondensasi poliinterfase. Prosedur ini diterapkan pada produksi komersial poliariplat berbasis bisphenol-A seperti U-Polymer milik Unitika. Air dapat dalam beberapa kasus diganti dengan pelarut organik yang tidak bercampur dengan air (misalnya dalam sistem adiponitril/karbon tetraklorida). Prosedur ini kurang berguna dalam produksi polyester berbasis diol alifatik yang memiliki nilai pKa yang lebih tinggi daripada fenol sehingga tidak membentuk ion alkoholat dalam larutan berair.

Reaksi katalis basis dari klorida asam asil dengan alkohol juga dapat dilakukan dalam satu fase menggunakan amina tersier (misalnya trietilamina, Et3N) atau piridin sebagai penolak asam:

Polyester formation via amine acyl chloride.svg

Meskipun poliesterifikasi berbasis klorida asil hanya berlangsung sangat lambat pada suhu kamar tanpa katalis, amina mempercepat reaksi dalam beberapa cara yang mungkin, meskipun mekanismenya belum sepenuhnya dipahami. Namun, diketahui bahwa amina tersier dapat menyebabkan reaksi samping seperti pembentukan ketena dan dimer ketena.⁠

 

Metode Silyl

Dalam varian metode HCl ini, klorida asam karboksilat dikonversi dengan eter trimetil silyl dari komponen alkohol dan produksi trimetil klorida silyl diperoleh.

 

Metode asetat (esterifikasi)

Metode ini melibatkan reaksi antara alkohol dengan asam asetat atau anhidrida asetat untuk membentuk ester. Reaksi ini dilakukan dengan menggunakan katalis asam, seperti asam sulfat atau asam p-toluensulfonat. Metode ini dapat digunakan untuk produksi polyester dengan menggunakan senyawa seperti poliol dan diacid atau derivatnya.

 

Metode silyl asetat

Metode ini melibatkan reaksi antara trimetil silyl etil etel asetat dengan klorida asetat. Produksi trimetil silyl klorida dihasilkan sebagai produk samping.

Poliester dapat dibuat dari reaksi transesterifikasi. Reaksi ini melibatkan penggantian gugus alkohol dari ester dengan gugus alkohol dari alkohol lain. Reaksi ini dilakukan dengan menggunakan katalis seperti alkoksida, natrium metoksida atau natrium etoksida. Transesterifikasi dapat digunakan untuk produksi poliester dengan menggunakan senyawa seperti asam tereftalat dan etilena glikol.

Metode silyl asetat Metode ini melibatkan reaksi antara trimetil silyl asetat dengan klorida asetat. Produksi trimetil silyl klorida dihasilkan sebagai produk samping.

 

Polimerisasi pembukaan cincin

Poliester alifatik dapat dibuat dari laktone di bawah kondisi yang sangat ringan, baik dengan katalis anionik, katyonik, metallorganik atau berbasis enzim.[25][26] Beberapa metode katalitik untuk kopoliimerisasi epoksid dengan anhidrida siklik juga telah terbukti memberikan berbagai jenis poliester fungsionalisasi, baik jenuh maupun tak jenuh. Polimerisasi pembukaan cincin laktone juga diterapkan dalam skala industri.

 

Metode lain

Ada beberapa metode lain yang dapat digunakan untuk mensintesis poliester, namun biasanya hanya digunakan untuk sintesis berskala kecil di laboratorium dengan kondisi khusus. Salah satu contohnya adalah penggunaan garam asam dicarboxylic dan dialkil halida atau reaksi antara bisketena dan diol.

Selain asil klorida, dapat digunakan agen aktivasi seperti 1,1′-karbonildiimidazol, dicyclohexylkarbodiimida, atau trifluoroasetat anhidrida. Polikondensasi terjadi melalui konversi in situ asam karboksilat menjadi intermediate yang lebih reaktif saat agen aktivasi dikonsumsi. Reaksi terjadi melalui intermediate N-asilimidazol yang bereaksi dengan natrium alkoksida sebagai katalis:

Gambar: Pembentukan poliester melalui reactive reagent.svg

Penggunaan agen aktivasi untuk produksi poliester dan poliamida aromatik bermelting tinggi dalam kondisi ringan telah menjadi subjek penelitian akademis yang intensif sejak tahun 1980-an, tetapi reaksi ini belum mendapat pengakuan komersial karena hasil yang serupa dapat dicapai dengan reaktan yang lebih murah.

 

Termodinamika reaksi polikondensasi

Polyesterifikasi dibagi menjadi dua kategori utama oleh beberapa penulis yaitu: a) polyesterifikasi keseimbangan (terutama reaksi alkohol-asam, reaksi alkohol-ester dan asam-ester yang dilakukan dalam bulk pada suhu tinggi), dan b) polyesterifikasi non-keseimbangan, menggunakan monomer yang sangat reaktif (misalnya asam klorida atau asam karboksilat yang diaktivasi, sebagian besar dilakukan pada suhu rendah dalam larutan).

Polyesterifikasi berbasis asam-alkohol adalah contoh dari reaksi keseimbangan. Rasio antara grup ester pembentuk polimer (-C(O)O-) dan produk kondensasi air (H2O) terhadap monomer berbasis asam (-C(O)OH) dan alkohol (-OH) dijelaskan oleh konstanta keseimbangan KC.

Keseimbangan konstan reaksi polyesterifikasi berbasis asam-alkohol biasanya adalah KC ≤ 10, yang tidak cukup tinggi untuk menghasilkan polimer berbobot molekul tinggi (DPn ≥ 100), karena derajat rata-rata pengekangan (DPn) dapat dihitung dari konstanta keseimbangan KC.

Dalam reaksi keseimbangan, sangat penting untuk menghilangkan produk kondensasi secara terus menerus dan efisien dari medium reaksi untuk mendorong keseimbangan menuju polimer. Oleh karena itu, produk kondensasi dihilangkan pada tekanan rendah dan suhu tinggi (150-320 °C, tergantung pada monomer) untuk mencegah reaksi balik. Dengan kemajuan reaksi, konsentrasi ujung rantai yang aktif menurun dan viskositas lelehan atau larutan meningkat. Untuk peningkatan laju reaksi, reaksi dilakukan pada konsentrasi ujung yang tinggi (lebih disukai dalam bulk), dipromosikan oleh suhu yang tinggi.

Konsentrasi keseimbangan dengan KC ≥ 104 dicapai saat menggunakan reaktan yang reaktif (asam klorida atau anhidrida asam) atau agen pengaktif seperti 1,1′-karbonil diimidazol. Dengan menggunakan reaktan ini, bobot molekul yang diperlukan untuk aplikasi teknis dapat dicapai bahkan tanpa penghilangan aktif dari produk kondensasi.

 

 

Sejarah


Pada tahun 1926, perusahaan Amerika Serikat, DuPont, memulai penelitian mengenai molekul besar dan serat sintetis. Penelitian awal ini, yang dipimpin oleh Wallace Carothers, berfokus pada nylon yang kemudian menjadi salah satu serat sintetis pertama. Saat itu, Carothers bekerja untuk DuPont. Namun, penelitian Carothers belum selesai dan belum sampai pada penyelidikan mengenai poliester yang terbentuk dari campuran etilena glikol dan asam tereftalat. Pada tahun 1928, poliester dipatenkan di Inggris oleh International General Electric company. Proyek Carothers kemudian dihidupkan kembali oleh para ilmuwan Inggris, Whinfield dan Dickson, yang mematenkan polietilen tereftalat (PET) atau PETE pada tahun 1941. Polietilen tereftalat menjadi dasar bagi serat sintetis seperti Dacron, Terylene, dan polyester. Pada tahun 1946, DuPont membeli semua hak hukum dari Imperial Chemical Industries (ICI).

Pada awalnya, poliester digunakan dalam berbagai aplikasi teknis, seperti film dan bahan kemasan. Namun, pada tahun 1951, merek Terylene diperkenalkan oleh Imperial Chemical Industries. Ini adalah serat poliester pertama yang dapat diproduksi dalam bentuk benang dan digunakan dalam pembuatan pakaian. Saat ini, poliester sangat umum digunakan dalam pembuatan pakaian, karpet, botol plastik, dan berbagai produk lainnya. Poliester juga dapat didaur ulang, yang membuatnya menjadi bahan yang lebih ramah lingkungan daripada bahan sintetis lainnya. Meskipun poliester sering kali dikritik karena tidak tahan lama dan tidak nyaman, inovasi terbaru dalam teknologi serat sintetis terus memperbaiki kualitas dan kenyamanan poliester.

 

 

Biodegradasi dan masalah lingkungan


Rumah-rumah Futuro dibuat dari plastik poliester berpenguat serat kaca; poliester-poliuretan, dan poli (metil metakrilat). Salah satu rumah ditemukan mengalami degradasi oleh sianobakteri dan Arkea.

 

Cross-linking

Poliester tak jenuh adalah polimer termosetting. Secara umum, mereka merupakan kopolimer yang disiapkan dengan mempolimerisasi satu atau lebih diol dengan asam dicarboxylic jenuh dan tak jenuh (asam maleat, asam fumarat, dll.) atau anhidridanya. Ikatan rangkap ganda pada poliester tak jenuh bereaksi dengan monomer vinil, biasanya stiren, menghasilkan struktur tiga dimensi berikatan silang. Struktur ini berperan sebagai termoset. Reaksi silang yang eksotermis diinisiasi melalui katalis, biasanya peroksida organik seperti peroksida metil etil keton atau benzoyl peroksida.

 

Polusi habitat air tawar dan laut

Tim di Universitas Plymouth di Inggris menghabiskan 12 bulan menganalisis apa yang terjadi ketika sejumlah bahan sintetis dicuci pada suhu yang berbeda di mesin cuci rumah tangga, menggunakan kombinasi deterjen yang berbeda, untuk mengukur serat-serat mikro yang terlepas. Mereka menemukan bahwa muatan cucian rata-rata seberat 6 kg dapat melepaskan sekitar 137.951 serat dari kain campuran poliester-kapas, 496.030 serat dari poliester dan 728.789 dari akrilik. Serat-serat tersebut menambah polusi mikroplastik secara umum.

 

Daur ulang

Recycling adalah proses pengumpulan, pengolahan, dan pembuatan kembali produk dari bahan-bahan bekas atau limbah yang sudah tidak digunakan lagi menjadi produk yang dapat digunakan kembali. Recycling menjadi sangat penting seiring dengan terus meningkatnya produksi dan penggunaan plastik. Jika tidak diatasi, sampah plastik global dapat hampir tiga kali lipat pada tahun 2060.

Plastik dapat didaur ulang dengan berbagai cara seperti daur ulang mekanik, daur ulang kimia, dll. Di antara polimer yang dapat didaur ulang, polyester PET adalah salah satu plastik yang paling banyak didaur ulang. Ikatan ester yang terdapat pada poliester mudah terhidrolisis (dalam kondisi asam atau basa), metanolisis, dan glikolisis yang membuat kelas polimer ini cocok untuk didaur ulang secara kimia.

Daur ulang enzimatik/biologis PET dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai enzim seperti PETase, cutinase, esterase, lipase, dll. PETase juga telah dilaporkan untuk degradasi enzimatik poliester sintetik lainnya (PBT, PHT, Akestra™, dll) yang mengandung ikatan ester aromatik yang mirip dengan PET. Daur ulang PET dapat mengurangi jumlah limbah plastik dan membantu menjaga keberlanjutan lingkungan.

 

 

Referensi:

  • wikipedia.org

Tinggalkan Komentar

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