BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.6. Poliester
2.6.1Klasifikasi Poliester
Poliester secara umum diklasifikasikan ke dalam polimer jenuh dan tak jenuh. Kedua jenis ini dibagi lagi sebagaimana berikut ini :
1. Poliester tak jenuh
a. Resin Pelapis dan Pengecoran (laminating and casting resins). Kedua resin ini didasarkan pada asam dibasa dan alkohol dihidrat. Unit poliester yang terbentuk harus mampu bereaksi kopolimerisasi dengan monomer vinil, sehingga menghasilkan kopolimer vinil-poliester atau hanya poliester sederhana yang memiliki struktur termoset.
b.
Alkyds. Secara umum, jenisnya sama dengan (a) meskipun glyptal (permukaannya berlapis), merupakan jenis yang dimodifikasi dengan minyak atau asam lemak. Istilah ini juga digunakan untuk menggambarkan sekelompok cetakan termoset berdasarkan reaksi dari alkohol dihidrat dengan asam tak jenuh seperti maleat untuk menggantikan asam ftalat biasa. Sebuah monomer vinil juga diperlukan untuk mempengaruhi kecepatan dari reaksi ikat silang dan memperbaiki sifat - sifatnya dan digunakan sebagai cetakan bubuk untuk pemampatan dan teknik pencetakan (Hartomo, 1992).2. Poliester jenuh
a.
Serat dan Film. Jenis ini berdasarkan reaksi asam tereftalat dengan etilena glikol dan berbentuk linier, juga merupakan polimer dengan berat molekul tinggi yang tidak mengalami reaksi ikat silang.b.
Plastisizer. Merupakan jenis poliester yang benar-benar jenuh, biasanya disebut sebagai plastisizer polimer.c.
Poliuretan. Merupakan suatu poliester tertentu yang memiliki kandungan hidroksil yang tinggi direaksikan dengan beragam isosianat untuk membentuk poliuretan, secara umum digunakan sebagai busa, elastomer, pelapis permukaan dan perekat.2.6.2Matriks Unsaturated Polyester (UPR)
Poliester dibuat dengan cara yang mirip dengan poliamida. Salah satu dari dua monomer yang saling melengkapi adalah asam, tetapi yang lainnya adalah alkohol, yang mengambil tempat amina yang digunakan dalam pembuatan poliamida. Air dibebaskan sebagai asam ujung-Grup bereaksi dengan alkohol ujung-Grup, dan struktur kimia yang dihasilkan adalah sebuah ester. Molekul tapak panjang sehingga poliester (Cook, 1964).
Resin poliester tak jenuh adalah penambahan produk dari berbagai asam jenuh, asam tak jenuh dan glikol. Banyak paten yang dikeluarkan untuk produksi poliester ini dalam 30 tahun terakhir. Bentuk polimer pertama dari kelompok poliester adalah poliester linier yang mengandung alifatik tak jenuh yang menyediakan sisi aktif untuk ikat silang. Polimer jenis ini pertama kali tersedia di Amerika Serikat pada tahun 1946, polimer dibuat dari dietilen glikol dan anhidrida maleat dan dapat berikatsilang dengan bereaksi terhadap stirena.
Poliester – poliester tak jenuh termasuk diantara polimer paling umum yang dipakai bersama dengan penguatan serat gelas poliester tak jenuh dipreparasi dari monomer-monomer difungsional, salah satunya mengandung ikatan rangkap dua yang mampu menjalani polimerisasi adisi dalam suatu reaksi ikat – silang berangkai. Poliester tak jenuh linier tersebut diproses sampai mencapai berat molekul yang relatif rendah; kemudian dilarutkan dalam monomer seperti stirena untuk membentuk larutan yang kental.
Reaksi ikat silang yang biasanya diinisiasi dengan inisiator - inisiator radikal bebas, dengan demikian merupakan kopolimer vinil antara poliester dan monomer pelarut. Sejauh ini stirena merupakan merupakan pelarut yang paling umum dipakai, meskipun bisa memakai monomer lain seperti vini asetat atau metal metakrilat atau untuk memperoleh sifat -sifat tahan nyala lebih baik, monomer terhalogenasi seperti orto-para – bromostirena.
Satu-satunya bahan yang mempunyai nilai komersial untuk mengintrodusir ketidakjenuhan ke dalam kerangka polimer adalah anhidrida maleat dan asam fumarat dikarenakan harga yang murah, jika hanya digunakan asam tak jenuh dan glikol, produk akhirnya terlalu terikat silang dan rapuh sehingga tidak bisa dipakai.
Unsaturated Poliester resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah seri Yukalac 157 BQTN-EX Series. Resin poliester tak jenuh (UPR) merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya sering disebut poliester saja. UPR berupa resin cair dengan viskositas yang cukup rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya (Nurmaulita, 2010).
Resin poliester ini memiliki beberapa spesifikasi sendiri, yaitu :
Tabel.2.2. Spesifikasi resin poliester tak jenuh, Yukalac 157®BTQN-EX
Item Satuan Nilai Tipikal Catatan
Berat jenis - 1,215 250C
Kekerasan - 40 Barcol/ GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas 0 C 70 - Penyerapan air (suhu ruang) % 0,188 24 jam % 0,466 7 hari Kekuatan fleksural Kg/mm2 9,4 - Modulus fleksural Kg/mm2 300 - Daya rentang Kg/mm2 5,5 - Modulus rentang Kg/mm2 300 - Elongasi % 1,6 - Kekentalan Poise 4,5 – 5,0 250C (Nurmaulita, 2009)
Secara umum resin poliester boleh dibagi kepada 2 jenis yaitu jenis jenuh (polietilena tereftalat, sejenis termoplastik untuk pengacuanan suntikan “injection moulding”) dan poliester tak jenuh (termoset yang boleh mengalami sambung-silang semasa pematangan dengan kehadiran pelarut aktif dan pemangkin).
Kebanyakan resin poliester tak jenuh mengandung 30-50% stirena (berdasarkan berat), yaitu bersamaan dengan 2 mol stirena dengan setiap 1 mol ikatan dobel pada poliester. Proses pematangan yang berlaku adalah melibatkan pengkopolimeran antara stirena dengan rantai poliester tak jenuh yang memerlukan kehadiran pemula organik.
Serat polimer mempunyai kekuatan yang tinggi dan E – modulus serta penyerapan air yang rendah dan pengerutan yang minimal bila dibandingkan dengan serat industri lainnya. Kain poliester tertenun digunakan dalam pakaian konsumen dan perlengkapan rumah seperti seprei panjang, penutup tempat tidur, tirai dan korden. Poliester industri digunakan dalam penguatan ban, tali, kain buat sabuk mesin pengantar (konveyor), sabuk pengaman, kain berlapis dan penguatan plastik dengan tingkat penyerapan energi yang tinggi. Fiber fill dari poliester digunakan pula untuk mengisi bantal dan selimut penghangat.
Poliester juga digunakan untuk membuat botol, film, tarpaulin, kano tampilan Kristal cair, hologram, penyaring, saput (film) dielektrok untuk kondensor, penyekat saput buat kabel dan pita penyekat. Poliester Kristalin cair merupakan salah satu polimer kristalin cair yang digunakan industry yang pertama dan ini digunakan karena sifat mekanis dan ketahanan terhadap panasnya. Kelebihan ini penting dalam penggunaannya sebagai segel mampu kikis dalam mesin jet.
Poliester keras panas (thermosetting) digunakan sebagai bahan pengecoran, dan resin poliester chemosetting digunakan sebagai resin pelapis kaca serat dan dempul ban mobil yang non logam. Poliester tak jenuh yang diperkuat kaca serat banyak digunakan dalam bagian badan dari kapal pesiar dan mobil. Poliester digunakan pula secara luas sebagai penghalus (vernis) pada produk kayu berkualitas tinggi seperti gitar, piano, dan bagian dalam kenderaan/ perahu pesiar.
Perusahaan Burns London, Rolls-Royce, dan Sunseeker merupakan segelintir perusahaan yang memakai poliester untuk memperhalus produk – produk mereka. Sifat – sifat tiksotropi dari poliester yang bisa dipakai sebagai semprotan membuatnya ideal dalam penggunaan pada kayu gelondongan bijian terbuka, sebab mempu mengisi biji kayu dengan cepat, dengan ketebalan saput yang terbentuk dengan kuat per lapisan. Poliester yang diawetkan bisa diampelas dan dipoleskan ke produk akhir. Poliester adalah suatu kategori polimer yang mengandung gugus fungsional ester dalam rantai utamanya.
2.7. Katalis Metil Etil Keton Peroksida (MEKPO)
Katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah metil etil keton peroksida (mekpo) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis ini adalah mempercepat terjadinya proses pengeringan (curing) pada bahan matrik suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matrik ataupun perekat, maka akan mempercepat terjadinya pengeringan, tetapi akibat dari pencampuran yang teralu banyak adalah akan membuat material atau bahan menjadi getas, sangat kaku. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhan. Penggunaan maksimum
dari katalis adalah 10 % dari jumlah total perekat atau matrik yang digunakan. Pada saat pencampuran katalis ke dalam matrik atau perekat, maka akan terjadi perubahan suhu (Nurmaulita, 2010).
Mekpo dalam jumlah kecil dapat digunakan pada proses curing resin poliester (pengerasan) yang kemudian biasanya dapat dibuang pada lokasi pembuangan sanitary biasa. Peraturan di beberapa negara bagian dan lokal telah memperbolehkan hal ini. Dengan demikian katalis MEKPO ini dapat dikirim ke perusahaan pembuangan yang telah disetujui di mana katalis ini dapat dibakar. Daftar perusahaan tersebut tersedia dari pemasok peroksida organik.
Hidrolisis adalah cara yang efektif untuk membuang jumlah kecil MEKPO. Hal ini melibatkan penambahan inkremental katalis MEKPO dengan pengadukan yang sangat cepat dan dingin, 5-10% larutan natrium hidroksida (kaustik). Reaksi ini membutuhkan pengadukan yang memadai dan kontrol suhu antara 30o – 40oC. CATATAN: jangan pernah menambahkan kaustik untuk peroksida.
Prosedur ini mengubah MEKPO menjadi garam yang larut dalam air dan dapat dibuang sebagai limbah yang tidak berbahaya (dengan cara normal) (SPI, 2012). Berikut beberapa sifat dari katalis mekpo yang digunakan.
Tabel 2.3. Sifat dan Wujud dari Katalis Metil Etil Keton Peroksida (MEKPO)
No. Sifat dan Wujud Keterangan
1. Wujud dan bau cairan bening dan sedikit berbau
tajam
2. Titik leleh/ lembek cair pada suhu normal
3. Titik nyala 82oC
4. Berat Jenis 1.11 g/ml
5. Kelarutan dalam air kurang dari 1% pada 25oC
6. Sifat korosif tidak korosif
2.8. Resin Phenol alkali dan Ester
Resin phenol yang bersifat basa diperkenalkan kepada industri pengecoran 20-30 tahun yang lalu sebagai lebih ramah lingkungan proses untuk yang digunakan pada saat itu. Penerimaan dan teknis kemajuan selama tahun-tahun berikutnya telah mengakibatkan penggunaannya yang luas dan memiliki perbaikan kondisi kerja bagi operasi pengecoran di kedua pencampuran dan casting stasiun. Perbaikan dalam teknologi resin dan teknik reklamasi selama ini periode juga telah signifikan untuk pengikat phenoli basa sehingga proses yang paling dapat diterima untuk berbagai jenis casting dan ukuran. Mekanisme phenol ester dengan basa dimulai oleh ester bereaksi dengan alkali dalam resin phenoli, untuk membentuk alkali garam logam dari komponen asam dari ester, yang melepaskan komponen alkohol.
Untuk mengubah waktu reaksi dan kecepatan kelas ester dapat diubah dan ester yang digunakan dapat dicampurkan pada rasio yang berbeda untuk memberikan yang diinginkan. Dibandingkan dengan sistem furan mana jumlah katalis asam yang digunakan akan menentukan waktu strip, katalis ester adalah tambahan tetap 20% sampai 25% berdasarkan berat bahan pengikat.
Pengecoran menggunakan ester sistem phenoli basa sering menggabungkan blender katalis, di mana ester cepat dan lambat yang dicampur dengan menggunakan dua pompa di mixer untuk memberikan waktu yang diinginkan set. Tergantung pada gaya unit blender ini dapat dilakukan otomatis (DUOMIX system), dimana pasir dan ambien suhu diperhitungkan ketika menentukan rasio cepat dan ester lambat untuk memberikan waktu jalur yang diinginkan, atau sistem manual, di mana operator mixer menyesuaikan campuran.
Keuntungan dari sistem ini adalah untuk mempertahankan produktivitas cetakan sebagai ukuran kotak dan perubahan suhu. Selama 10 tahun terakhir resin fenolik alkali telah membaik sangat dengan penurunan viskositas resin, yang membantu segi pasir dan obligasi kekuatan. Hal ini memungkinkan penambahan resin yang lebih rendah untuk digunakan dengan lebih tinggi tingkat reklamasi. Yang
ditingkatkan melalui tingkat kesembuhan berarti sistem ini dapat digunakan untuk garis cetakan otomatis dengan relatif strip cetakan kali cepat.
Gambar 2.4 Reaksi resin phenol alkali dengan ester pada suhu kamar
Prinsipnya yaitu pengikat adalah viskositas rendah, sangat alkali fenolik resol pengeras resin, ester adalah organik cair. Pasir dicampur dengan pengeras dan resin, biasanya dalam mixer terus menerus. Kecepatan pengaturan dikendalikan oleh thetype ester yang digunakan. Pasir: Dapat digunakan dengan berbagai pasir termasuk zirkon, chromite dan asam pasir permintaan tinggi seperti olivin. Resin Selain itu: 1,2-1,7% tergantung pada kualitas pasir, pengeras 18-25% didasarkan pada resin. (Brown, 1994)
Tabel 2.4. Sifat dan Wujud dari Resin Phenol alkali (FOSECO)
No Sifat dan wujud Keterangan
1 Jenis Modifikasi resin phenol alkali
2 Wujud dan bau Cairan merah dan sedikit bau
K/NaOH2C Na/K CH2ONa/K CH2ONa/K Na/kOCH2 CH2ONa/K + H2C - O - C - CH3 R Na/kOCH2 RCOONa/K H2C H2C ALKOHOL
3 Viskositas 100 sentipoise
4 Berat jenis 1,255
5 pH 13,0-13,5
6 Phenol yang lepas Max 0.2%
7 Formadehid yang lepas Max 0.2%
Proses ester phenol ini adalah teknik kotak dingin dengan didasarkan pada katalis basa resin phenol yang kemudian mengeras oleh uap dari ester volatil yaitu metil format. Keuntungan dari sistem ini adalah toksisitas yang rendah, bau yang rendah dan permukaan akhir yang sangat baik dalam pengecoran akhir. Proses ini terdiri dari jenis resin phenol basa dengan penambahan ester organic yang di formulasikan khusus. Lingkungan proses dengan emisi asap rendah yang dapat diterima pada proses pencampuran dan pengecoran. Sistem ini digunakan secara luas terutama pada pengecoran baja, dimana permukaan sangat baik setelah selesai produksi (Burn, 1986).