Kemenangan Polycarbonate: Bagaimana Inovasi Tahun 1950 Mengubah Bahan Modern (Bagian 11)
Selama tahun 1930, industri polimer mengalami pertumbuhan, dengan PVC, polystyrene, polietilena, akrilik, dan selulosik yang dapat dicetak bergerak dari keserempatan laboratorium ke produk komersial.
Pada tahun 1940, daya tahan retak polystyrene ditingkatkan dengan mencampur dengan karet butadien—pada biaya transparansinya. Kopolimerisasi polystyrene dengan akrilonitril menghasilkan SAN, bahan yang jernih, tahan panas dan kimia. Menambahkan butadien lagi menghasilkan ABS, yang mengorbankan kejelasan untuk keawetan.
Polycarbonate telah menjadi pilihan bahan di mana transparansi, tahan panas, dan keawetan diperlukan. (Foto: PolyOne)
Polimer transparan awal terbagi menjadi dua kelompok: jenis keras dan rapuh seperti SAN dan akrilik, dan selulosik yang lunak dan tahan retak. Akrilik, diperkenalkan oleh kimiawan seperti Otto Rohm, muncul sebagai alternatif yang aman dan tahan cuaca dari kaca. Tahun 1950, namun, menghadirkan kemajuan kimia yang akan menentukan ulang bidang—polycarbonate.
Jalur polycarbonate ke pasar mencerminkan banyak polimer lain: siklus pengembangan yang panjang dengan awal palsu dan penemuan kebetulan yang akhirnya bersatu di seluruh dunia. Meski debut komersialnya dicatat pada akhir tahun 1950, sintesis laboratorium pertama berlangsung pada tahun 1898, ketika kimiawan Jerman Alfred Einhorn—terkenal karena menemukan procain—mereaksi hidrokinon dengan fosgen untuk membuat pre-polymer. Dekade eksperimen, namun, tidak menghasilkan produk komersial.
Pada tahun 1928, Wallace Carothers dan tim DuPontnya menghasilkan polycarbonate awal saat bekerja pada polyester dan nylon. Meskipun materi Carothers memiliki backbone alifatis, properti termal, mekanis, dan kimia mereka tidak memuaskan, sehingga penelitian disimpan.
Titik balik datang pada tahun 1953 ketika tim Hermann Schnell di fasilitas Uerdingen Bayer menyintesis polimer yang komersial yang kemudian akan diberi merek Makrolon. Seminggu kemudian, Dan Fox di General Electric secara independen menemukan senyawa yang sama saat mengembangkan bahan isolasi kawat baru. Kedua polimer secara kimia identik tetapi berbeda secara struktural: Makrolon Bayer linear, versi GE bercabang.
Kedua varian jernih—awalnya berwarna kuning hingga 1971, ketika pengotor dihilangkan. Suhu transisi kaca mereka melebihi polimer transparan yang ada sekitar 50 °C (90 °F), dan mereka menunjukkan duktilitas yang tak tertandingi. Polycarbonate sehingga memperluas cakupan bahan jernih dan tahan retak di luar batas sebelumnya.
Penemuan yang bersamaan mendorong negosiasi hukum, tetapi tidak seperti sengkla panjang atas HDPE dan PP, penyelesaian yang cepat memberikan prioritas kepada Bayer dan lisensi kepada MGE. Meskipun pemasaran GE pada tahun 1970 dan 1980 membuatnya tampak sebagai pemilik eksklusif, Bayer akhirnya memegang hak pertama.
Selama kunjungan tahun 1978 ke Pittsfield, Massachusetts, saya mencatat kontras yang tajam antara divisi transformator daya dan ordensi laut yang sederhana GE dan divisi plastik yang dihiasi mewah, petunjuk visual di mana keuntungan sebenarnya berada.
Saat ini, tidak Bayer maupun GE memegang hak eksklusif. GE menjual Divisi Plastiknya ke Saudi Arabia Basic Industries (SABIC) pada 2006, dan Bayer memisahkan minat polimer ke Covestro pada 2015, mencerminkan perpindahan industri yang lebih luas dari pertumbuhan cepat ke operasi intensif modal yang matang.
Produksi dimulai di Bayer pada 1958 dan di GE pada 1960. Polycarbonate dengan cepat menemukan tempat di elektronik, konstruksi, kemasan makanan, otomotif, penerbangan, dan peralatan medis—aplikasi apa pun yang menuntut kejelasan dan keawetan. Kacamata, kaca depan, pelindung selamat, dan kabin kokpit pesawat menjadi komponen PC standar. Fleksibilitas manufaktur memungkinkan film, blow-molded, extruded, injection-molded, dan termoformed parts.
Pada tahun 1981, PC memasuki arena penyimpanan data dengan kompak disc pertama, segera diikuti oleh DVDs. Suhu transisi kaca yang tinggi menjadikannya ideal untuk sterilisasi uap, sementara backbone aromatik dan struktur amorfnya cocok untuk sterilisasi gamma dan e-beam. Grade spesial sekarang memenuhi standar biocompatibilitas dan kontak makanan; grade stabilized UV memperpanjang penggunaan outdoor, dan grade retardasi api pertama kali diperkenalkan pada 1970.
Polycarbonate sering dicampur untuk meningkatkan performa. Blends dengan ABS, SAN, ASA, polyester, dan polyurethan telah memperluas spektrum aplikasinya. Produksi global mencapai 10 miliar lb pada 2016. Kopolimer dengan polyester mendorong suhu operasi mendekati 200 °C (392 °F), dan menggabungkan kimia siloxane meningkatkan resistensi terhadap hidrolisis dan kericau stres lingkungan.
Meski keberhasilannya, perjalanan polycarbonate tidak bebas dari tantangan—yang akan kita jelajahi dalam installmen berikutnya.
TENTANG PENULIS: Michael Sepe adalah konsultan bahan dan pemrosesan independen berbasis di Sedona, Ariz., dengan klien di seluruh Amerika Utara, Eropa, dan Asia. Dengan lebih dari 45 tahun di industri plastik, ia menasihati tentang pemilihan bahan, desain untuk kemanufakturan, optimasi proses, troubleshooting, dan analisis kegagalan. Kontak: (928) 203‑0408 • mike@thematerialanalyst.com
