Prosiding Pertemuan Ilmiah .\'ains Materi III.\'erpong, 20 -21 Oktober 1998 1.\'.\'N 1410-2897

KARAKTERISASI POLIMER SERAT POLIESTERDARI POLIETILEN TEREFTALAT DAN

POLIBUTILEN TEREFTALAT

s3b

ZobaidiJ , Akira Kaito2, Kazoo N akayama2'Balai Besar Penelitian clan Pengembangan Industri Tekstil, Bandung

2Research Institute for Polymer and Textile, Tsukuba -Japan

ABSTRAKKARAKTERISASI POLIMER SERAT POLIESTER DARI POLIETILEN TEREFfALAT DAN POLIBUTILEN

TEREFTALAT. Karakterisasi polimer serat poliester dari polietilen tereftalat clan polibutilen tereftalat telah dilakukan dalamrangka untuk mengetahui sifat-sifat clan keunggulannya sebagai bahan. Karakterisasi pada kedua polimer tersebut dilakukandengan cara pemanasan sampai suhu ISO. C disertai penarikan sampai kurang lebih 400% panjang semula. Karakterisa.'!idilakukan terhadap kristalinitas, sifat termal clan sifat mekanikanya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perbedaan strukturkimia dian!ara kedua bahan tersebut banyak berpengaruh terhadap struktur supermolekulnya (hentuk kristal, tranformasikristal. persen kristalinitas), hera! jenis, titik leleh clan mempengaruhi sifat mekanikanya.

ABSTRACTTHE POLYMER CHARACTERIZATION OF POLYETHYLENE TEREPHTHALATEAND POLYBUTY-LENE

TEREPHTHALATE The polimer characterization of polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate have beenstudied. Both polymer or polyethylene terephthalate and polybutylene terephtha!ate were heated in several conditions up to150' C and stretch cd 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 tothe crystal structure. crystal transformation. density, melting point and mecl1anical properties.

PENDAHULUAN tahan zat kimia dsb.Polibutilen tereftalat (pBT) termasuk jenis

poliester yang struktur molekulnya sedikit berbedadengan polietilen tereftalat (pET). Perbedaan tersebutialah salah satu monomer pembentuknya sedikit lebih

panjang dibanding pada PET, yang selanjutnya dapatmemberikan sifat -sifat yang berbeda diantara keduanya.Perbedaan sifat-sifat tersebut diharapkan dapatmemperkaya daD melengkapi betbagai macaJn bahansehingga memungkinkan banyak pilihan sesuai tujuanpenggunaannya. Karakterisasi bahan polimermempunyai pecan yang penting terutama untukmengetahui sifat-sifat bahan sehingga penggunaanbahan baku tersebut dapat dimanfaatkan secara tepatdaD optimal.

PERCOBAAN

Bahan dan preparasi

Penggunaan serat poliester dalam industritekstil cukup berkembang dengan pesat sehinggamampu menggeser serat a1am maupun serat sintetiklainnya. Hal tersebut disebabkan karena serat poliestermempunyai sifat Yallg relatif lebih baik dibanding seratlainnya seperti kekuatan, mulur, elastisitas, ketahananterhadap 711t kimia d.ll. Berbeda dengan serat a.lam, seratpoliester dapat diproduksi setiap saat daD tidakbergantung pada iklim daD cuaca. Serat poliester dibuatdari polimerisasi antara monomer etilen giikol daD asamtereftalat yang telah dimurnikan alan purified tereph-tlla.lic acid (PTA) menjadi polimer polietilen tereftat danselanjutnya diekstrusi menjadi serat. Produk yangmempunyai nama dagang antara lain Tetoron, Dacron,Trivera dU.. dewasa ini peng-gunaannya bukan hanyauntuk keperluan tekstil sandang saja melainkan untukkeperluan lain misalnya untuk industri. elektronik,militer, pelayaran, alat kedokteran sampai pada alat

mmah tangga,Penggunaan suatu bahan seharusnya dipilih

berdasarkc'ln sifat daD karakter bahan yang disesuaikandengan uljuan penggunaan. Sebagai contoh, untukbahan tambang di laut diperlukan polimer yang kuat,mulur rendah, tahan garam, tetapi tidak perin tahanpanas. Seba1iknya, untuk bahan isolasi panas misa.lnya,diperlukan ballaD yang tahan panas tetapi tidak perin

Bahanbutiran polimer (chip) PBT diperoleh dariPOLYPLASTICS Co.Ltd. Japan, dengan nama dagang"Duranex 2000, Color No.200I, sedangkan butiranpolimer PET diperoleh dari pabrik serat tekstil PT.KUMAFIBRE di Tangerang, Indonesia.

Butiran polimer PET dan PBT dikeringkan padasuhu 1050 C selama 8 jam sehingga mendekati bebas

265Zuhaidi dkk.

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi //ISerpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN1410-2897

dari kandungan air. Butiran polimer masing-masingdiekstmsi dengan menggunakan T -dye Extmder buatanLABO PLASPOMILL, model 50C150. yangmempunyai 4 bagian pemanas yang masing-rnasingdapat diatur suhunya. Pengaturan pemanasan diatursecara bertahap mulai dari suhu 220°C sampai 2550 Cuntuk PBT dan 250" C sampai 280" C untuk PET.Lelehan polimer yang keluar dari lubang spineretdilewatkan pada rol dengan kecepatan kurang lebih 1m/menit. Hasil ekstmsi yang diperoleh masing-masingdilakukan pemanasan dan penarikan dengan berbagaiperbandingan palljang semula (draw mtio). Pemana-sanmaksimum dilakukan pada suhu tinggi 150" C,

sedangkan penarikan paling tinggi dilakukan sampaiputusyang tel:iadi pada penarikan antam 400-500%.

dengan standar JIS / ISO/DP6329.3. Pengujiandilakukan di Lab. Fisika Serat BBT, Ban~ung.

BASIL PENGUJIAN

Kristalinitas

Polirner PET daD PBT rnernpunyai persarnaan

yaitu rnerupakan poliester yang sarna-sarna rnern-punyaisenyawa benzena dalarn rantai polirnemy~ akan tetapi

rnernpunyai perbedaan yaitu terdapat tetra-rnetilenadalam rantai polirner PBT. Adanya tetra-rnetilena (yanglebih panjang) pada PBT dapat rnernbentuk 2 stmkturkristal yangberbeda yaitu bentuk alfa daD beta. Bentukalfa rnerupakan bentuk kristal rnernpunyai sisi-sisi yangreLtttif sarna sedangkan bentuk beta salah satu sisinyalebih panjang seperti disajikan pada Gambar 1.Karakterisasi

Kristalinitas

Pengujian kristalinitas dilakukan denganmenggunakan X-ray diffraction buatan RIGAKUCo.Ltd. Penentuan derajat kristalinitas dilakukandengan cara wide angle X-ray diffraction (WAXD) darisudut penyinaran L theta" antara 20 sampai 60

derajat. Perhitungan persen kristalinitas dilakukansecara ekstemal .berdasarkan luas daerah kristalinterhadap total daerall kristalin dan aJnorf (dalam persen)pacta pola difraksi yang dihasilkan. Pengujiandilakukan di Lab. Polimer Fisika ,Research Institute forPolymers and Textiles, Tsukuba, Japan.

L Bernt Jeni~

Pengukuran beTat jenis dilakukan dengan caradensity gradient column sistem lIS (Japan IndustrialStandard) K 7112. Larutan yang digunakan disesuaikandengan sebaran berat jenis contoh uji (pET dan PBTamorf dan kristalin) yaitu karbon tetra clorida daD nor-mal heptan. Pengujian dilaknkandi Lab Fisika Polimer,Risearch Institllte for Polymer and Textile. Tsukuba Ja-pan dan Lab. Polimer, Balai Besar Tekstil Bandung.

Gambar I. Bentuk alfa dan bentuk beta pada PBT

Dan fenomena tersebut, dalam polimer PBTterdapat 2 macam bentuk kristal, sedangkan padapolimer PET hanya terdapat satu macam bentuk kristalsaja. Dari basil pengujian menunjukkan bahwakristalinitas pada PBT relatif lebih kecil dibandingkristalinitas pada PET. Persen kristalinitas pada PBTrnaksimum hanya sebesar 29,68% sedangkan pada PETdapat mencapai 50,48%. Hal ini mungkin disebabkankarena adanya 2 bentuk kristal pada PBT menyebabkanlebih sukar membentuk susunan yang lebih teratur

(kristalin) sehingga cenderung mem-bentuk struktukyang lebih amorf. Sebaliknya pada PET yangmempunyai bentuk kristal yang seragam sehingga dapatmembentuk susunan yang lebih teratur daD kompaksehingga menghasilkan persen kris-talinitas yang lebihtinggi.

3. Titik leleh danentaloi oelelehan

Pengujian titik leleh daD entalpi pelelehandilakukan dengan menggunakan DSC buatanSHIMADZU Co. Ltd. Tipe DSC- DT 40. Pengujiandilakukan dengan kecepatan pemanasan (heating rate)= 10 CI menit Pcngujian dilakukan di Lab Polimcr, Balm

Besar Tckstil Bandung.

4. Kekuatan t~

Pengujian dilakllkaJl dengan menggunakan Ten-sile Tester TOYO BALDWIN dengan pengujian sesuai

Dan hasil diftaksi sinar X bentuk alfa terlihatpada sudut penyinaran 2 theta = 31 daD 39 derajat,

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1lI.\'erpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

sedangkan bentuk beta akan terlihat pada sudutpenyinaran 28 dan 42 derajat. Pengaruh pemanasandan penarikan cenderung merubah bentuk beta menjadibentuk alfa seperti disajikan pada Gambar 2. Perubahantersebut diikuti dengan naiknya persen kristalinitaskarena bentuk alfa cenderung lebih banyak yang berartilebih homogen.

kristalinitasnya. Hubungan antar kristalinitas daDpenarikan pada polimer PET daD PBT disajikan padaGambar 4.

til~ritas~PETcB1PBT~Pt:I~-~1B1 ~~a.a.1

gftT

:IPJr-~

fOO 100 2)j ~ ~ ~ IifJ

~b1M

2-&..

Ciambar 2. Pola Difraksi Sinar X pada PBT tanpa dan yangmengalami pemanasan dan penarikan.

Berat Jenis

Berat jenis suatu bahan (polimer) misalnyapolietilen tereftalat mumi tidak selalu sarna, melainkanbergantung pada stmktur supermolekuler (kristalinitas,orientasi, dll) daTi polimemya. Perbedaan tersebutteramat kecil sehingga untuk mengujinya perlu alatyang dapat mendeteksi sampai 4 atau 5 angka dibelakangkoma.

Pengamh p3:n anaS3n clan I=61ar:ikan p:rl3 PETm enunjlkkan penJb3han :intmsilas yang l:bil k:8S3rclan djjkutim En:ingkatnya ~ ~:itas. H asil~gujian XRD P3da {X)Jiner PBT dmjikan P3da

Ganl::ar3.Per:Bkuan p3:n anaS3n d3n ~1arikan p:rl3 PB T

d3n PET 5:rna-$TIameni"lgka1kanI:E1331 kmalinjlas.M ak:in 1::e5;ir pe1arikan m ak:in 1::e5;ir puJa ~

Hasil pengujian berat jenis dengan DGCmenunjukkan bahwa polimer PBT yang paling keciladalah 1,28414 sedangkanyangpalingbesar 1,31310.Perbedaan berat jenis tertinggi dan terendah adalahsebesar 0,02896 atau 2,255% dari PBT yang palingamorf

Hasil pengujian berat jenis polirner PET denganpreparasi yang sarna, yang paling kecil 1,33943,danyang paling besar 1,39300, Perbedaan berat jenistertinggi dan terendah PET adalah sebesar 0,05357 atausebesar 3,999% dari PET yang paling amon,

Dari basil diatas rnenunjukkan bahwa polirnerPBT rnernpunyai berat jenis yang lebih stabil atau dengankata lain rnernpunyai volume yang lebih stabil dibandingPET.

Berat jenis polimer PET dan PBT mempunyaihubungan IUTUS dengan persen kristalinitas. Hal inidisebabkan karena polimer yang lebih padat akanmempunyai berat jenis yang lebih tinggi, sebaliknyapolimer yang amorf akan mempunyai berat jenis rendah.Hubungan antara berat jenis daD persen kristalinitaspolimer PBT clan PET disajikan pada Gambar 5.

1.-&-

Gambar 3 Pola Difraksi Sinar X pada PET tanpa dan yangmengalami pemanasan dan penarikan.

Zuhaidi dkk. 267

Gambar 4. Hubungan Antar Kristalinitas dan Penarikan padapolimer PET dan PBT

Pro,..iding Pertenluan Ilmiah Sain,.. Materi III,fierpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN 1410-2897

memberikan kekuatan yang lebih tinggi. Hal tersebutdisebabkan karena struktur molekul kristalin lebih

kompak (solid) sehingga menghasilkan kekuatan tinggidan diikuti mulur rendah.

KESIMPULAN

Gambar 5 Hubullgall Antara Kristalinita.., dan Berat Jenis padaPBT dan PET.

Titik leleh

Polietilen tereftalat (PET) daD polibutilentereftalat (PBT) mempunyai perbedaan sifat yangditentukan oleh perbedaan struktur kimianya. Adanyatetra-metilen (yang lebih panjang) dalam rantai polimerPBT dapat membentuk 2 macam bentuk kristal yangberbeda yaitu bentuk alfa daD beta. Pengaruh duamacam bentuk kristal tersebut menyebabkan jumlahpersen kristalinitas PBT lebih rendah dibanding PET.Struktur molekuler polimer PBT lebih stabil olehperlakuan pemanasan daD penarikan. Secara umum,be rat jenis, titik leleh, mulur daD dab kekuatannya,polimer PBT lebrh rendahdibanding PET.

Untuk pemakaian bahan yang memerlukankestabilan dimensi tinggi misalnya botol presisi, sealdsb. disarankan menggunakan bahan PBT, denganmempertimbangkan suhu pelt1akaian tidak terlalu tinggi,mengingat titik leleh PBT lebih rendah. Untukpemakaian bahan yang memerlukan kelenturan,kekuatan, suhu tinggi mungkin lebih baik meng-gunakan bahan PET.

UCAPAN TERIMA KASm

Ucapan terima kasih disampaikan kepada Dr.Akira Kaito dan Dr. Kazuo Nakayama di Research In-stitute for Polymer and Textile (RIPT), Tsukuba Japanyang telah memberikan bimbingan dan fasilitas demiterlaksananya penelitian ini.

DAFTARPUSTAKA

Polimer PET dan PBT masing-masing dilaku-kanpengujian tenna.l menggunakan DSC. Hasil analisatennal menunjUkkan bahwa titik leleh PBT pada 222"C. Sedangkan titik leleh pada polimer PET jauh lebihtinggi yaitu antara suhu 256" C sampai 268" C. Daridata tersebut menunjukkan bahwa polimer PBT kurangtahan panas dibanding polimer PET, sehinggapenggunaan bahan PBT pada suhu tinggi misalnyasekitar 200"C kurang disarankan karena sudahmendekati titik .Ieleh.

Mengenai ental pi pelelehan pada polimer PET,ada kecendemngan makin tinggi kristalinitas, makin

tinggi entalpi pelelehannya. Entalpi pelelehan pada PETamorf sebesar 25 mJ/mg, sedangkan pada PET palingkristalin sebesar 60 InJ/mg. Hal ini menun-jukkan bahwauntuk melelehkan polimer krist.alin memerlukan energiyang lebih beSc1r dibanding polimer amorf.

Kekuatan tarik

Hasil pengujian kekuatan tarik dan mulurmenunjukkan bahwa polimer PET mempunyai kekuatandaD mulur lebih tinggi dibanding PBT. Dari percobaanyang dilakukan menunjukkan bahwa PET amorf dapatmencapai mulur 300%, sedangkan pacta PBT amorfhanya mencapai mulur maksimum sekitar 50%.Kekuatan maksimum polimer PET dapat mencapaikekuatan 4 g/denier, sedangkan pacta PBTmempunyai kekltatan maksimal 2,9 gidenier.

Polimer PET mempunyai keunggulan dalam halmulur maupun kekutannya dibanding PBT. Hal tersebutmungkin disebabkan polimer PET lebih mampumembentuk struktur amorf maupun kristalin. Bentukamorf cenderung menghasilkan sifat mulur tinggi. Halini disebabkan rantai polimer amorf dapat denganmudah terorientasi membentuk memanjang kearahpenarikan. Sedangkan bentuk kristalin cencerung

{ 1]. AKIRA KAITO, KAmO N AKA Y AMA, ZU -BAlDI,

"Structure Formation in Stretched Sheets of

Poly(butylene Terephthalate)", Journal of Ap-

plied Polymer Science, 45, (1992),1203-1211 .

[2]. ZUBAlDI, AKIRA KAITO, KAmO NAKA- YAMA,

"Study of the Structure and Properties of

Polybuthylene terphthalate Sheets Stretched in the

Solid State", Jurnal BalaiBesarTek5til, (1990), 10-

17.

[3]. KOHn TASHIRO, Solid-state Transitition of

Poly(butilene terephthalate) Induced by Mechani-

cal Deformation, Departement of Polymer Science,

Faculty of Science, Osaka University. American

Chemical Society (1980).

[4]. AKIRA KAITO and KAZUO NAKAYAMA

"Preparation of High Modulus Polyethylene Sheet

By the Roller-Drawing Method". Journal Of Applied

Polymer Science, 30,(1985), [5]. Roller-Drawing Method. Journal 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 198017). ISMININGSIH G., ZUBAIDL Characterization of

Texture Polyester Fabrics Treated With Heat set-ting and Carrying Agent by Means of FTIR andDSC". Jurnal Balai Besar Tek\"til, (1990), 55 -60.

269Zubaidi dkk.