Analisis Lengkap Material PET

Saat Anda mengambil sebotol air mineral dari rak supermarket, Anda mungkin tidak menyadari bahwa di balik botol yang ringan dan transparan ini terdapat revolusi dalam ilmu material. Polyethylene terephthalate, salah satu bahan polimer terpenting dalam industri modern, telah menyebar secara diam-diam ke setiap aspek kehidupan manusia.

Dari film transparan yang membungkus makanan hingga lapisan isolasi yang melindungi komponen elektronik, dari serat tekstil hingga suku cadang otomotif, bahan serbaguna ini membentuk kembali dunia material kita dengan kecepatan yang mencengangkan. Dengan kapasitas produksi global tahunan yang melebihi 110 juta ton, PET bukan hanya kekuatan utama dalam industri pengemasan tetapi juga bahan dasar yang sangat diperlukan di bidang teknologi tinggi.

Informasi Dasar Bahan PET

PET, nama kimia untuk polyethylene terephthalate, terdiri dari asam tereftalat dan etilen glikol, yang terbentuk melalui reaksi esterifikasi dan polikondensasi untuk membentuk rantai polimer linier reguler. Struktur molekul yang sangat simetris ini memberikan kristalisasi yang sangat baik, memungkinkannya membentuk daerah kristal padat di bawah kondisi pemrosesan yang sesuai, menghasilkan sifat fisik yang luar biasa. Produksi PET industri terutama terjadi melalui dua rute proses: transesterifikasi dimetil tereftalat dengan etilen glikol, dan esterifikasi langsung asam tereftalat murni dengan etilen glikol. Keduanya memerlukan beberapa langkah polikondensasi untuk menghasilkan polimer dengan berat molekul mulai dari 20.000 hingga 30.000 g/mol.

PET adalah polimer berwarna putih susu atau kuning muda, sangat kristalin dengan permukaan halus dan kilau seperti kaca. Berdasarkan metode modifikasi dan aplikasi, bahan PET dapat dibagi menjadi tiga jenis utama:

• APET: Bahan amorf, transparan yang terutama digunakan untuk wadah kemasan makanan
• RPET: PET Daur Ulang, diproses melalui sistem daur ulang dan menawarkan keramahan lingkungan yang luar biasa
• PETG: PET menggabungkan komonomer sikloheksanadimetanol untuk meningkatkan transparansi dan ketangguhan pemrosesan

Resin PET telah menjadi salah satu plastik rekayasa yang paling banyak digunakan di dunia. Aplikasinya telah berkembang dari aplikasi serat sintetis awalnya untuk mencakup pengemasan, elektronik, transportasi, dan sektor-sektor utama lainnya. Kapasitas produksi global diproyeksikan melebihi 110 juta ton pada tahun 2025.

Properti Inti Bahan PET

Popularitas PET di industri berasal dari kombinasi sifatnya yang sangat seimbang. Dalam hal sifat fisik dan mekanik, PET menunjukkan kekakuan tinggi, kekerasan tinggi, dan stabilitas dimensi yang sangat baik. Kekuatan lenturnya dapat mencapai 148-310 MPa, dan kekerasan Rockwell-nya mencapai M90-95, menunjukkan ketangguhan tertinggi di antara termoplastik.

(1) Sifat Fisik

Tabel 1: Properti Fisik Utama PET

(2) Sifat Termal

PET dapat digunakan jangka panjang pada suhu hingga 120°C. Versi yang diperkuat bahkan dapat menahan perendaman dalam bak solder 250°C selama 10 detik tanpa deformasi. Ketahanan panas ini memberikan keunggulan yang tak tergantikan di bidang penyolderan elektronik. Sifat isolasi listriknya juga sangat baik, tetap stabil bahkan di lingkungan bersuhu tinggi dan frekuensi tinggi. Namun, ketahanan koronanya relatif terbatas.

Stabilitas Kimia

PET menunjukkan ketahanan cuaca dan kimia yang sangat baik, dengan ketahanan yang baik terhadap asam lemah dan pelarut organik. Namun, ia rentan terhadap korosi oleh basa kuat, dan perendaman yang lama dalam air panas juga dapat menyebabkan degradasi kinerja.

Film PET – Film Poliester Berorientasi Dua Arah

Di antara banyak bentuk PET, film poliester berorientasi dua arah memiliki tempat khusus. Diproduksi melalui proses peregangan presisi, film ini, biasanya setebal sekitar 0,012mm, memiliki kekuatan fisik yang luar biasa.

Klasifikasi Proses Produksi

• Film berorientasi dua arah: Film berkinerja tinggi yang dibuat dari bahan “berkilau” dengan kemurnian tinggi yang direntangkan ke arah longitudinal dan melintang, mendominasi pasar.
• Film berorientasi satu arah: Bahan semi-matte dengan penambahan titanium dioksida hanya direntangkan ke arah longitudinal. Kualitasnya lebih rendah dan hemat biaya, terutama digunakan untuk pengemasan farmasi.

Kinerja luar biasa dari film BOPET berasal dari proses pembuatannya yang unik. Film pertama-tama diekstrusi menjadi lembaran tebal dan amorf pada suhu 280°C. Setelah didinginkan, ia memasuki tahap peregangan: meregangkan sekitar 3 kali ke arah longitudinal pada suhu 86-87°C dan 2,5-4 kali ke arah melintang pada suhu 100-120°C. Akhirnya, diatur pada suhu 230-240°C. Proses ini menghasilkan orientasi rantai molekul tingkat tinggi, memberikan film ketangguhan yang luar biasa: kekuatan tarik sebanding dengan logam, bersama dengan ketahanan abrasi yang sangat baik, ketahanan lipat, dan ketahanan sobek. Ia memiliki penyusutan panas yang minimal, transmisi cahaya >90%, dan permukaan seperti cermin.

Tabel 2: Klasifikasi dan Aplikasi Film PET berdasarkan Aplikasi

Aplikasi Bahan PET

Luasnya aplikasi PET sangat mencengangkan, mencakup hampir setiap area utama industri modern.

• Industri Pengemasan: 70% dari produksi PET global digunakan untuk pengemasan. Botol minuman berkarbonasi dan air mineral adalah aplikasi terbesarnya, dengan aplikasi yang berkembang ke botol minyak goreng, botol bumbu, dan botol farmasi. Botol PET 500ml hanya memiliki berat sekitar 18 gram, 80% lebih ringan dari botol kaca, namun dapat menahan tekanan internal hingga 150 psi. Film pengemas makanan memanfaatkan penghalang oksigen yang tinggi dan sifat tampilan yang transparan.
• Di sektor elektronik dan kelistrikan: Isolasi dan ketahanan panas PET yang sangat baik digunakan untuk memproduksi berbagai film isolasi, dielektrik kapasitor, dan papan sirkuit fleksibel. Film kelas listrik dapat dikontrol secara presisi hingga ketebalan antara 3,5 dan 125 μm, dengan tegangan tembus melebihi 5 kV. PET yang diperkuat digunakan untuk memproduksi komponen elektronik tahan suhu tinggi seperti konektor dan kumparan transformator.
• Di industri tekstil: Serat PET menyumbang lebih dari 50% dari produksi serat sintetis global, dan kekuatan tinggi serta ketahanan kerutnya telah mengubah industri tekstil.
• Di industri otomotif: PET yang diperkuat digunakan untuk memproduksi komponen seperti dudukan lampu, penutup papan sakelar, dan katup, menggantikan logam untuk meringankan bobot.
• Dalam aplikasi khusus: Film pelindung PET viskositas tinggi digunakan untuk melindungi permukaan panel LCD dan layar sentuh, menawarkan ketahanan gores yang sangat baik pada ketebalan hanya 0,05-0,1 mm. Stabilitas dimensi dan transparansinya juga digunakan dalam substrat film fotosensitif. Film aluminium berlapis vakum digunakan untuk tujuan dekoratif dan dalam pembuatan kapasitor.

Plastik rekayasa PET menunjukkan penetrasi luas di berbagai industri: elektronik dan kelistrikan 26%, otomotif 22%, permesinan 19%, dan kebutuhan sehari-hari 10%. Meskipun plastik rekayasa hanya menyumbang 1,6% dari total pasar PET, mereka memiliki konten teknologi dan nilai tambah tertinggi.

Proses Produksi PET

Pembuatan produk PET adalah proses termomekanik yang presisi yang membutuhkan kontrol suhu yang sangat ketat.

(1) Cetakan injeksi

Digunakan untuk produk seperti preform botol dan komponen elektronik. Suhu laras dikontrol secara bertahap: bagian belakang (250-270°C), bagian tengah (265-275°C), bagian depan (270-275°C), dan nosel (280-295°C). Suhu cetakan dipertahankan antara 30-85°C, dengan tekanan balik 5-15 kg/cm². Bahan mentah harus dikeringkan terlebih dahulu pada suhu 120-140°C selama 2-5 jam untuk mencegah kerusakan rantai molekul yang disebabkan oleh hidrolisis.

Proses film berorientasi dua arah

• Pengeringan awal dan ekstrusi leleh: Setelah dehumidifikasi, film yang diiris diekstrusi menjadi lembaran tebal pada suhu 280°C.
• Pendinginan cepat: Pendinginan cepat melalui drum pendingin atau pendingin mempertahankan keadaan amorf.
• Peregangan dua arah: Peregangan longitudinal (86-87°C, rasio peregangan ≈ 3x) → peregangan melintang (100-120°C, rasio peregangan 2,5-4,0x).
• Pengaturan panas: Meredakan tegangan internal pada suhu 230-240°C untuk meningkatkan stabilitas dimensi.

(2) Cetakan tiup

Terutama digunakan untuk produksi botol berongga. Preform dipanaskan kembali hingga di atas suhu transisi kaca dan kemudian ditiup menjadi bentuk menggunakan gas bertekanan tinggi. Proses ini membutuhkan kontrol yang tepat terhadap distribusi suhu dan tekanan tiup untuk memastikan ketebalan dinding botol yang seragam.

(3) Ekstrusi

Menghasilkan profil kontinu seperti lembaran dan tabung. Lembaran tebal diekstrusi melalui T-die untuk pembentukan termal selanjutnya, atau langsung diekstrusi menjadi lembaran untuk pengemasan. Rentang kontrol suhu mirip dengan cetakan injeksi, tetapi metode pendinginan lebih beragam.

(4) Teknologi pemrosesan sekunder
termasuk pelapisan, metalisasi vakum, pencetakan, dan pengelasan, selanjutnya memperluas batas aplikasi PET.

Tantangan Keberlanjutan dan Masa Depan

Jejak lingkungan dari bahan PET menjadi perhatian yang berkembang. PET tradisional bergantung pada bahan baku berbasis minyak bumi dan membutuhkan waktu lebih dari 400 tahun untuk terdegradasi secara alami. Sementara tingkat daur ulang botol PET global adalah sekitar 58%, sejumlah besar limbah masih masuk ke lingkungan.

(1) Inovasi teknologi mendorong transformasi hijau

• Daur ulang mekanis melibatkan penghancuran dan pembersihan botol PET bekas, kemudian melelehkan dan memelletnya untuk digunakan dalam serat atau pengemasan yang tidak bersentuhan dengan makanan.
• Depolimerisasi kimia mengurangi PET menjadi monomernya, yang kemudian dipolimerisasi kembali untuk menghasilkan rPET kelas makanan.
• PET berbasis bio menggunakan bahan baku biomassa untuk menggantikan minyak bumi. Misalnya, PlantBottle Coca-Cola menggunakan etanol tebu untuk menghasilkan etilen glikol, mengurangi emisi karbon sebesar 30%.

(2) Di garis depan kinerja material

PET yang dimodifikasi nano, dengan menambahkan partikel anorganik 1-100nm, memberikan fungsionalitas baru seperti sifat antimikroba dan penghalang tinggi sambil mempertahankan transparansi tinggi. Kopoliester yang dapat terdegradasi ditingkatkan melalui desain molekul untuk meningkatkan keramahan lingkungan. Paduan berkinerja tinggi sedang dikomposisikan dengan bahan seperti PC dan PA untuk mendorong batas kinerja bahan tunggal.

Dengan lonjakan permintaan rPET kelas makanan, komersialisasi teknologi daur ulang “botol-ke-botol” yang canggih sedang dipercepat. Pasar PET global diproyeksikan mencapai $62 miliar pada tahun 2030, dengan rPET kelas makanan sudah dihargai lebih dari 50% lebih tinggi dari bahan baru.

Dari botol minuman yang ringan namun tahan lama hingga film kapasitor berukuran mikron, dari pakaian sehari-hari hingga komponen tahan panas di kompartemen mesin mobil, PET, bahan serbaguna, telah terintegrasi secara mendalam ke dalam kehidupan modern. Ia mencapai keseimbangan yang kompleks antara kinerja dan biaya, transparansi dan kekuatan, serta kekakuan dan ketangguhan, menjadikannya andalan dalam revolusi pengemasan.

Dengan terobosan dalam teknologi daur ulang dan inovasi dalam bahan berbasis bio, polimer yang lahir di laboratorium ini sedang mengeksplorasi kemungkinan baru untuk pembangunan berkelanjutan. Kisahnya masih jauh dari selesai—selama dekade berikutnya, teknologi PET akan terus mendefinisikan kembali batas-batas industri dan kehidupan, dengan fokus pada keramahan lingkungan dan kinerja tinggi.