PEMBUATAN CAT BESI Proteksi terhadap korosi Alkyd Acrylic Nitroselulose Epoxy Melamin
DAFTAR ISI
Ucapan terima kasih Kata Pengantar BAB I
Pendahuluan
BAB II
Bahan Penyusun Cat
BABIII
Pelarut
BAB IV
Binder
BAB V
Pigment
BAB VI
Plasticizer
BABVII
Dryer
BAB VIII
Aditif
BAB IX
Mesin Produksi
BAB X
Quality Kontrol
BABXI
Metode Aplikasi
BAB XII
Problem permukaan pada Cat, Varnish dan Lacquer
BAB XII
Prinsip Formulasi Cat
Daftar Pustaka Lampiran
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Pengertian cat Cat adalah suatu produk yang berfungsi untuk melindungi (proteksi) dan atau menghiasi (dekorasi) dengan atau tanpa warna (transparan) suatu objek atau permukaan dengan cara mengkovernya dengan suatu lapisan. Cat dapat diaplikasikan ke hampir seluruh objek, pada tembok, kayu, logam, plastik, kanvas sampai pada permukaan jalan raya. Terdapat lima komponen utama pada cat, yaitu diluent (pelarut), binder (pengikat), pewarna, ekstender, dan aditif. Binder adalah yang paling penting keberadaannya, binder adalah bagian dari cat dimana pada akhirnya membentuk suatu lapisan film cat yang kering. Fungsi diluent adalah untuk mengatur kekentalan dari cat. Diluent adalah bersifat menguap dan tidak ikut terbentuk menjadi lapisan film. Fungsi aditif adalah bermacammacam, aditif adalah suatu komponen yang ditambahkan pada cat yang berfungsi untuk menambah atau meningkatkan properti (sifat-sifat/fitur-fitur kepemilikan) dari suatu cat, seperti kilap tidaknya, daya sebar pigmen, stabilitas, dan lain-lain. Pewarna berfungsi sebagai penyedia warna pada cat, pewarna bisa sebagai pigmen atau dye. Jika cat tidak diberi pewarna, maka cat dapat dikatakan sebagai cat vernish atau clearcoat. Ekstender atau filler berfungsi untuk meningkatkan ketebalan dan kekerasan lapisan film cat dan juga sebagai pemurah (bulking agent).
1.2 Sejarah Industri cat adalah salah satu industri tertua di dunia. Sekitar 20.000 tahun lalu, manusia yang hidup di gua-gua menggunakan cat untuk kegiatan komunikasi, dekorasi dan proteksi. Mereka menggunakan metrial-material yang tersedia di alam seperti arang (karbon), darah, susu, dan sadapan dari tanaman-tanaman yang memiliki warna yang menarik. Yang mengejutkan, cat-cat ini mempunyai keawetan yang baik, seperti yang ditunjukkan pada lukisan gua di Altamira Spanyol, Lascaux Spanyol, cat batu orang Aborigin di Arnhem Land Australia, dan lukisan-lukisan prasejarah lainnya yang ditemukan. Orang-orang Mesir kuno mengembangkan cat menjadi lebih kaya warna, mereka menemukan cat warna biru, merah, dan hitam dengan mengambilnya dari akar tanaman tertentu. Kemudian orang-orang Mesir itu menemukan kasein sebagai perekatnya. Seiring dengan waktu, manusia mulai menemukan minyak tanaman dan resin dari fosil untuk mengganti darah dan susu sebagai perekat cat.
Saat ini walaupun telah ditemukan perekat/resin yang semakin baik dengan berkembangnya teknologi kimia, resin-resin natural hingga kini masih banyak dipakai. Tabel 1.1 menunjukkan perkembangan penemuan pada dunia cat. Tabel 1.1 Perkembangan penemuan pada dunia cat. Tahun Penemuan 1923
Nitrocellulose Alkyd
1924
Titanium Dioksida
1928
Phenolic larut minyak
1930
Alkyd urea-formaldehyde
1933
Kopolimer Vinylchloride
1934
Emulsi basis minyak
1936
Akrilik Thermoset
1937
Polyurethane
1939
Alkyd melamine-formaldehyde
1944
Cat berbasis silikon
1947
Resin epoksi
1950
PVA dan cat akrilik
1955
Powder coating
1958
Cat akrilik untuk otomotif Cat tembok lateks
1960
Cat water-borne
1962
Anodic electrocoating
1963
Cat UV dan EB curing
1971
Cationic eletrocoating
1974
Clear-over-colour topcoat
Kimiawan-kimiawan jaman dahulu mengandalkan bahan natural dan resin dari fosil untuk produk-produk cat. Kemudian muncul usaha-usaha untuk memodifikasi resin natural menjadi resin natural sintetis. Pada suatu penelitian ditemukan bahwa material cellulose dapat dimodifikasi dengan asam nitrat untuk membentuk ester nitrate. Pada 1923 ditemukanlah nitrocellulose sebagai bahan dasar lacquer. Satu penemuan penting adalah ketika platik sintetis untuk pertama kalinya bisa digunakan sebagai material cat, adalah Leo Bakeland yang menemukan resin phenolic, dan
masih digunakan sampai saat ini. Pada 1923 Roy Kienle menemukan resin alkyd, hal ini diikuti dengan penemuan-penemuan penting seperti campuran urea-formaldehyde dan melamine-formaldehyde dicampur dengan alkyd untuk cat-cat otomotif, peralatan, dan industri. Resin alkyd bertahan begitu lama sampai ditemukannya resin akrilik thermoset. Akrilik mempunyai properti yang baik untuk cat otomotif, namun sifat termoplastiknya membuatnya lemah terhadap solvent dan cuaca. Ini semua berubah ketika Strain menemukan akrilik themoset.. Penemuan penting lainnya adalah ketika ditemukan pigmen putih titanium dioxide untuk menggantikan pigmen putih lead yang beracun. Pada 1937 ditemukanlah urethane, 1944 resin silikon, 1947 resin epoksi, 1950 PVAc (Poly Vinyl Acetate), dan seterusnya.
1.3 Aplikasi cat pada kerja besi baja A. Korosi . Korosi disebabkan oleh reaksi logam dengan unsur yang bukan logam dari lingkungannya. Produknya biasanya oksida atau garamnya, yang pada gilirannya turut mempengaruhi jalannya reaksi lanjut. Mengendalikan korosi logam dapat ditempuh dengan berbagai cara. Reaksi korosi dapat dikelompokan atas berbagai jenis, secara umum ada dua macam (sesuai peristiwanya) yakni penggabungan langsung logam (atau ion logam) dengan unsur-unsur bukan logam, serta reaksi pelarutan logam (biasanya dilingkungan berair) lalu bergabung dengan bahan logam membentuk produk korosi (reaksi penggantian). Reaksi langsung disebut juga korosi kering, reaksi penggantian disebut reaksi basah. Reaksi langsung (korosi kering) termasuk oksidasi di udara, reaksi dengan uap belerang hidrogen sulfida dan kandungan udara kering lainya, juga reaksi dengan logam cair misalnya natrium. Reaksi demikian nyata dan lazim pada suhu relatif tinggi. Oksidasi logam sekilas tak tampak melibatkan mekanisme elektrokimia., tapi sebenarnya bentuk korosi itupun tergantung pada mekanisme pertukaran elektron dengan gejala arus listrik pula. Secara sederhana oksigen molekul terserap ke permukaan logam. Lalu mengurai menjadi atom dan mengion. Logamnya juga mengion. Ion logam dan oksida bergabung membentuk lapisan awal oksidanya. Ion logam terus terbentuk di permukaan, elektron berdifusi lewat lapisan oksida mengionkan oksigen di permukaan. Ion oksida berdifusi ke lapisan oksida dan bereaksi dengan ion logam. Lapisan oksida makin tebal. Dapat pula logam yang mengion dan berdifusi kepermukaan hasilnya serupa. Korosi
ini berlangsungnya tergantung pada sifat oksida logam seberapa permeabel dan berapa kuat ikatannya ke permukaan logam. Korosi dapat ditiadakan bila tidak terdapat elektrolit suatu hal yang sulit karena korosi adalah suatu gejala galvanik. korosi dapat terjadi bila ada dua logam yang berlainan. Oleh para ahli hal ini biasanya akan dihindari misalnya baut kuningan cincin baja. Suatu hal yang kadang kurang dipahami ialah kenyataan bahwa dalam suatu bahan tertentu terdapat katoda dan anoda karena struktur mikro, konsentrasi tegangan atau heterogenitas elektrolit. Hal yang perlu diperhatikan bila akan mengendalikan korosi adalah sebagai berikut: 1. Mengadakan lapisan pelindung Melindungi permukaan logam adalah cara pencegahan korosi tertua dan yang biasa diterapkan tetapi perlindungan tidak terbatas dengan bahan organik saja. Contohnya timah putih dapat digunakan sebagai lapisan "inert" pada permukaan baja. Lembaran tembaga, lembaran nikel, lembaran perak merupakan permukaan yang tahan korosi. Logam dapat dilapisi dengan logam lainnya dengan proses pencelupan ke dalam logam cair proses ini disebut galvanisasi. Bahan keramik inert dapat juga digunakan sebagai lapisan pelindung. Sebagai contoh enamel adalah lapisan oksida berbentuk serbuk gelas dan cairan, sehingga terbentuk lapisan seperti kaca. Pada lapisan organik misal lapisan cat mengisolir logam dibawahnya dari elektrolit yang dapat menimbulkan korosi. Batas keampuhan cara ini ditentukan oleh perilaku lapisan pelindung ini selama pemakaian. Lapisan organik ini tidak tahan suhu tinggi dan gesekan. Pada gejala pasivasi dimana beberapa jenis logam membentuk lapisan pelindung seperti contoh (logam alumunium dan baja tahan karat) mungkin terpasifasi karena bereaksi dengan oksigen pada permukaan terbentuk lapisan pelindung logam yang terisolasi listrik tidak mungkin terkorosi. Selaput lapisan ini sangat penting khususnya untuk alumunium dan baja tahan karat yang mengandung krom, inhibitor adalah ikatan-ikatan tertentu yang ditambahkan pada elektrolit untuk membatasi korosi bejana logam inhibitor karat banyak digunakan untuk menghambat korosi dalam radiator kendaraan bermotor. Inhibitor terdiri dari anion atom ganda yang dapat masuk ke permukaan logam dan dengan demikian menghasilkan selaput lapisan tunggal yang kaya oksigen. Selaput ini menyerupai lapisan yang terbentuk pada pasivasi. Biasanya inhibitor terdiri dari ikatan yang mengandung kromat, fosfat atau ion elemen transisi lainnya yang mudah teroksidasi. 2. Menghindarkan terjadinya pasangan galvanik. Cara termudah untuk menghindarkan terjadinya pasangan galvanik adalah penggunaan suatu jenis logam saja namun hal ini tidak selalu mungkin. Pada keadaan
khusus terbentuknya sel dapat dicegah dengan isolasi listrik dari logam dengan komposisi yang berbeda. Cara yang lebih sederhana menggunakan baja tahan karat. Ada berbagai jenis dengan kadar khrom yang bervariasi antara 13% sampai 27%. Khrom berguna untuk pembentukan ikatan pada permukaan yang bersifat pasif. Baja tahan karat biasanya mengandung nikel antara 8% sampai 10% nikel lebih mulia dari besi. 3. Perlindungan galvanik Korosi dapat dibatasi dan mekanisme korosi itu sendiri digunakan untuk melindunginya. Contoh yang sangat baik adalah lembaran baja yang di galvanisasi lapisan seng berfungsi sebagai anoda yang dikorbankan yang terkikis korosi sendiri bajanya tetap utuh. Metoda ini dapat digunakan untuk pemakaian lainnya.
Gambar 1.1 Tiger bush contoh anode yang dikorbankan a. Lempeng magnesium (Mg) dalam tanah sepanjang jalur pipa. b. Lempeng seng pada badan kapal. c. Batang magnesium (Mg) dalam tangki air panas di industri. Anoda yang dikorbankan ini dapat digantikan dengan mudah. Benda atau alat itu sendiri menjadi katoda. Metoda perlindungan galvanik kedua adalah penggunaan tegangan terpasang pada logam. Baik metoda anoda yang dikorbankan maupun metoda tegangan terpasang berkerja berdasarkan prinsip perlindungan yang sama yaitu dihasilkan elektron tambahan sehingga logam menjadi katoda dan reaksi korosi tidak terjadi.
Gambar 1.2 Pipa yang menjadi katoda Keterangan :
Tegangan terpasang sumber tegangan arus searah yang kecil cukup mampu menghasilkan elektron. Sedemikian hingga benda (pipa) menjadi katoda.
B. Posfating Terutama digunakan sebagai coating dasar sebelum pengecatan atau digunakan untuk pelumasan selama penggambaran dan menambah ketahanan korosi. Apabila permukaan logam seperti besi diekspos dalam lingkungan yang korosif dalam keadaan asam, permukaan logam terlarutkan dan terbentuk produk korosi yang taklarut. Produk terakhir menjadi endapan dipermukaan logam. Asam fosfat mempunyai keunggulan dan kelebihan sifat seperti itu. Besi fosfat yang terbentuk karena proses korosi terendapkan permukaan besi dalam bentuk kristal besi fosfat mempunyai kecenderungan untuk melindungi permukaan dari serangan lebih lanjut dan juga lebih menonjol sebagai permukaan yang rekat untuk pengecatan atau pelapisan organik. Kenyataannya produk fosfat dapat merupakan campuran garam seperti seng, mangan. Walaupun lapisan fosfat lebih baik untuk alas cat tetapi kerugian konduktifnya harus dipertimbangkan. Lapisan fosfat memperlambat laju korosi logam dibawahnya sehingga menjadi tanggul aliran arus korosi. Ada tiga jenis lapisan fosfat yaitu besi fosfat, seng fosfat dan mangan fosfat. Yang paling sederhana adalah besi fosfat karena logam dasar sebagai pensuplai kation untuk pembentukan selaput fosfat. Besi dan seng fosfat dipakai bersama dengan semprotan atau pencelupan. Mangan fosfat penggunaannya hanya dengan pencelupan saja. Produk lapisannya antara lain, Fe3 (PO4)2.8H2O dan Fe3O4, Sedang untuk seng dan mangan
produknya adalah : Zn2Fe (PO4)2.4H2O dan Zn3Fe (PO4)2.4H2O, Kondisi fosfat yang terbaik pada pH.3,1 - 3,4 Kegunaan fosfating -
Posfat besi, Untuk melindungi filing kabinet, mebel, dan sebagai alas pengecatan.
-
Posfat seng, Untuk persiapan auto mobil dan bodi truk dan penerapan sebelum pengecatan.
-
Posfat mangan, Untuk permukaan gesekan dan laker seperti pada ring piston, gear, tidak untuk alas pengecatan.
C. Cat sebagai Lapisan pelindung terhadap korosi. C.1 Protective mechanisms Coating steel with a firmly adhered material such as zinc which is more anodic than iron prevents the corrosion process from occurring. While zinc inherently degrades less rapidly than steel, painting retards the atmospheric attack on zinc so much that the durability of painted galvanised steel exceeds the combined lifetimes of painted bare steel and unpainted galvanising by a factor of 1.5 or more.
In some situations, galvanic protection may be employed by attaching blocks of zinc or other metal at points (rather than in a continuous layer) to the steel and continuously passing an electric current through the assembly, so that corrosion occurs only from the protective anode. However, using this system to enhance the performance of a surface coating places the coating itself under stress at thin points. Hydroxyl ions, moisture and hydrogen gas accumulate at cathodic areas, creating both localised alkaline conditions and the potential for blistering. While coatings which operate by a pure barrier effect will retard corrosion, it has been noted that, to establish the effectiveness of the coating as a barrier in general terms (ie, assuming it is bonded effectively to the surface) one should measure not simply its
permeability to water and oxygen but also to ions in solution (whose presence can be detected by a reduction in the impedance of the coating). In addition, tests for potential leaching of components in the presence of moisture, water uptake by the coating and DC current resistance through the thickness of the coating are relevant measures of performance.
The use of accelerated corrosion testing is (as with accelerated weathering) essential but not entirely satisfactory. Many pigments owe their protective effects to their ability to undergo reactions in the presence of corrosive salts. Accelerated saltspray tests will give favourable results from pigments which react rapidly (and may therefore have a short working life) but may give unrealistically poor results from coatings containing pigments such as zinc phosphate which respond relatively slowly and are 'overwhelmed' by the test conditions but work effectively under normal exposure conditions. C.2. Resin systems A wide range of binders is used in anticorrosive paints, and indeed it may be assumed that any binder which is relatively inert and durable has applications in this area. A number of commonly used binders are listed in the table below purely as examples, but this is far from being a 'complete' listing.
Binder type Acrylic copolymer
Curing agents
Waterborne, solventborne or 100% solids
Often physical drying only
WB, SB
Alkali silicate Alkyd Chlorinated rubber Epoxy ester Ethyl silicate Moisture cured PU Polysiloxane Polyurea
Water evaporation /reaction with zinc Metal soaps
WB Normally SB
Physical drying
SB
As alkyds Reaction with zinc
SB SB
Ambient moisture
SB
Self-crosslinking Isocyanate Isocyanate, polyamide, Two-pack epoxy ketimine or polyamine cure Two-pack Isocyanate polyurethane
SB SB or 100% WB, SB, 100% SB or 100%
Table 1 : Examples of binders used in anticorrosive coatings Understanding the nature of the coating can be critical to achieving good performance. Too high a film build may cause solvent blistering or cure problems (and 'too high' can vary from 10-12 µm for PVB etch primers to 500 µm or more for high-build epoxies). Additionally, while high humidity can retard drying or cause coating failures in waterborne systems, systems such as single-pack urethanes and ketimine-cured epoxies positively demand sufficient water in the air to achieve curing. C.3. Protective pigments Zinc-rich coatings incorporating very high levels of metallic zinc can under favourable circumstances provide a maintenance-free coating lifetime of up to 25 years, comparable to or exceeding the performance of galvanising. Indeed, one pipeline in Australia still has its original coating, applied more than 50 years ago, in good condition with only localised repair work. This kind of performance can only be achieved by using low levels of binder, yet establishing maximum adhesion to the substrate. Inorganic paints using alkali-metal silicates (waterborne) or ethyl silicate (solventborne) binders can perform extremely well in marine atmospheres, and have no rivals where single-coat systems are required and aesthetics are unimportant, but the initial drying conditions may be critical to achieving good performance and the highly alkaline system is liable to cause problems when overcoating.
During drying of these coatings, zinc silicate is formed, the silicate molecules precipitate out of solution to form a hard coating and reactions with iron also occur, improving the bonding of the coating to the substrate. Organic zinc-rich coatings are preferred where the system is to be overcoated. Chlorinated rubbers, polystyrene, moisture-curing urethanes and alkyds have all been used as binders, but the most commonly used systems today are based on epoxy resins. Barrier pigments. Many pigments operate mainly by offering "passive protection", enhancing the barrier effect of the coating. Mica, aluminium, glass flake and micaceous iron oxide (MIO) are all widely used. Their effectiveness depends on the fact that they have a lamellar, flake form and will normally align themselves more or less parallel to the surface of the coating. This reduces water and ionic permeability by forcing ions or water molecules to take an indirect path from surface to substrate (see figure). Talc, usually classed as an "extender" rather than a primary pigment, is also commonly found in anticorrosive paints, because it is both highly inert and has a lamellar form.
Figure 1: Lamellar extender (Top) showing barrier effect reducing moisture penetration, with near spherical particles (below) for
comparison.
MIO is a highly effective anticorrosive pigment which has been used in coatings for more than 100 years. In volume terms, MIO accounts for only 1% of the world's demand for iron oxides - about 15 000 tonnes per year - but prices for the lamellar grades which give the best performance are relatively high for a natural pigment, at around $300 per tonne. There is currently a trend to blend this material with non-lamellar MIO which can be readily obtained for a tenth of the price. Although micronised grades have been introduced to allow the material to be used in thinner coatings, demand is relatively static, due to competition from glass flake in highbuild coatings, the introduction of more effective lower-build coatings based on more advanced binders, and a trend towards the construction of bridges in concrete rather than steel. Of the other common barrier pigments, mica is almost totally inert chemically and is resistant to high temperatures. Aluminium flake is sensitive to moisture and alkaline conditions. Stainless steel flake finds some applications, but is relatively expensive. Glass flake is popular in high-build coatings for heavy-duty applications.
Primary grinding by the manufacturer of lamellar pigment is usually aimed at producing the thinnest flakes possible, but subsequent grinding during paint manufacture may break down the platelets, and then as the particle size is reduced, the effectiveness decreases as the 'labyrinth' effect is reduced. The bonding between pigment particles and resin is critical to achieving an effective barrier. It will be affected by surface treatment and the choice of dispersing surfactant and
not necessarily in ways that might be expected. Improving the bond creates an impermeable layer around the particles and so effectively enlarges the volume occupied by the filler. While this reduces the permeability of the coating, it is also liable to increase internal stresses and in that way reduce adhesion to the substrate, increasing the risk of coating failure. C.4.Active protection pigments Various forms of lead and chromate pigments have traditionally been used to provide effective corrosion protection, but current legislation greatly restricts their use. With their departure, zinc phosphate has established a strong position as an active pigment in anticorrosive primers. It is considered to have three protective mechanisms: •
formation of a protective anodic film;
•
phosphate ion donation to the substrate;
•
formation of anticorrosive complexes with certain binders.
While zinc phosphate has proved effective in real-world situations, as already noted, it is often found to perform poorly in accelerated humidity or saltspray tests. It appears that the material is not able to leach and react rapidly enough to respond to such severe environments, but under practical conditions its response to corrosive attack is perfectly adequate. Thus, when suppliers of proprietary modified zinc phosphate pigments claim superior performance for their products, one must ask whether the results obtained in accelerated tests will be reflected in improved performance in practice!
Zinc phosphate modifications include, for example, aluminium zinc phosphate, zinc molybdate phosphate and zinc silicophosphate hydrate.
Some of the difficulties that can occur in evaluating active pigments are illustrated by tests on zinc polyphosphate. This was prepared by reaction between sodium tripolyphosphate and zinc nitrate. The resulting pigment (which incorporated a small amount of residual sodium) was found to perform effectively at low additions in alkyd paints, but less effectively in epoxy paints. It is suggested that there may be, on the one hand, synergistic reactions between the zinc and alkyd resins, and on the other, a degree of incompatibility between the pigment and the epoxy resin system. Again, zinc oxide can be added in small quantities along with other actives, but must be used with care as it has the effect of increasing the crosslink density of alkyd and other binders, increasing their hardness but also making the system more brittle. An additional protective effect in topcoats results from its UV absorption properties. Calcium-exchanged silica represents a different approach to corrosion protection. This type of pigment has a small particle size, low density and contains about 6% calcium by weight. It is manufactured by an ion-exchange reaction on silica gel particles. Its protective action is believed to be an ion-exchange process, in which corrosive salts penetrating the coating are immobilised on the silica substrate while both calcium and silica ions are released and migrate towards the substrate, (though this mechanism has been disputed). The pigment has the unusual property of releasing its inhibiting components only in response to corrosive attack, thus minimising losses by leaching, and appears to be at least as effective as zinc phosphate. Because of its low density and high active surface area, it is generally considered that the amount required in a formulation corresponds to the volume, rather than the weight, of zinc pigment replaced. It appears to combine well with other types of protective pigments, but it should be noted that it is highly alkaline, and therefore problems may occur with acidbearing binder systems. While most corrosion inhibitors are solids, a number of liquid materials may be combined with them. Many are amine salts of some form, others are organic acids, and consideration therefore has to be given to potential reactions with the binder system or pigments. C.5. Permutations and combinations A number of elements and compounds may be considered to exert some protective effect against corrosion, and this has led to the evolution of a wide range of pigments which turn
out, on examination, to feature the same relatively small range of protective materials in different combinations. Some further examples (necessarily incomplete) may be briefly mentioned: •
Molybdates are effective but expensive, and so usually found in the form of compounds that incorporate other anticorrosive elements such as zinc molybdate, calcium zinc molybdate and zinc molybdate phosphate.
•
Aluminium tripolyphosphate (also available in forms modified with zinc ions or silicate) - the tripolyphosphate ion is able to chelate iron ions, in addition to the protective effect of the phosphate itself.
•
Silicates may be found in the form of combinations such as calcium borosilicate, calcium barium phosphosilicate, calcium strontium zinc phosphosilicate, strontium phosphosilicate, barium phosphosilicate.
•
An oxyaminophosphate salt of magnesium is offered commercially, though it is recommended only for use in solvent-borne primers. With a relatively low specific gravity of 2.2, it can be used at a lower weight addition than zinc-based pigments.3
Beauty is only skin deep, Much of the effort (and pigment) that is put into an anticorrosive paint essentially has the function of trying to maximise protection of damaged areas of the coating, and in that sense, much of it is not required. Then, too, in any protective reaction between pigment and corrosive salts it is the surface of the pigment rather than the entire particle which is involved. Core-shell materials with an inert core have been shown to be an effective way of reducing the quantity of biocide needed to provide protection in antifouling paints. Is it then possible to develop coatings which will have an extended lifetime and make more efficient use of anticorrosive pigments which are often expensive? A number of approaches are under investigation. For example, one commercially available composite pigment comprises 80% ferric oxide with a surface coating of zinc phosphate. It is recommended as a zinc phosphate replacement for anticorrosive primers and fillers. A dual-purpose opacifying and anticorrosion pigment has been produced by coating titanium dioxide first with an anticorrosive layer then with an organic treatment to improve dispersibility. It is claimed that the composite pigment not only provides excellent protection in (for example) coil coating primers but in artificial weathering tests, gave better gloss retention and less chalking than standard titanium dioxide.
One evident problem with two-phase materials such as these is that excessive grinding will destroy their effectiveness.
BAB II BAHAN PENYUSUN CAT
2.1 Pendahuluan Beberapa banyak macam bahan baku terlibat dalam pembuatan cat, tetapi intinya cat terdiri dari padatan (solids) dan cairan (liquids). Dengan bagian padatan tersebut tertahan (tersuspensi) dalam porsi cairan atau carrier. Solids atau padatan adalah bahan yang tertinggal di permukaan setelah bagian liquid menguap. Solids terdiri dari beberapa material, setiapnya didesain untuk menghasilkan beberapa properti dari cat, namun yang utama adalah pigmen (pewarna) dan binder (perekat). Ketika cat diaplikasikan ke permukaan proses pengeringan dimulai. Bagian cair / carrier mulai menguap dan meninggalkan lapisan film, lapisan film terdiri dari binder, aditif dan pigmen. Memahami bagaimana cat mengering adalah sangat penting. Cat mengering pada 2 cara, yaitu penguapan solvent pada cat basis minyak / solvent dan coalesce (persatuan) pada basis latex atau basis air. Pada basis minyak, partikel – partikel cat mulai bergabung dan membentuk partikel yang lebih panjang, proses ini dikenal sebagai chemical bonding (ikatan kimia). Pada cat basis air, pigment, binder dan additive tidak secara kimiawi saling mengikat ketika cat mengering. Namun partikel – partikel bergerak merapat / mendekat / menyatu bersama sama untuk mengisi gap yang ditinggalkan oleh menguapnya partikel air, fenomena ini dikenal sebagai coalescence / penyatuan.
2.2 Pelarut Sebuah cat membutuhkan bagian cair agar partikel pigmen, binder dan material padat lainnya dapat mengalir. Cairan pada suatu cat disusun oleh solvent dan atau diluent. Solvent berasal dari kata dissolve dan diluent berasal dari kata dilute. Keduanya adalah suatu cairan yang mempunyai kemampuan untuk melarutkan (dissolve) suatu material. Keduanya juga dikenal sebagai thinner karena keduanya memiliki kemampuan untuk mengencerkan cat ke kekentalan yang diinginkan. Air meskipun dapat melarutkan substans tidak dianggap sebagai solvent untuk cat karena air tidak melarutkan resin. Air adalah solvent untuk gula karena gula dapat larut oleh air, bukan solvent untuk resin. Air pada latex adalah sebagai pengencer bukan pelarut resin. Solvent yang paling banyak digunakan adalah solvent kimia organik (mengandung karbon). Ini dinamakan solvent organik. Solvent biasanya mempunyai titik didih yang
rendah dan mudah menguap, atau mudah dihilangkan dengan distilasi, sehingga meninggalkan substansi yang dilarutkan. Karenanya kemudian muncul istilah VOC (volatile organik compound) yang artinya kimia organik yang memiliki tekanan uap yang cukup pada kondisi normal untuk menguap dan memasuki atmosfer. Material berbasi karbon seperti aldehid, ketone, dan hidrokarbon adalah VOC. Solvent harus tidak bereaksi kimia dengan material yang dilarutkan. Solvent biasanya adalah bening dan cairan tak-berwarna dan kebanyakan mempunyai bau yang khas. Konsentrasi dari sebuah larutan adalah jumlah material yang dilarutkan dalam volume tertentu suatu solvent. Solubility (tingkat kelarutan adalah) jumlah maksimal suatu material yang larut pada volume tertentu suatu solvent pada temperatur tertentu.
2.3 Binder Binder bertugas merekatkan partikel – partikel pigmen ke dalam lapisan film cat dan membuat cat merekat pada permukaan. Tipe binder dan prosentase binder dalam suatu formula cat menentukan banyak hal dari peforma cat seperti washability (ketahanan saat dicuci dengan air), scrubbability (ketahanan saat digosok), color retention (kekuatan warna) dan adhesi (daya rekat). Binder dibuat dari material bernama resin yang bisa dari bahan alam bisa juga sintetis. Semakin banyak binder atau resin dalam cat, semakin baik catnya, semakin mengkilap, dan semakin tahan lama. Pada cat basis air, resin yang tak larut air diproses secara kimia sehingga dapat larut dengan air, proses ini disebut emulsifikasi. Hasil akhirnya sering disebut dengan latex. Binder atau perekat pada cat dapat sebagai bahan alam / natural dan juga bahan sintetik atau polymer. Polymer sendiri berasal dari kata Yunani poly (banyak) dan meros (part), artinya banyak bagian. Bahan alam contohnya getah damar, gum arab, minyak linseed, dll. Sebenarnya bahan alam juga termasuk polymer namun termasuk polymer alami (natural polymer). Polymer sintetik dibuat dari bahan alam yang dimodifikasi secara kimia (contohnya resin alkyd) dan juga dapat dibuat seluruhnya sintetik (contoh resin phenolic). Resin alkyd dibuat dengan proses esterifikasi minyak linseed atau minyak kastor sehingga hasil akhir binder lebih keras, kuat dan tahan lama.
2.4 Pewarna Penyedia warna pada suatu cat dapat menggunakan pigment dan dapat pula menggunakan dye. Pigment adalah campuran kimia yang menyediakan warna dan tidak larut dalam air. Cat adalah sebuah dispersi dari pigment yang berukuran mikroskopis yang
tertahan dalam suatu carrier / media. Hal ini dapat digambarkan seperti sungai yang menahan pasir, lumpur, dan material lainnya. Sebaliknya, dye larut sepenuhnya dalam air dan menyatu langsung dengan material yang disentuhnya. Pigmen dapat dibagi menjadi 2 yaitu organik dan non organik. Pigmen non organik dibuat dari beberapa logam (oksida logam) sementara pigmen organik dibuat dari bahan minyak bumi (carbon based). Pigmen dapat lebih jauh lagi dibagi menjadi pigmen utama dan pigmen ekstender. Kebanyakan cat mengandung kedua - duanya. Pigmen utama memberikan cat dengan daya tutup dan warna. Pada warna - warna pastel / warna dasar putih, pigmen utama yang paling sering digunakan adalah titanium dioxide yang mempunyai hiding power dan daya pemutih yang kuat. Titanium dioxide tidak digunakan dalam warna-warna gelap, warna merah gelap misalnya menggunakan pigmen iron oxide merah sebagai pigmen utamanya, warna hitam gelap menggunakan pigmen carbon black.
2.5 Ekstender Pigmen ekstender seperti talc, silica, carbonat - carbonat, kaolin clay dan sejenisnya membantu memperkuat pigmen utama (contohnya titanium dioxide ). Namun ekstender tidak berlaku sebagai hiding agent, ekstender membantu menambah volume dan berat cat sehingga harga cat menjadi murah. Pada aplikasi cat kayu, ekstender berfungsi sebagai pengisi (filler) pori-pori kayu.
2.6 Aditif Sebagai tambahan selain liquid, pigment dan binder, suatu cat dapat mengandung satu atau lebih aditif (zat tambahan). Hal ini mempengaruhi properti vital dari cat tergantung dari penggunaan akhir cat. Bentuk beberapa aditif : 1. Dryer
: berfungsi sebagai katalisator agar cat menjadi kering
2. Plasticizer
: berfungsi memperlunak lapisan film cat agar tidak mudah retak
3. Anti-skinning agent: berfungsi mencegah terbentuknya lapisan kulit dalam kaleng. 4. Suspending agent : berfungsi menjaga padatan dalam cat agar tidak memisah/mengendap 5. Ultraviolet absorber: menjaga agar sinar matahari tidak merusak lapisan film cat.
BAB III PELARUT
3.1 Pendahuluan Solvent didefinisikan sebagai suatu substansi yang mempunyai kekuatan untuk melarutkan (dissolving) atau membentuk suatu larutan (solusi) dengan sesuatu. Sebuah solusi didefinisaikan sebagai substansi yang dilarutkan, khususnya dari bentuk padat (solid) atau gas ke bentuk cair (liquid). Pada cat, solvent melarutkan resin dan polimer. Larutan ini memudahkan proses manufaktur dan aplikasi dari cat, dan sebagai hasil dari evaporasi solvent setelah aplikasi cat, memfasilitasi pembentukan film dari cat. Esensinya, solvent mengkonversi agregat dari molekul polimer dan resin ke dalam molekul tunggal atau cluster kecil dari molekul dalam larutan. Dalam sebuah larutan, molekul dari terlarut dan solvent terdispersi satu dengan lainnya. Membentuk larutan adalah proses yang mudah untuk memisahkan molekul. Sejalan ketika solvent menguap setelah aplikasi dari cat, molekul polimer/resin sekali lagi membentuk agregate dan menjadi padat. Film cat dapat mungkin didepositkan sebagai bentuk akhirnya (pengecatan non konvertibel) atau dapat dimodifikasi secara kimia setelah deposisi (pengecatan konvertibel). Oksidasi, pemanasan, dan radiasi adalah contoh cara dimana suatu film dapat dikonversi/diubah secara kimia setelah aplikasi. Solvent adalah aset yang berharga sekaligus jahat pada dunia pengecatan. Berguna, karena memudahkan fabrikasi dari cat, membantu pada saat aplikasi dengna segala macam teknik, mengontrol dan memberi kontribusi pada properti film cat. Solvent menjadi jahat karena hampir semua solvent menguap ke dalam atmosfer dan masuk ke dalam air sebagai limbah beracun.
3.2 Klasifikasi Solvent menurut Bahan Dasarnya Secara garis besar solvent dibagi menjadi dua bagian yaitu solvent hidrokarbon dan solvent oxygenated. Solvent oxygenated juga disebut sebagai ”solvent kimia”, sebuah istilah karena solvent hidrokarbon dibuat hanya dari turunan minyak bumi, dan solvent oxygenated dibuat dari sintesa kimia.
3.2.1 Solvent Hidrokarbon Solvent hidrokarbon hanya mengandung karbon dan hidrogen. Material lain seperti sulfur dan logam berat, yang mungkin ada pada raw material dari solvent dikurangi sampai
bagian perjuta (ppm) atau kurang saat fabrikasi. Terdapat empat kombinasi solvent hidrokarbon komersial, sendiri, atau kombinasi, yaitu : a. hidrokarbon rantai lurus tersaturasi, disebut sebagai parafin linier/normal (-n) b. hidrokarbon rantai bercabang (branched) tersaturasi, disebut isoparrafin c. hidrokarbon siklik tersaturasi, disebut naftena atau cycloparaffin d. hidrokarbon siklik tak-tersaturasi, disebut aromatic Contoh dari tipe-tipenya dapat dilihat pada tabel 24.1
Tabel 3.1 Solvent hidrokarbon komersial Tipe Solvent
Kandungan
Contoh
Straight run
Paraffin linier
SBP (special boiling
petroleum fraction Parafin bercabang
point) naphta White Spirit
Naphtena Aromatik Dearomatized
Paraffin linier
petroleum fraction Parafin
Exxsol D (Exxon Chemical)
bercabang
Shellsol D (Shell
Naphtena
Chemical)
Aromatik 1% Isoparaffinic
Isoparaffin
Isopar (Exxon
fraction
Naphtena 5%
Chemical) Shellsol T (Shell Chemical)
Aromatic fraction
Aromatik
Toluene
99%
Xylene Solvesso (Exxon Chemical) Shellsol A (Shell Chemical)
Naphtenic
Naphtena
Cyclohexane
fraction
95%
Methyl cyclohexane Nappar (Exxon Chemical)
Secara keseluruhan, solvent hidrokarbon mempunyai daya melarutkan yang rendah ke menengah dan hanya melarutkan beberapa resin saja yang dipakai dalam cat. Ini termasuk alkyd, solvent hidrokarbon banyak dipakai pada cat untuk rumah dan industri yang berbasis alkyd. Solvent hidrokarbon tersedia dalam bermacam – macam laju evaporasi. Secara umum solvent hidrokarbon harganya lebih murah daripada oksigenated solvent.
3.2.2 Oxygenated Solvent Oxygenated solvent mengandung oksigen sebagai tambahan dari karbon dan hidrogen. Banyak tipe dari oxygenated solvent yang dipakai dalam cat, tipe – tipe yang utama adalah keton, ester, alkohol, glikol eter, glikol eter asetat. Ini diilustrasikan pada tabel 3.2. Properti oxygenated solvent bervariasi sesuai dengan klasifikasinya. Keton, akan melarutkan resin vinyl, alkohol tidak. Struktur kimia dari solvent juga mempengaruhi properti fisiknya. Alkohol, yang adalah ikatan hidrogen kuat, mempunyai tekanan uap lebih dari tipe – tipe oksigenated yang lain dengan titik didih yang sama. Methyl ethyl keton dan isopropil alkohol adalah contohnya. Keduanya mempunyai titik didih antara 79o C sampai 82o C. Laju evaporasi dari keton adalah dua kali dari alkohol. Secara umum oxygenated solvent lebih kuat dari hidrokarbon, dimana mereka melarutkan beberapa banyak tipe resin dalam cat. Mereka mempunyai berbagai macam tekanan uap, meskipun kuat, grade yang high boiling tidak mempunyai efek yang terlalu buruk terhadap lingkungan. Oksigenated solvent mempunyai bau yang sangat kuat, namun tidak semuanya tidak enak. Secara umum mereka lebih mahal dari solvent hidrokarbon.
Tabel 3.2 Solvent oxygenated Tipe
Formula
Contoh
solvent Keton
Formula
Merk Dagang
methyl ethyl ketone
Ester
n-butyl acetate
Alkohol
isopropyl alcohol
Glikol
ethylene
Butyl
eter
glycol
cellosolve
monobutyl ether Glikol
propylene
Dowanol
eter
glycol
PMA
acetate
monomethyl ether acetate
3.3 Klasifikasi Solvent menurut Fungsinya Terdapat beberapa istilah yang berhubungan dengan kemampuan solvent untuk melarutkan resin yang digunakan pada industri coating, yang utama terdapat empat buah yaitu : 1. Solvent aktif : Solvent yang berdiri sendiri mampu melarutkan resin yang akan digunakan. 2. Latent solvent : Solvent latent bukan solvent aktif untuk suatu resin namun meningkatkan solvency solvent aktifnya. latent solvent efektif dengan nitrocellulose 3. Diluent solvent : Adalah non-solvent untuk resin, dipakai untuk mengu rangi cost dari total solvent dalam sistem. 4. Thinner
: Campuran solvent yang biasanya sama dengan formulasi solvent pada cat
dalam kemasan yang digunakan untuk menurunkan kekentalan. Contoh dari keempat jenis solvent dapat dilihat pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Contoh fungsi solvent Klasifikasi Contoh solvent
Contoh resin yang cocok
Aktif
Hidrokarbon
Alkyd long oil
alifatik
Alkyd short oil, epoksi
Hidrokarbon
Vinyl, urethane, acrylic
aromatik
Nitrocellulose, epoksi
Keton Ester Latent
Alkohol
Nitrocellulose
Diluent
Hidrokarbon
Hampir semua resin
Thinner
Mineral spirit
Long oil alkyd
Polarity, Solubility dan Miscibility Solvent dapat diklasifikasikan secara umum ke dalam 2 bagian yaitu polar (hidrofilia) dan non-polar (lipofilia). Polaritas dapat diukur sebagai konstanta dielektrik atau momen dipole dari suatu campuran. Polaritas dari suatu solvent menentukan. Polaritas dari suatu solvent menentukan campuran macam apa yang bisa dilarutka dan dengan solvent lain atau campuran cairan yang mana suatu solvent dapat bercampur/larut. Aturannya, solvent polar melarutkan campuran polar dengan baik, dan solvent non-polar melarutkan campuran non-polar dengan baik. Campuran polar kuat seperti garam nonorganik (contoh:garam meja) atau gula (contoh : sukrosa) larut hanya pada solvent yang sangat polar, contohnya air. Campuran yang sangat non-polar seperti minyak atau lilin hanya larut pada solvent yang sangat non-polar, contohnya heksana. Sama halnya yang terjadi antara air dan heksana adalah saling tak larut (miscible), dan akan memisah menjadi 2 lapisan meskipun telah diaduk dengan baik.
BOILING POINT Properti penting lain dari solvent adalah titik didih. Ini juga menentukan laju evaporasi. Sepercik solvent dengan titik didih yang rendah seperti diethyl ether, dichloromethane, atau acetone akan mnguap dalam beberapa detik saja pada suhu kamar. Solvent dengan titik didih tinggi seperti air atau dimethyl sulfoxide memerlukan temperatur tinggi untuk menguap.
Protic and aprotic solvents A polar aprotic solvent is acetone (CH3-C(=O)-CH3). In chemical reactions the use of polar protic solvents favors the SN1 reaction mechanism, while polar aprotic solvents favor the SN2 reaction mechanism. Solvent polar dapa lebih jauh lagi di bagi menjadi solvent polar protik dan solvent polar aprotik. Solvent polar protik adalah solvent yang mengandung ikatan O-H atau N-H. Solvent polar aprotik adalah solvent yang tidak mengandung ikatan O-H atau N-H. Air (HO-H), ethanol (CH3-CH2-OH), atau asam asetat (CH3-C(=O)OH) adalah representasi dari solvent polar protic. Contoh dari solvent polar aprotic adalah acetone (CH3-C(=O)-CH3).
Solvent
Chemical Formula
Boiling
Dielectric constant
Density
69 °C
2.0
0.655 g/ml
point
Non-Polar Solvents Hexane
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2CH3
Benzene
C6H6
80 °C
2.3
0.879 g/ml
Toluene
C6H5-CH3
111 °C
2.4
0.867 g/ml
Diethyl ether
CH3CH2-O-CH2-CH3
35 °C
4.3
0.713 g/ml
Chloroform
CHCl3
61 °C
4.8
1.498 g/ml
Ethyl acetate
CH3-C(=O)-O-CH2-CH3
77 °C
6.0
0.894 g/ml
Dichloromethane
CH2Cl2
40 °C
9.1
1.326 g/ml
101 °C
2.3
1.033 g/ml
Polar Aprotic Solvents 1,4-Dioxane
/-CH2-CH2-O-CH2-CH2O-\
Tetrahydrofuran (THF)
/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-\
66 °C
7.5
0.886 g/ml
Acetone
CH3-C(=O)-CH3
56 °C
21
0.786 g/ml
Acetonitrile (MeCN)
CH3-C≡N
82 °C
37
0.786 g/ml
H-C(=O)N(CH3)2
153 °C
38
0.944 g/ml
CH3-S(=O)-CH3
189 °C
47
1.092 g/ml
Dimethylformamide (DMF) Dimethyl sulfoxide (DMSO)
Polar Protic Solvents Acetic acid
CH3-C(=O)OH
118 °C
6.2
1.049 g/ml
n-Butanol
CH3-CH2-CH2-CH2-OH
118 °C
18
0.810 g/ml
Isopropanol
CH3-CH(-OH)-CH3
82 °C
18
0.785 g/ml
n-Propanol
CH3-CH2-CH2-OH
97 °C
20
0.803 g/ml
Ethanol
CH3-CH2-OH
79 °C
24
0.789 g/ml
Methanol
CH3-OH
65 °C
33
0.791
Formic acid
H-C(=O)OH
100 °C
58
1.21 g/ml
Water
H-O-H
100 °C
80
1.000 g/ml
3.4 Solvent Hidrokarbon 3.4.1. White Spirit Pelarut ini dicirikan dengan laju penguapan yang lambat dengan bau yang sedang saja. Dapat melarutkan minyak, resin alami, vernis oleoresin, dan resin alkyd. Secara umum digunakan untuk pembersihan ( general cleaning purpose ) dan pelarut lemak dan digunakan sebagai pelarut pada kebanyakan formulasi cat. 3.4.2 Toluene Biasanya digunakan bersamaan dengan pelarut yang lain dalam formulasi dari vinyl copolimer pengeringan udara terbuka dan pelapisan klorinasi karet. Toluen secara luas digunakan dalam pelapisan nitroselulose sebagai diluent. Merupakan tipe pelarut yang murah untuk menurunkan harga formulasi pelapisan. 3.4.3 Xylene Biasanya digunakan sebagai pelarut untuk poliurethan, chlorinated rubber, vinyl copolimer dan resin alkyd dikarenakan kekuatan pelarutan yang baik dan laju penguapan yang rendah yang mana cukup untuk memfasilitasi good flow. Xylen sangat sesuai digunakan coating oven karena laju penguapannya memungkinkan untuk flash off. 3.4.4 Benzene Adalah pelarut yang tidak berwarna, cairan yang sangat mudah terbakar dengan karakter bau yang khas. Merupakan pelarut yang sangat kuat dan secara alami sangat beracun. Salah satu penggunaan utamanya adalah untuk menghilangkan cat dan vernis ( paint and vernish remover ). Kelebihannya yang lain adalah sebagai pelarut resin yang excellen. Sangat sesuai digunakan untuk lacquer, cat dari karet yang cepat kering. 3.5 Keton 3.5.1 Acetone Merupakan pelerut yang sangat bagus dengan laju penguapan yang sangat tinggi. Aseton dipertimbangkan sebagai salah satu pelarut komersial terbaik dengan harga murah. Pelarut ini digunakan dalam vinyl kopolimer dan formulasi nitroselulose. Biasanya aseton ditambahkan dalam jumlah yang sedikit untuk dicampur dengan pelarut yang lain, yang mana kekuatan larutnya sangat bagus dan laju penguapannya sangat berguna untuk memodifikasi penerapan coating dan sifat bentukan lapisan film dari coating permukaan. Kecepatan dan kekuatan aksi pelarutan aseton membuatnya menjadi kandungan yang
diperlukan untuk penghilangan cat dan varnis dan sebagai larutan pembersih yang digunakan pada bagian manufaktur dan penyimpanan. 3.5.2 MEK (methyl ethyl ketone) Dibandingkan dengan aseton maka MEK mempunyai titik didih yang lebih tinggi dan laju penguapan rendah. MEK digunakan secara aktif dalam pelarut lacquer nitro selulose. Mempunyai toleransi larut yang tinggi, resistansi blush yang baik untuk laju penguapannya, dan merupakan pelarut yang sangat baik untuk resin natural dan sintetik. Oleh karena itu maka MEK digunakan dalam formulasi lacquer kepadatan tinggi. Digunakan dalam lacquer vinyl, pelarut untuk selulose asetat dan celulose asetat butirat dalam pembuatan pesawat terbang. 3.5.3 MIBK ( methyl isobutyl ketone ) Mempunyai kekuatan pelarutan yang sangat tinggi dan laju penguapan yang moderat. MIBK mempunyai ketahanan blush yang sangat baik, toleransi diluent yang sangat tinggi dan daya alir bagus ( good flow ) membuatnya menjadi pelarut tunggal yang sangat ideal untuk lacquer semprot nitro selulose dan berbagai macam jenis coating. MIBK secara luas digunakan sebagai pelarut untuk epoxy, poliurethane dan sistem coating nitroselulose karena alasan daya larut dan laju penguapan yang baik
3.6 Alkohol 3.6.1 Ethyl Alkohol Dikenal secara komersial sebagai alkohol industri ( methylated spirit ). Ethanol merupakan salah satu bahan yangtitik didihnya rendah secara umum digunakan untuk nitroselulose lacquer. Karena kekuatan pelarutannya yang sangat bagus dan laju penguapannya yang cepat membuat ethanol menjadi bahan yang disukai untuk untuk melarutkan shellac. Merupakan pelarut yang baik untuk resin alami dan sintetik. 3.6.2 IPA Digunakan secara luas dalam lacquer NC dan thinner. IPA tersedia dalam tiga macam yaitu anhidrous, 95%, dan 91%. Grade anhidrous lebih disukai untuk formulasi coating permukaan dan produk yang sejenisnya. IPA digunakan sebagai pelarut untuk phenol dan resin alami dalam vernis spirit. IPA dicampur dengan toluen atau xylene digunakan sebagai pelarut selulose, resin alkyd dan vernis oleo resin. 3.6.3 Butyl alkohol. Dicirikan dengan bau yang menyengat digunakan sebagai pelarut laten untuk lacquer NC. Merupakan pelarut yang baik untuk banyak jenis minyak dan resin. Butyl alkohol digunakan sebagai pelarut untuk alkyd dan alkyd modifikasi amino dan ditemukan dalam coating basis acrilik dan dalam vernis sebagai pelarut.
3.7 Ester 3.7.1 Ethyl asetat Merupakan pelarut aktif titik didih rendah yang umum untuk nitro selulose. Dicirikan dengan sifat laju penguapan yang cepat dan bau yang enak, karena bau yang agak enak maka sering digunakan untuk mengganti ketone dalam lacquer nitroselulose. 3.7.3 Amyl asetat Adalah solven aktif untuk nitroselulose, mempunyai bau manis seperti prambors. Membantu meningkatkan resistansi blush, menambah kilap. Digunakan dalam lacquer dimana laju evaporasi rendah yang diperlukan. 3.7.4 Butyl asetat Mempunyai laju penguapan yang moderat dan berbau khas buah buahan. Sangat mendukung good flow dan blush resistans untuk lacquer nitroselulose. Terutama digunakan sebagai pelarut aktif titik didih moderat untuk lacquer nitro selulose dan resin modifikasi. 3.7.5 Propil asetat Juga seperti pelarut ester yang lebih dulu merupakan pelarut yang baik untuk nitroselulose, juga untuk pelarut resin alami dan resin sintetis. Mempunyai titik didih yang rendah.
3.8 Glikol eter 3.8.1 Methyl cellosolve Merupakan pelarut yang bagus untuk nitroselulose, selulose asetat dan ethyl selulose, tetapi karena resistansi blushnya kurang maka penerapannya terbatas pada NC lacquer. Digunakan pada pada enamel yang cepat kering dan vernis. 3.8.2 Cellosolve Atau ethylen glykol monoethyl ether, laju penguapannya lambat dibanding methyl cellosolve. Cellosolve mempunyai toleransi yang sangat tinggi terhadap pelarut aromatiktetapi hanya moderat untuk pelarut aliphatic. Berbau sedang atau mild dan daya larutnya untuk nitro selulose sangat bagus. Cellosolve sangat mendukung untuk viskositas rendah lacquer nitroselulose dan sangat cocok untuk lacquer tipe semprot, lacquer silk screen, cat dan untuk menghilangkan varnis. 3.8.3 Carbitol Digunakan secara luas dalam lacquer nitroselulose dan hampir semua resin yang digunakan dalam coating permukaan. Sebagian dari carbitol pelarut yang sangat baik untuk
acid dye yang dimanfaatkan pada stain bukan serbuk, yang mana membuat carbitol dipakai dalam industri coating permukaan.
3.9 Terpine 3.9.1 Turpentine Secara komersial tersedia dalam dua jenis gum terpentin dan wood terpentin. Saat ini terpentin diganti oleh pelarut yang lain karena alasan harga, ketidaktersediaannya, sifat dari tampilannya. 3.9.2 Dipentene Digunakan sebagai agen anti skinning dan mempunyai daya larut yang sangat tinggi untuk tujuan khusus seperti untuk penyetabil vernis over-cooked yang mana sangat dekat dengan titik gel. 3.9.3 Pine oil. Merupakan bahan yang laju penguapannya lebih lambat dan daya larutnya lebih tinggi dibanding dipentene. Titik didihnya 210oC – 220oC dan berat jenisnya 0.935. Digunakan dalam prosentasi kecil dalam coating permukaaan untuk meningkatkan daya alir, gloss dan sifat yang lain.
BAB IV BINDER
4.1 Pendahuluan Binder atau perekat pada cat dapat sebagai bahan alam / natural dan juga bahan sintetik atau polymer. Polymer sendiri berasal dari kata Yunani poly (banyak) dan meros (part), artinya banyak bagian. Bahan alam contohnya getah damar, gum arab, minyak linseed, dll. Sebenarnya bahan alam juga termasuk polymer namun termasuk polymer alami (natural polymer). Polymer sintetik dibuat dari bahan alam yang dimodifikasi secara kimia (contohnya resin alkyd) dan juga dapat dibuat seluruhnya sintetik (contoh resin acrylic). Resin alkyd dibuat dengan proses esterifikasi minyak linseed atau minyak kastor sehingga hasil akhir binder lebih keras, kuat dan tahan lama.
4.1.1 Polymerisasi Polymer paling tepat didefinisikan sebagai spesies yang mempunyai berat molekul yang tinggi, yang memiliki unit pengulang atau unit kimia yang sama, terhubung oleh ikatan kovalen primer. Reaksi polymerisasi paling simpel didefinisikan sebagai : nM
(-M-)n
dimana M melambangkan monomer dan -M- menandakan unit pengulang ikatan kimia. Contohnya, jika M adalah vinyl acetate, maka dengan reaksi polymerisasi akan terbentuk poly (vinyl acetate). nCH2 = CH O ― COCH3
(– CH2 – CH – )n O – COCH3
Istilah “macromolecule” sering digunakan bersinonim dengan “polymer” untuk mengkover tidak hanya polymer sintetik tapi juga polymer natural dan modifikasi kimianya (polymer turunan). Arti kata “resin” banyak digunakan pada dunia cat menandakan semua tipe binder (perekat) polimerik apapun asalnya meskipun dari getah pohon Polymer yang mengandung hanya satu unit pengulang dinamakan homopolymer atau polymer reguler. Seiring dengan perkembangan, ditemukan copolymer, yaitu polymer dengan dua atau lebih unit pengulang sehingga suatu polymer / resin / latex dapat dibuat
sesuai keinginan seperti lebih keras, lebih fleksibel, lebih tahan lama dan tentu saja biaya produksi yang murah. Untuk memproduksi polymer, proses yang digunakan adalah proses polimerisasi, terdapat 5 macam teknik polimerisasi yaitu : 1. Bulk Polymerization Polymerisasi bulk dilaksanakan dalam monomer asli. Contohnya adalah pembuatan Perspex yaitu lembaran plastik untuk lensa optik. 2. Solution Polymerization Perbedaan dari polymerisasi bulk dengan polymerisasi solusi adalah pada polymerisasi solusi terdapat solvent. Polymernya juga larut dalam solvent. Pemindahan panas dari reaksi polymerisasi solusi lebih mudah dibanding dengan bulk dikarenakan lebih rendahnya kekentalan polymer. 3. Dispersion Polymerization Pada polymerisasi dispersi, monomer dilarutkan dalam solvent (biasanya solvent organik). Polymer dibangkitkan, namun tidak larut dalam campuran monomer solvent. Polymer mengendap dan membentuk partikel latex. Keuntungan dari polymerisasi ini adalah rendahnya kekentalan pigment sehingga pemindahan panas reaksi lebih mudah. 4. Suspension Polymerization Pada polymerisasi suspensi, monomer disuspensikan pada larutan yang tak larut monomer itu sendiri (air), dalam bentuk droplet (ukuran
mikron) dengan
menggunakan surfactant. Keuntungan teknik ini sama dengan polymerisasi dispersi, hanya saja suspending agent harus dihilangkan setelah proses agar polymernya tidak sensitif terhadap air. Poly (vinyl chloride) disiapkan dengan teknik ini. 5. Polymerisasi Emulsi Adalah teknik yang paling banyak digunakan di dunia cat. Produk akhir yang dihasilkan adalah latex.
4.1.2 Klasifikasi Binder Ada banyak pengklasifikasian binder/resin, namun secara garis besar klasifikasi itu dapat diringkas sehingga menjadi : 1. Minyak Kering/Drying oil (mentah atau diproses), contohnya : Minyak Linseed, Minyak Castor, Minyak Tung 2. Resin Alkyd, contohnya : Alkyd short-oil, alkyd medium-oil, alkyd long oil
3. Resin Polyester (non-minyak) 4. Resin Amino, contohnya : Urea-formaldehyde, Melamine-Formaldehyde 5. Resin Phenolic 6. Resin Epoksi 7. Resin Hidrokarbon, contohnya : Resin coumarone-indene, resin terpene, resin styrene-butadiene 8. Resin Akrilik, contohnya : 9. Resin Selulosik, contohnya : Nitrocellulose, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate 10. Resin Vinyl, contohnya : Polyvinyl Chloride, Polyvinyl Acetate 11. Chloorinated Rubber 12. Polyurethane 13. Resin Silicone 14. Resin Natural, contohnya : Congo, Kauri, Manila, Dammar, Rosin , Shellac 15. Aspal/Ter Binder-binder tersebut diatas dapat dikategorikan lagi menjadi 2 bagian penting, yaitu digunakan untuk cat konvertibel atau non konvertibel. Pada buku ini hanya dibahas tentang cat dan binder untuk aplikasi cat konvertibel saja. Cat non konvertibel dapat didefinisikan sebagai cat / coating yang membentuk film sendirian melalui pelepasan / evaporasi solvent dan tanpa reaksi kimia. Cat ini secara permanen larut dalam solvent yang dipakai untuk persiapan cat dan dapat larut lagi pada solvent ini setelah pembentukan film. Mereka biasanya adalah thermoplastik dan contohnya adalah nitrocellulose (NC), acrylic, chlorinated rubber (chlorubber), shellac, celullose acetate butyrate (CAB) dan cat vinyl. Cat non convertibel sering disebut sebagai lacquer. Cat konvertibel sebaliknya dapat didefinisikan sebagai suatu cat yang membentuk film dimana komponen cat mengalami reaksi kimia. Cat ini dapat saja atau tidak mengalami evaporasi solvent seperti pada cat konvertibel. Contoh cat konvertibel ini adalah enamel alkyd, epoxy 2 pack, polyurethane enamel, powder coating dan cat bakar acrylic / melamine formaldehyde.
Keuntungan utama dari non konvertibel adalah cepat kering, mudah dalam aplikasinya dan relatif murah. Beberapa cat non konvertibel juga mempunyai properti film resistance yang baik. Kelemahannya adalah low solid dan in-efisiensi solvent. Beberapa cat non konvertibel seperti nitrocelullose tidak mempunyai properti ketahanan exterior untuk menandingi cat konvertibel seperti epoxy dan polyurethane. Namun cat acrylic mempunyai ketahanan exterior yang baik.
4.2 Resin selulosik 4.2.1 Pendahuluan Polimer selulosa adalah turunan kondensasi dari carbohydrate β-glucose, alkohol polihidroksi enam karbon yang rantai panjangnya dibentuk dengan hilangnya H dan OH pada posisi 1- dan 4-. Perulangan rantai linear dari molekul cellulose dapat diilustrasikan sebagai :
cellulose Selulosa, semenjak berbentuk polyhydric, dapat membentuk ester dari asam organik atau asam non-organik. Turunan selulose ini dapat diklasifikasikan menurut produk reaksi yaitu (1) Ester dari asam non-organik - Cellulose nitrate (2) Ester dari asam organik - Cellulose acetate - Cellulose acetate butyrate (3) Eter - Methylcellulose - Ethylcellulose - Hydroxyethylcellulose - Ethylhydroxyethylcellulose
4.2.2 Cellulose Nitrate (Nitrocellulose) Meskipun nitrocellulose telah ditemukan oleh Schonbein pada 1845 melalui nitrasi cellulose dengan campuran asam nitrat – sulfat, baru awal abad 20 nitrocelullose dianggap efektif untuk mengecat pesawat terbang berbahan kayu. Perang Dunia I menstimulasi produksi nitrocellulose, dan pada akhir perang, industri pemakaian nitrocelullose menyebar luas ke beberapa industri terutama industri automotive dan furniture, dan saat ini pun masih digunakan. Cellulose mempunyai 3 grup hidroksil tiap unit molekular, dan dapat secara potensial dinitrasi untuk memproduksi tiga ester asam nitrat, mononitrate, dinitrate, dan trinitrate. Prakteknya, grade nitrocellulose sebenarnya adalah campuran dari semua 3 ester (termasuk cellulose yang tak bereaksi). Sebenarnya, resin ini seharusnya disebut cellulose nitrate, bagaimanapun mereka sudah umum disebut resin nitrocellulose, dan karena itu istilah nitrocellulose (NC) akan dipakai terus pada bahasan selanjutnya.
cellulose
nitrocellulose
asam nitrat
air
asam sulfat
asam sulfat
Resin nitrocellulose dibuat melalui nitrasi serat cellulose yang berbentuk wood pulp atau cotton linters. Pertama – tama serat cellulose dimurnikan melalui treatment dengan alkali dan setelah dicuci lalu dinitrasi dengan campuran asam sulfat / asam nitrat (dengan rasio 2.6 – 5.6 : 1). Perbandingan asam dengan cellulose bervariasi 10 : 1 untuk wood pulp dan 40 : 1 untuk cotton linters. Bubur / slurry ini kemudian disentrifuge untuk menghilangkan kelebihan asam dan cepat – cepat di masukan di air. Kekentalan dari nitrocellulose kemudian diturunkan dengan memanaskannya pada 145oC – 160oC di bawah tekanan. Proses ini akan memecah beberapa rantai molekul nitrocellulose ke molekul yang lebih kecil. Air pada bubur yang ada kemudian dihilangkan dengan mensentrifuse dan digantikan dengan alkohol seperti isopropyl alkohol, ethanol atau butanol. Nitrocellulose yang dibasahi alkohol (kira – kira 35 % kandungan alkoholnya) kemudian dipacking dan
dikirim. Kandungan nitrogen dan grade nitrocellulose yang dipakai untuk surface coating dapat dilihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Kandungan nitrogen nitrocellulose Kandungan
Persen
Solvent yang sesuai
nitrogen
Nitrogen
Tinggi
11.8-12.2
Ester, keton, glikol eter, dan
campuran
eter-
alkohol Sedang
11.2-11.7
Sama seperti kandungan nitogen tinggi, namun mempunyai yang
toleransi
lebih
besar
terhadap alkohol Rendah
10.7-11.2
Toleransi yang sangat besar terhadap alkohol.
Atau dengan kata lain jika kandungan nitrogennya rendah maka larut alkohol dan jika kandungan nitrogennya tinggi akan larut ester. Cat nitrocellulose secara umum mengandung resin nitrocellulose, plasticizer, resin pemodifikasi, solvent dan aditif. Resin nitrocellulose dipilih berdasarkan properti dasar yang dibutuhkan untuk cat. Contohnya, resin viskositas tinggi memproduksi cat dengan fleksibilitas yang tinggi, tensile strenght daripada grade yang viskositasnya rendah. Fungsi dari plasticizer adalah untuk menambah elastisitas dan ketahanan impact karena film nitrocellulose yang rapuh / brittle. Resin nitrocellulose kompatibel dengan banyak macam plasticizer yang dapat dibagi menjadi 2 kategori utama yaitu: 1. Plasticizer solvent : paling banyak dipakai menyediakan keduanya sebagai plasticizer dan sebagai solvent untuk resin pemodifikasi. 2. Plasticizer non-solvent
: dapat dilihat pada tabel 4.2
Resin pemodifikasi (non-oksidatif) sering ditambahkan ke cat nitrocellulose untuk menambah properti seperti durabilitas, kilap dan adhesi. Resin – resin ini secara umum juga menambah solid dari cat. Natural resin seperti dammar atau ester gum tidak dipakai untuk menambah kilap dan peningkatan film dari cat nitrocellulose, bagaimanapun modifikasi ini menjadi durabilitas eksteriornya dan ketahanannya turun.
Tabel 4.2. Plasticizer untuk Nitrocellulose Plasticizer
Plasticizer non-
solvent
solvent
Dibutyl phtalate
Raw castor oil
Dioctyl phtalate
Blown castor oil
Butyl
benzyl Linseed
phtalate
(treated)
Diethyl phtalate
Tung oil
oil
Cat nitrocellulose dan cat lain secara umum dilarutkan pada solvent aktif, solvent latent dan solvent diluent. Campuran solvent dipakai berdasarkan beberapa pertimbangan seperti solvency, laju evaporasi, metode aplikasi dan biaya. Komposisi solvent yang dipilih harus dipastikan bahwa keberadaan solvent aktif harus cukup untuk secara komplit melarutkan resin nitrocellulose. Solvent aktif adalah solvent sebenarnya untuk nitrocellulose seperti ester, ketone dan glycol ether. Latent solvent adalah bahan solvent untuk nitrocellulose saja, namun menjadi solvent bagi resin lain yang ada dalam cat, ini adalah alkohool yang baisanya dipakai untuk menurunkan harga. Diluent adalah nonsolvent yang dipakai untuk mengatur solvency dan harga dari formulasi, biasanya adalah hidrokarbon dengan penguapan cepat. Cat nitrocellulose secara tipikal dipersiapkan dari larutan resin nitrocellulose menggunakan pigmentasi konvensional dengan sedikit aditif seperti larutan silikon. Cepat keringnya cat nitrocellulose adalah mungkin satu-satunya fitur penting. Namun cat nitrocellulose mempunyai durabilitas eksterior yang buruk, yellowing (menguning), chalking dan ketahanan kimia yang buruk dibanding cat konvertibel lainnya.
4.2.3 Cellulose Acetate Didapat dengan memanaskan cellulose dengan acetic anhydride pada tabung tertutup pada suhu 1800C. Saat ini, reaksi ini dimodifikasi dengan melibatkan asam asetat dan asam sulfat. Reaksi ini memproduksi triacetate yang kemudian dihidrolisis untuk mengurangi kandungan acetyl, memproduksi cellulose acetate yang lebih larut. Cellulose triacetate cenderung menjadi polimer tak larut dan jarang dipakai di dunia coating.
cellulose
acetic anhydride
Cellulose acetate
Cellulose acetate untuk coating tersedia dengan kandungan acetyl mulai 38%40.5%. Range tersebut memberikan sebuah selulosik dengan kelarutan dan properti terbaik. Sama dengan nitrocellulose, ester dengan kekentalan yang berbeda-beda tersedia dan kekentalan begantung dari panjang rantai polimer. Kelarutan ester ini meningkat sejalan ketika kekentalan ester ini turun. Prinsip-prinsip untuk memformulasi cat dengan bahan cellulose acetate sama dengan prinsip nitrocellulose. Perbedaan yang mencolok adalah sedikitnya resin lain, plasticizer, dan solvent yang kompatibel untuk formulasi dengna menggunakan cellulose acetate. Karena titik lelehnya yang tinggi (255oC), cellulose acetate cocok untuk cat tahan panas. Juga dipakai untk coating kabel, tekstil, kulit, dan coating kertas. Cellulose acetate memiliki adhesi yang buruk terhadap logam, dan harus dimodifikasi untuk mencapai hasil yang memuaskan. Penggunaan utama cellulose acetate adalah untuk produksi rayon.
4.2.4 Cellulose Acetate Butyrate (CAB) Karena terbatasnya karakteristik solubilitas/kelarutan dari cellulose acetate, modifikasi cellulose dengan ester campuran menghasilkan polimer yang lebih kompatibel dan mudah larut. Asam asetat dan butirat dan anhydride-nya direaksikan pada kondisi tertentu untuk mendapat cellulose acetate butyrate. Proporsi dapat bervariasi dari kandungan acetyl yang tinggi dengan jumlah butyryl sedikit, sampai acetyl rendah butyryl tinggi. Produk yang diesterifikasi penuh dapat kemudian dihidrolisis parsial untuk membentuk produk kimia adisional dengna variasi dan properti fisik yang luas.
Cellulose acetate butyrate
CAB tersedia pada range mulai acetyl 31% dan butyryl 17% sampai acetyl 6% dan butyryl 48%. Hal ini membagi polime dalam dua grup, yang satu kandungan acetyl tinggi dan yang satu kandungan butyryl tinggi. Seperti selulosik lain, CAB juga bervariasi kekentalannya tergantung kandungnan acetyl dan butyrylnya. Karena beberapa modifikasi dalam pembuatannya, CAB membunyai banyak variasi properti fisik dan kimianya. Saat ini CAB adalah polimer selulosik kedua terpenting setelah nitrocellulose pada industri coating. Naiknya kandungan butyryl menambah kelarutan, toleransi untuk diluent, kompatibilitas dengan resin lain dan plasticizer, fleksibilitas, dan ketahanan terhadap kelembaban. Turunnya kandungna butyryl menyebabkan mengurangi tensile strength, kekerasan (hardness), dan naiknya titik leleh. Dua area yang banyak menggunakan resin CAB adalah : industri ototmotif dan industri furniture. Kombinasi CAB dan resin akrilik memproduksi coating yang bening dan non-yellowing. CAB juga dimodifikasi dengan resin alkyd semi-oksidatif dan alkyd oksidatif.
4.2.5 Ethylcellulose Pembuatan ethyl cellulose pertama-tama diawali dengan memasukkan kapas dalam larutan sodium hydroxyde 12-25%, dan kemudian di treatment dengan ethyl chloride sampai sodium hidroksida dinetralisasi.
ethyl cellulose
Produk reaksi tersebut mempunyai kandungan ethoxy yang bervariasi dengna derajat ethylasi dan menghasilkna produk komesial yang mempunyai range kandungan ethoxy antara 45-49.5%. Pada tipe ethoxy ini, kekentalan dapat diatur.
Properti unik ethyl cellulose adalah densitasnya yang rendah, sehingga per unit berat menghasilkn acoverage are dan volume yang lebih besar daripad apolimer selulosik lainnya. Mempunyai volume 45% lebih besar dari nitrocellulose dan 20% lebih besar dari cellulose acetate. Namaun secara biaya pad avoulme sama hampir sama dengan nitrocellulose. Properti kompatibilitas dari ethyl cellulose dengan resin lain dan plasticizer sangatlah luas dan bervariasi. Campuran solvent sangat lemah (80:20, toluene:alkohol) melarutkan ethyl cellulose dengan mudah. Selain sangat fleksibel ethyl cellulose jug atidak mudah terbakar. Penggunaan utamanya adalah cat cetak, coating kertas, dan cat-cat industri.
4.2.6 Methylcellulose Dimethyl ether dari cellulose, atau methyl cellulose adalah produk reaksi yang sama dengan ethyl cellulose, hanya ethyl chloride diganti dengan methyl chloride. Struktur kimia dasarnya adalah :
methyl cellulose
Kandungan methoxy bervariasi mulai 27% sampai 32%, yang memberikan produk dengan kelarutan maksimal terhadap air. Kekentalannya seperti selulosik lainnya, dikontrol oleh panjang rantai selulose. Faktor ini membuat banyaknya variasi kekentalan. Methyl cellulose tidak digunakan sebagai pembentuk film utama pada dunia coating. Methyl cellulose dipakai sebagai thickener (pengental) pada sistem cat basisi air karena sifat koloid hidrofilinya.
4.3 Resin akrilik Pada industri cat dan industri plastik, dikenal kata “Acrylic Resin” atau resin akrilik. Acrylic resin adalah polymer dan kopolymer dari ester dari methacrylic dan acrylic acid. Seringkali pada aplikasinya polimer acrylic di ko-polimerisasi dengan polymer non-akrilik, contohnya styrene, butadiene atau vinyl acetate untuk keperluan tertentu. Struktur lainnya dapat dilihat pada gambar 4.1
Acrylic resin tersedia dalam bentuk homo polymer dan kopolymer dalam bentuk padat, dalam bentuk solusi / larutan dan dalam bentuk emulsi (latex). Acrylic solid yang dipakai dalam industri cat adalah thermoplastic (menjadi lemah dan mengalir ketika panas), mereka adalah homopolymer dari salah satu dari ester methacrylate atau kopolymer dari methacrylate dengan acrylate atau methacrylate ester kedua, dengan atau tanpa jumlah yang dikurangi dan monomer fungsional tabel 4.3. Secara umum mereka sudah siap dilarutkan dengan beberapa atau campuran solvent, kelarutannya tergantung pada ukuran partikel dan berat molekul.
Gambar 4.1 Struktur akrilik polimer Bentuk solusi dari resin acrylic didapat dari reaksi polimerisasi solusi. Film terbentuk dari monomer – monomer yang dalam bentuk natural / aslinya adalah berupa thermoplastic.
Tabel 4.3 Monomer – monomer akrilik Monomer Dasar
Monomer fumgsional
Methyl methaacrylate
Methacrylic acid
Ethyl methacrylate
Acrylic acid
n-Butyl methacrylate
Acrylamide
Isobutyl methacrylate
2-Hydroxyethyl methacrylate
Lauryl methacrylate
2-Hydroxypropyl
Stearyl methacrylate
methacrylate
Methyl acrylate
Glycidyl methacrylate
Ethyl acrylate
Dimethylaminoethyl
n-Butyl acrylate
methacrylate
2-Ethylhexyl acrylate
tert-Buthylaminoethyl
Cyclohexyl
methacrylate
methacrylate
Ethylene dimethacrylate
2-Ethylhexyl
Trimethylolpropane
methacrylate
trimethacrylate Butylene dimethacrylate Diethylaminoethyl acrylate
Resin akrilik pertama kali dipelajari pada awal abad 20, bagaimanapun produksi komersil pertama dan polimer akrilik tidak terjadi sampai 1927. Karena kesuksesan cat nitrocellulose, cat akrilik tenggelam. Sampai 1960-an ketika industri otomotif memperkenalkan “reflow lacquer” untuk produksi masal mobil. Penggunaan akrilik kemudian menyebar ke area lainnya seperti refinish otomotif dan aplikasi industri ke macam – macam permukaan seperti logam, plastik, kayu dan kertas. Cat akrilik biasanya mengandung resin akrilik, plasticizer, resin pemodifikasi, solvent, pigment dan sedikit aditif. Resin akrilik ini secara tipikal adalah kopolimer terplastisasi internal dari methyl methacrylate dengan berat molekul rata – rata 60.000 – 120.000. Berat molekul yang lebih tinggi dihindari karena dapat membentuk serat jaring dan low solid pada aplikasi cat. Monomer pemlastis seperti butyl acrylate dan butyl methacrylate sering digunakan untuk mengoptimalkan glass transisien temperatur (Tg) dan mendapat keseimbangan yang pas antara kekerasan dan fleksibilitas. Monomer fungsional seperti acrylic acid, hidroxy propyl methacrylate dan glycidyl methacrylate dapat juga dipakai untuk meningkatkan properti tertentu seperti adhesi film dan ketahanan kimia. Meskipun resin akrilik dalam cat secara tipikal telah diplastisasi secara internal, mereka juga umumnya diplastisasi secara eksternal antara lain untuk pelepasan solvent dan adhesi substrat. Phtalate plasticizer seperti DOP dan butyl benzyl phtalate sering dipakai. Bagaimanapun, plasticizer cenderung untuk bermigrasi dari film akrilik sehingga menghasilkan film embuttlement dan menurunkan durabilitas eksterior dari cat. Hal itu dapat diatasi dengan menggunakan plasticizer non volatile seperti short oil lenght coconut alkyd dan polyester jenuh bebas minyak. Cat akrilik dapat dimodifikasi dengan cellulose acetate butyrate (CAB) atau nitrocellulose (NC) untuk mengontrol viscositas, flow, dan recoatability (daya lapis ulang) dari cat. Tipikal komposisi (berdasar solid resinnya) untuk aplikasi otomotif mengandung acrylic resin / CAB / plasticizer : 50 : 20 :30. Sama dengan cat nitrocellulose, komposisi solvent dan cat akrilik harus memastikan tercukupnya solvent aktif saat evaporasi untuk secara komplit melarutkan
resin akrilik. Komposisi solvent secara umum mengandung ketone seperti MEK, MIBK, dan acetone dan aromatik seperti toluene dan xylene. Sedikit tambahan solvent lambat menguap dapat meningkatkan properti aplikasi dan penampilan akhir. Selain catnya yang lebih lambat kering dibanding nitrocellulose, cat akrilik mempunyai stabilitas yang baik saat suhu kamar atau elevated. Fleksibilitas dan kekerasan yang baik dan ketahanan eksterior yang sangat baik. Cat nitocellulose telah secar luas digantikan oleh cat akrilik pada dunia industri otomotif karena faktor ketahanan eksteriornya.
4.4 Resin vinyl Lacquer vinyl berbasis pada resin yang mengandung radikal vinyl CH2 == CH-X, dimana X adalah spesies seperti turunan chlorida, acetate atau butyral. Walaupun definisi ini mencakup resin-resin seperti polyethylene dan polystyrene, bahasan ini akan dibatasi hanya pada kopolimer vinyl chlorida-vinyl acetate dan resin polyvinyl butyral. Monomer vinyl chloride dipersiapkan melalui reaksi dari acetylene dengan chlorine untuk membentuk ethylene dichloride yang kemudian pecah secara thermal dan membentuk vinyl chloride. Resin polyvinyl butyral dipersiapkan dengan butyrasi parsial polyvinyl alcohol untuk mendapatkan resin yang mengandung 75-80% polyvinyl butyral dan 17-21% polyvinyl alcohol. Monomer-monomer tersebut sebelum digunakan untuk aplikasi cat dipolimerisasi terlebih dahulu dengan polymerisasi radikal dalam proses bulk, solusi, suspensi atau emulsi. Pada lacquer yang biasa dipakai adalah polimerisasi solusi. Cat-cat berbasis resin vinyl ini tersusun oleh resin vinyl itu sendiri, plasticizer, pigmen, solvent dan beberapa aditif. Cat vinyl membutuhkan plasticizer untuk meningkatkan properti seperti fleksibilitas dan ketahanan teradap benturan. Plasticizer dapat bertipe monomerik seperti phtalate, atau bertipe polimerik sepeti polyester. Banyaknya kandungan plasticizer akan menambah fleksibilitas, namun kekerasan dan ketahanan terhadap airnya berkurang. Keton adalah solvent primer yang digunakan pada cat vinyl, namun hidrokarbon terklorinasi juga merupajkan solvent yang baik, namun jarang digunakan. Hidrokarbon aromatik dipakai sebagai diluent untuk cat vinyl.
4.5 Chlorinated Rubber (Chlorubber) Chlorinated rubber (karet terklorinasi) adalah resin pembentuk film untuk cat yang berwarna putih, didapat dari klorinasi karet dalam larutan. Lacquer yang berbasis
chlorinated rubber dipakai untuk aplikasi tahan kimia dan lacquer ini cepat kering untuk kondisi aplikasi air drying. Chlorinated rubber diproduksi dengna cara mendegradasi karet alam (untuk menurunkan berat molekul) dan kemudian mengklorinasi larutan karbon tetraklorida panas dari karet yang terdegradasi. Reaksi yang terlibat meliputi substitusi, adisi, dan cyclisasi, dan produk akhirnya mengandung 65-68% chlorine. Ini sesuai dengan tiga atau empat atom klorin tiap unit isoprene. Separasi dari resin ini dicapai dengan mengendapkan dalam air panas atau alkohol. Chlorubber yang tidak diplastisasi menghasilkan film yang keras namun mudah retak (brittle) sehingga memerlukan plasticizer untuk penggunaannya dalam coating. Sama dengan lacquer lainnya, lacquer chlorubber mengandung plasticizer, pigmen, solvent, dan aditif. Plasticizer jenis non-saponifikasi seperti chlorinated paraffin dan diphenyl dipakai untuk ketahanan kimia, plasticizer yang bisa disaponifikasi seperti phtalate ester dipilih untuk aplikasi eksterior. Chlorubber larut dalam hidrokarbon aromatik, chlorinated hidrokarbon, ester, dan keton tinggi, namun tak larut dalam hidrokarbon aliphatik dan alkohol. Pada prakteknya cat chlorubber diformulasi dengan campuran solvent kuat dan dimurahkan dengan hidrokarbon aliphatik. Chlorubber kompatibel dengan banyak tipe resin pemodifikasi seperti alkyd dan akrilik. Resin pemodifikasi ini meningkatkan properti seperti gloss, adhesi, dan kekuatan eksterior.
4.6 Drying Oil 4.6.1 Pendahuluan Minyak yang digunakan dalam cat secara garis besar dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu minyak tumbuhan (vegetable oil) dan minyak laut (marine oil). Secara kimia minyak-minyak itu adalah trigliserida-trigliserida, yaitu campuran dari satu molekul gliserin dan tiga molekul asam lemak rantai panjang. Minyak-minyak ini dibedakan pada saat dalam bentuk padatnya bukan pada kondisi cair pada suhu kamar. Minyak bervariasi pada kering/tidaknya tergantung pada derajat non-saturasi dari asam lemak. Drying oil (minyak yang dapat mengering) dikonversi oleh oksigen yang ada pada udara ke material yang kering, padat dan tak larut. Minyak-minyak ini digunakan langsung atau diproses lagi menjadi alkyd, epoxy, urethane atau polymer lain untuk menambah kekuatan dan fiur-fitur lainnya. Non drying oil (minyak yang tak dapat mengering) bertindak sebagai plastisizer untuk polymer-polymer yang dipakai pada dunia cat.
Tidak hanya fitur-fitur secara fisik, tetapi juga faktor ekonomi yang menentukan suatu minyak dipakai pada suatu cat. Drying oil adalah produk alami yang sering mengalami fluktuasi harga sepanjang tahun, dan jika suatu harga minyak melonjak jauh dari lainnya, minyak ini dapat diganti atau dikombinasi dengan yang lain.
gliserol
asam lemak
Gambar 4.2 Komposisi trigliserida Panjang rantai asam lemak dapat bervariasi mulai C9 sampai C22.
1 mol gliserol
3 mol asam lemak
trigliserida
3 mol air
Pada formula diatas, R1, R2, dan R3 berdiri untuk rantai asam lemak. Jika R1, R2, dan R3 adalah sama, trigliserida sederhana muncul. Trigliserida yang terjadi di alam biasanya adalah tipe ini. Reaksi ini adalah reaksi bolak-balik, sehingga jika minyak dihidrolisis akan didapat gliserin dan asam lemak. Asam Lemak Keberadaan asam lemak dalam suatu minyak menjelaskan karakteristiknya. Asam lemak terdiri dari grup karboksil tersambaung dalam rantai hidrokarbon. Asam lemak jenuh (saturated) mempunyai rantai-rantai hidrokarbon yang tidak mengandung ikatan ganda (double bond), tiap karbon mempunyai sedikitnya 2 atom hidrogen. Asam-asam lemak dengan rantai yang mengandung ikatan ganda disebut asam lemak tak jenuh (unsaturated). Asam-asam lemak tersebut dapat mempunyai satu, dua, tiga atau lebih ikatan ganda, yang mana posisinya pada rantai bervariasi. Dua ikatan ganda dipisahkan oleh ikatan tunggal disebut conjugated. Ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh adalah reaktif. Reaksi dari oksigen dengan molekul minyak pada ikatan ganda menghasilkan keringnya minyak ; biasanya semakin
besar ke-takjenuhan-nya, semakin baik keringnya. Asam lemak jenuh adalah termasuk non-drying. Asam lemak dengan tiga ikatan ganda mengering paling cepat. Bagaimanapun, selain penambahan ikatan ganda, posisi dari ikatan ganda juga mempengaruhi. Ikatan ganda terkonjugasi berpolimerisasi dan mengering lebih cepat daripada ikatan ganda terisolasi.
Stearic acid
Oleic acid
Linoleic acid
Linoleic acid
Eleostearic acid
Licanic acid 4.6.2 Raw oil Minyak, pada kondisi naturalnya, bervariasi pada komposisi. Area geografis dan cuaca pada saat musim pertumbuhan mempengaruhi komposisi suatu minyak. Komposisi juga dapat bervariasi. Varietas-varietas minyak : Minyak Linseed Minyak linseed didapat dari biji dari tanaman rami, Linum usitatissimum, L. Biji rami mengandung kadungan minyak rata-rata 35%. Minyak linseed secara historis adalah minyak yang paling penting dalam dunia cat, meskipun saat ini telah berkurang karena munculnya penemuan-penemuan baru, minyak ini masih tetap paling banyak dipakai pada dunia industri. Minyak linseed memiliki laju kering yang sedang. Karena tingginya kandungan asam linoleat, minyak linseed cenderung menjadi kuning (yelowwing) pada lapisan film cat. Minyak ini digunakan untuk cat lukis, cat rumah untuk interior dan sebagai bahan baku produksi resin alkyd. Minyak Safflower Biji safflower mengandung 30% minyak. Minyak ini bersifat non yelowwing karena kandungan asam linoleatnya rendah. Fitur-fitur minyak ini diantara minyak linseed dan minyak soya. Minyak ini digunakan untuk produksi resin alkyd. Minyak Soya Minyak soya didapat dari biji Soja max., kandungan minyaknya antara 18%. Minyak ini tidak dapat digunakan sendiri pada cat karena bersifat semidrying. Namun minyak ini dapat diproses menjadi alkyd untuk mendapat fitur tahan pudar, air-drying (kering udara), dan bake-drying (kering dipanggang).
Asam lemak tall oil Minyak tall adalah produk dari proses sulfate dari kertas Kraft. Minyak tall mentah mengandung 6-13% dari bahan tak-tersaponifikasi, sisanya menjadi asam lemak dan asam rosin. Minyak tall dapat difriksionasi dengan distilasi menjadi kandungan rosin sampai 1%. Alkyd dari minyak tall mendekati alkyd dari soya dalam performanya. Minyak Tung Minyak tung atau minyak chinawood diambil dari biji ohon tung. Kandungan minyaknya adalah sekitar 50%. Minyak tung mengandung kurang lebih 80% asam eleostearic yang mana adalah minyak terkonjugasi. Minyak tung mengering dengan cepat menjadi film yang keras yang mempunyai ketahanan terhadap air dan alkali dan tahan lama. Minyak Oiticica Minyak oiticica didapat dari biji pohon Licania rigida, yang asli dari Brasil. Minyak oiticica adalah unik karena mengandung grup keto-acid. Fitur-fiturnya mirirp dengan minyak Tung, namun mengering lebih lama, dan filmnya lebih rapuh dan lebih tidak tahan air. Minyak Castor dehydrated Minyak kastor didapat dari biji kastor (jarak riccinus). Adalah minyak nondrying mengandung grup asam hidroksi. Dengan dehidrasi kimia, grup hidroksil dipindahkan sehingga meninggalkan ikatan ganda. Minyak kastor terdehidrasi adalah minyak drying reaktif dengan film yang tahan pudar. Minyak ikan Minyak ini disdapat dari sarden dan menhaden. Minyak ikna mengandung banyak asam lemak tak jenuh ditambah asam nondrying dengan daya tahan warna yang baik, namun masih sedikit lengket walaupun kering. Minyak kelapa Minyak kelapa didapat dari kopra, bungkil kelapa kering mengandung minyak hingga 65%. Minyak ini termasuk nondrying dengan fleksibilitas yang baik dan tahan pudar. Minyak cottonseed Minyak cottonseeed adalah produk dari
kapas, minyak nondrying yang lebih
murah dari minyak kelapa namun kualitasnya lebih buruk. Ektraksi minyak Minyak didapat dari biji, bungkil atau material lain dengan ekastraksi press, ekstraksi solvent atau kombinasi keduanya. Pada ekstraksi press, langkah utama adalah pembersihan, penumbukan, pemasakan kukus dan di press pada plat press. Pada ekstraksi
solvent, langkah-langkahnya sama namun minyak-minyak ini diekstrak dengan solvent seperti heksana. Minyak-minyak yang dihasilkan dari metode ini dinamakan minyak mentah (raw oil) Refining (pemurnian) Minyak-minyak yang masih mentah tersebut dapat dihilangkan bahan-bahan takmurninya melalui proses yang dinamakan refining. Ada beberapa metode refining secara umum dibagi menjadi tiga yaitu : mekanis, asam dan basa. Pada pemurnian mekanis, oil pertama-tama di treatment dengan air 2% pada suhu 0
180 F dan di-sentrifuse. Ini akan mengumpulkan dan menghilangkan kotoran. Hasilnya adalah minyak non-break, artinya tidak terdapat pemisahan dari material padat ketika dipanaskan samapai suhu 6000F. Untuk warna yang lebih pucat, minyak non-break tersebut di treatment dengan peroksida organik atau penyerap warna seperti bentonite. Pemurnian asam dikerjakan dengan asam sulfat. Ketika warna yang lebih terang diinginkan, bleaching clay seperti bentonite dapat ditambahkan kemudian dilakukan penyaringan. Minyak dengan pemurnian sistem alkali paling banyak digunakan. Larutan sodium hidroksida ditambahkan ke dalam minyak mentah untuk mengurangi nilai asam dibawah 0.3. Keasaman yang rendah memberikan warna yang baik pada vernish. Alkali juga menyerap kotoran-kotoran, phosphatide dan warna.
4.6.3 Processed and treated oil Minyak mentah dapat langsung digunakan pada formula cat. Namun, pada banyak kasus, minyak-minyak ini diproses dahulu sebelum dipakai. Boiled oil adalah istilah untuk minyak linseed yang dibuat dengan pengering logam dan kemudian dipanaskan. Minyak terpolimerisasi panas dibuat dengan memanaskan minyak bebas pecah sampai kekentalan yang diinginkan dicapai. Temperatur yang optimum untuk pemanasan adalah antara 550 – 6000F. Kekentalan sampai Z9, dapat dicapai, ini adalah proses polimerisasi.
Proses polimerisasi rantai asam lemak Blown oil dibuat dengan cara mengalirkan gelembung udara ke dalam minyak pada temperatur 180-2300F. Ini menimbulkan oksidasi parsial dari minyak, sebuah pengurangan dalam ke-takjenuhan dan polimerisasi. Saat proses blowing, minyak mengalamin pertambahan berat dengan penambahan oksigen. Tabel 4.1 menunjukkan perubahan-perubahan pada pembentukan (bodying) minyak linseed termurnikan dengan metode alkali. Saat tahap pertama pemanasan, warna dari minyak linseed menjadi terang kemudian menjadi gelap. Pembentukan asam bebas dan warna sesuai dengan dekomposisi oksdasi pada saat pemanasan ketel terbuka. Ketika pembentukan dilakukan pada tekanan rendah atau dibawah 1 atmosfer, perubahanperubahan ini dapa diminimalisir. Penambahan nilai iodine adalah hasil dari saturasi dari ikatan ganda karbon dan hasilnya tumbuh pada berat molekul sebagai refleksi
pada
penambahan berat jenis. Minyak linseed bentukan mengering satu sampai enam kali leibih cepat dibanding minyak mentah. Secara umum, terdapat hubungan yang baikl antara laju kering dari suatu minyak dan laju pembentukan.
Tabel 4.1 Pembentukan minyak linseed melalui proses panas
4.6.4 MODIFIED OIL Maleic Treated Oil Dibuat dengan cara memansakan minyak tak jenuh dengan 2-10% maleic anhydride. Maleic anhydride bereaksi dengan minyak pada ikatan ganda. Maleic anhydride bereaksi lebih cepat dengan ikatan ganda terkonjugasi.
Minyak yang di treatment dengan maleic dapat dibuat larut air dengan cara mereaksikannya dengan amoniak atau amine. Untuk sistem solven, sejak minyak tersebut bersifat asam, minyak tersebut direaksikan dan dinetralisir dengan suatu polyol. Maleic anhydride juga bereaksi dengan asam tak terkonjugasi. Penambahan fungsional dari minyak yang di treatment dengan maleic menjelaskan peningkatan-peningkatan fitur, terutama laju pembentukan yang lebih cepat, kecepatan kering, dan ketahanan air dari minyak tall dan soya yang din treatment. Copolymer Oil Minyak kopolimer dibuat dengan proses pemanasan sebuah minyak tak jenuh dengan monomer reaktif seperti styrene atau vinyltoluene. Dengan minyak terkonjugasi seperti minyak tung, kopolimer dibentuk Bagaimanapun, dengan minyak seperti minyak linseed, polimer dalam jumlah besar dibentuk sehingga minyak adalah campuran besar antara homopolymer dan minyak. Masalah utama pada styrenasi minyak adalah untuk mendapat produk yang homogen dan mengering membentuk lapisan yang bening. Minyka terstyrenasi adalah minyka cepat kering dan mempunyai ketahanan pudar dan ketahanan terhadap air yang baik, namun mempunyai ketahanan terhadap solvent yang buruk. Epoxidized Oil Minyak terepoksidisasi dibuat dari reaksi minyak tak jenuh dengan asam perasetat. Ikatan gandanya terkonversi menjadi grup-grup epoxy atau oxyrane. Material ini dipakai sebagai plastisizer.
4.6.5 DRYING FENOMENA Ketika film minyak drying diekspos ke udara, oksigen masuk ke dalam film yang masih basah. Oksigen membentuk peroksida-peroksida dan hidroperoksida-hidroperoksida pada ikatan ganda dan grup pendamping
–CH2– yang cukup reaktif, sebagai ikatan
ganda untuk merka sendiri. Formasi peroksida akan memindah ikatan ganda yang dapat dideteksi melalui pengurangan nilai iodine.
Formasi hidroperoksida akan mengambil tempat sebagai berikut :
Sekarang secaraumum dapat dipercaya bahwa polimerisasi oksidasi dari minyak drying dibuat melalui terbentuknya radikal-radikalbebas dengan dekomposisi dari peroksida-peroksida dan hidroperoksida-hidroperoksida. Polimerisasi adisi dimulai oleh radikal-radikal bebas kemudian diproses dengan meng-cross-link (lintas jalur) dari rantai ke rantai melalui ikatan ganda. Campuran logam tertentu yang mengandung cobalt, manganese, lead, dan lainlain mempercepat fenomena polimerisasi oksidasi ini. Tabel 4.2 Klasifikasi minyak secara luas Drying
Semi drying
Non drying
Linseed
Safflower
Cottonseed
Tung
Soya
Castor
Oiticica
Asam tall oil
Kelapa
Kastor terdehidrasi Ikan Minyak drying sering diklasifikasikan sebagai minyak keras dan lunak. Minyak keras adalah minyak yang kering dengan cepat, memberikan film yang keras, dan berpolimerisasi panas dengan cepat. Minyak keras adalah minyak tung, oiticica dan kastor
terdehidrasi. Minyak keras mengandung asam lemak terkonjugasi yang membuat cepat kering. Pada asam lemak normal, ikatan gandanya terisolasi, sebaliknya pada asam lemak terkonjugasi, ikatan gandanya urut dan sehingga lebih reaktif.
4.7 Resin Alkyd 4.7.1 Pendahuluan Resin alkyd adalah resin yang mempunyai fitur yang paling memenuhi kriteria yang diinginkan pada cat protektif. Solvent murah dapat dipakai pada resin ini, memberikan kemudahan aplikasi dan bau yang tidak menyengat. Alkyd adalah binder yang paling ideal untuk cat berpigmen karena alkyd mempunyai fitur wetting dan dispersing pigmen yang baik. Secara umum cat alkyd adalah cat yang low cost, mempunyai daya tahan yang baik, fleksibel, kilap yang tahan lama, tahan terhadap solvent, keras, tahan panas, dan warnanya tak mudah pudar. 4.7.2 Kombinasi Alkyd dapat dikombinasikan dengan binder-binder lain sebagai berikut : 1. Nitrocelullose 2. Resin urea-formaldehyde 3. resin melamine-formaldehyde 4. Resin phenolic 5. Ethyl celullose 6. Chlorinated rubber 7. Chlorinated paraffin 8. Epoxy resin 9. Polyisocyanates 10. Resin silikon 11. Polyamida 12. Resin alam 13. Celullose acetate butyrate 14. Monomer (styrene, vinyl toluene, methyl methacrylate) 15. Lateks sintetis (styrene-butadiene, polyvinyl acetate, acrylic)
4.7.3 Definisi Alkyd termasuk golongan resin sintetik dan paling cocok dideskripsikan sebagai resin polyester dari modifikasi minyak. Alkyd adalah produk reaksi yang diturunkan dari polyhidric alkohol, asam polybasic, dan asam lemak monobasic. Kata ”al” berasal dari
alcohol dan ”kyd” merepresentasikan suku kata terakhir dari acid (asam). Oleh karena itu, alkyd adalah termasuk anggota dari material yang dkenal sebagai ester polimerik.
4.7.4 Polimerisasi Esterifikasi Pada bagian ini akan dijelaskan kimia dasar apa saja yang terlibat. Reaksi esterifikasi paling dasar adalah antara sebuah asam monofungsional seperti asam asetat, dan sebuah alkohol monfungsional seperti metil alkohol (methanol) untuk membuat methyl acetate dan air. [gambar 4.1A].
gambar 4.1A Ketika reaksi ini dapat dibalik, adalah perlu untuk memindah air untuk mengatur agar reaksi sempurna. Jika metil alkohol diganti dengan ethylene glycol, molekul yang lebih besar, yaitu ethylene diacetate, dibuat [gambar 41.b].
gambar 4.1B Melangkah lebih jauh lagi, dengan mengganti asam asetat dengan asam bifungsional seperti asam suksinat, molekul kompleks terjasi. Pertama-tama ester primer terbentuk, yang mengandung grup ujung hidroksil dan karboksil. Sejalan dengan reaksi berlangsung, molekul kedua asam suksinat dapat mengesterifikasi grup hidroksil. Kemudian molekul kedua dari ethylene glycol dapat mengesterifikasi grup karboksil. Seri reaksi ini dpat berlanjut dengan alternatif glikol lain dan grup asam yang ditambahkan pada rantai sampai terbentuk molekul yang linear dan rantai yang panjang. [gambar 4.1C]
gambar 4.1C Jika fungsionalitas salah satu dari reaktan lebih dari 2, kondisi dari reaksi itu akan berubah lebih jauh. Jika glycerin yang mempunyai fungsionalitas 3, direaksikan dengan asam suksinat, reaksinya pada saat pertama adalah mirip dengan sebelumnya. Asam suksinat pertama-tama akan bereaksi dengan grup-grup hidroksil primer dari glycerin untuk membentuk rantai yang pendek dan linier. Sejalan dengan berlangsungnya reaksi, alkohol sekunder bereaksi, membentuk struktur bercabang. [gambar 4.1 D].
gambar 4.1D Pada akhirnya, branching (pencabangan) dan crosslinking (tautan silang) membuat suatu tingkatan dimana molekul adalah tidak lagi soluble (larut) atau fusible (lebur) dan mencapai gel state. Termasuk suatu asam lemak dimana didapat sebuah alkyd, seperti ditunjukkan pada gambar 4.1 E
gambar 4.1B Keterangan :
4.7.5 RAW MATERIAL Sebelum membahas beberapa macam resin alkyd, adalah sangant perlu untuk memahami tipe-tipe alkohol, asam, dan minyak yang dapat digunakan untuk alkyd. Beberapa yang disebutkan dibawah ini adalah yang paling umum digunakan, namun masih banyak lainnya yang bisa digunakan.
Polyol Alkohol polihidric yang ditunjukkan pada gambar 4.1 mempunyai fungsionalitas abtara 2 sampai 6. Glycerin pertama kali didapat dari proses produksi sabun dengan memisahkan lemak dan minyak. Pada awal 1940, gliserin sintetik pertamakali diproduksi dari minyak bumi. Glycerin mempunyai fungsionalitas 3 dan mengandung grup hiroksil primer dan sekunder. Penggunaan utama gliserin adalah untuk produksi alkyd short oil dan alkyd medium oil. Pentaerythritol adalah polyol second only to glycerin, untuk aplikasi alkyd dan diproduksi melalui proses kondensasi dari asetaldehida dengan formaldehida dalam media alkali cair. Pentaerythritol mengandung 4 grup hidroksil primer dan sangat baik untuk produksi alkyd long oil.
Polypentaerythritol, dipentaerythritol, dan tripentaerythritol adalah produk turunan dari pembuatan pentaerythritol. Karena tingginya fungsionalitasnya (antara 6 sampai 8), mereka digunakan pada alkyd long oil. Ethylene glycol adalah glycol paling penting yang digunakan dalam resin alkyd. Saat ini, glycol adalah polyol yang paling murah yang dapat dipakai. Namun volatilitas (penguapan) glycol menjadi kekurangan pada produksi alkyd. Pada banyak kasus, glycol dikombinasi dengan polyol yang fungsionalitasnya lebih tinggi seperti pentaerythritol. Trimethylolethane dibuat dengan cara kondensasi dari formaldehida dengan propionaldehida. Trimethylolethane mengandung tiga grup hidrosil primer. Trimethylolpropane dibuat dengan cara kondensasi dari formaldehida dengan butyraldehida.
Sorbitol dibuat dengan cara hidrogenasi katalitik dari glukosa. Sorbitol mengandung 6 grup hidroksil, namun fungsionalitasnya dikalkulasi hanya 4, semenjak tidak semua hidroksil akan beresterifikasi pada kondisi proses alkyd. Asam Material asam dapat dalam bentuk asam atau anhidrida. Anhidrida dibentuk dari dua ekivalen dari asam tanpa sebuah mol air. Laju reaksi lebih cepat ketika anhidrida dipakai, dan air yang muncul dari reaksi lebih sedikit. (tabel 4.2) Phtalic anhydride (ortho) adalah asam dibasic utama yang dipakai pada alkyd. Kecualui spesifik, phtalic mengacu ke bentuk ortho. Phtalic anhydride diproduksi dengan cara oksidasi katalitik dari naphtalene atau orthoxylene. Isophtalic acid (meta) dibuat dengan cara oksidasi katalitik dari xylene. Terephtalic acid (para) sangat sulit untuk dipakai di alkyd karena tingginya titik lelehnya. Tetahydrophtalic anhydride diproduksi dari raeksi Diels Alder dari maleic anhydride dengan bahan minyakbumi tak jenuh. Maleic anhydride dibuat dengan cara oksidasi katalitik dari naphtalena dan adlah bentuk cis dari butendioic anhydride. Maleic adalah tak jenuh, dan akan, oleh karena itu ber-crosslink dengan ikatan ganda asam lemak. Sejak maleic anhydride meningkatkan fungsionalitas dari sistem, kadangkala ditambahkan ke alkyd untuk menambah kekentalan. Asam adipat didapat dengan cara oksidasi dari cyclohexane. Pada alkyd, material ini membuat lunak dan membuat resin menjadi fleksibel. Asam Benzoic tidak dapat digunakan sebagai asam organik tunggal, semenjak asam benzoic adalah monofungsional. Bagaimanapun, sedikit phtalic anhydride diganti dengan asam benzoic berlaku sebagai penghenti rnatai dan alkyd dapat dimasak ke nilai asam yang lebih rendah tanpa terjadinya gellation (membentuknya gel).
Asam lemak dan minyak Minyak dan asam lemak memberikan fleksibilitas dan kering u alkyd. Solvent pertamatama menguap dan ikatan ganda takjenuh berpolimerisasi pada oksidasi atmosfer. Secar umum, senmakin tinggi ketakjenuhan, sebagaimana dihitung melalui nilai iodine, semakin tinggi daya keringnya dan semakin gelap resin alkydnya. Minyak asam adalah trigliserida dari asam alifatik yang mempunyai 18 karbon pada rantainya. Jumlah ikatan ganda takjenuh bervariasi mulai dari stearic acid yang jenuh komplet sehingga tidak mempunyai ikatan ganda, sampai ke oleostearic yang mempunyai tiga ikatan ganda. Material ini dibaahs pada bab oil and fats.(bab 3)
4.7.6 PREPARATION Alkyd dapat disiapkan langsumg dari sebuah asam lemak, polyol dan asam, atau dari minyak (trigliserida), polyol dan asam. Bagaimanapun, jika suatu usaha untuk membuat alkyd dengan meraksikan minyak, glycerin, dan phtalic anhidride bersamaa-sama pada bentuk glyceril phtalate, hal ini akan terjadi pengendapan, dan tak akkan dalam minyak. Meski demikian, suatu alkyd dapat disiapkan dari bahan-bahan teresbut jika reaksi yang dipakai berbeda. Minyaknya pertama-tama dikonversikan dahulu menjadi sebuah monogliserida dengan memanaskannya dengan polyol dengan bantuan katalis. Monogliserida kemudian bereaksi dengan phtalic anhydride dan kemudian membentuk sebuah alkyd. Variasi dari tipe dan jumlah minyak memberikan variasi pada lapisan film seperti fleksibilitas dan kekerasan. Peersentasi minyak dalam sebuah alkyd mengklasifikasikan alkyd pada penggunaan akhir sejak mempengaruhi kering, fleksibiliotas, durabilitas, dll.
4.7.7 STRUKTUR ALKYD Gambar 4.3 menunjukkan komposisi dan struktur paling simpel dari lkyd short oil, medium oil dan long oil. Sebenarnya, molekul-molekulnya adalah sangat kompleks, sehingga tidak bisa ditunjukkan. Molekul-molekul itu aadlah tiga dimensi, dan gambar tersebut hanya menunjukkan sedikit dari molekul tersebut. Branching (pencabangan) tidak ditunjukkan. Ilustrasi tersebut menunjukkan sebuah alkyd glyceril phtalate dibuat dari phtalic
anhydride
(bifungsional),
glicerin
(trifungsional)
dan
asam
lemak
(monofungsional). Tipe I adalah alkyd bebas minyak atau polyester dibuat dengan kelebihan grup hidroksil. Resin ini larut terhadap alkohol pada tahap awal dari kondensasi. Tipe II adalah alkyd short oil dimana rantai asam lemak bereaksi dengan sebuah porsi dari grup hidroksil, mengurangi jumlah kelebihan hidroksil. Resin ini larut pada solvent aromatik. Tipe III adalah alkyd medium oil, dimana utamanya seluruh grup hodroksil direaksikan dengan rantai asam lemak.Alkyd ini larut pada solvent aliphatic. Tipe IV adalah alkyd long oil, dimana terdapat kelebihan minyak yang dibutuhka untuk esterifikasi. Kelebihan minyak ini ada namun tidak bereaksi dengan alkyd atau diikat oleh polimerisasi panas dengan asam lemak pada alkyd.
KALKULASI Kalkulasi di bawah ini adalah contoh dari kalkulasi dari alkyd yang dimasak dengan proses asam lemak dan alkoholisis. Pemasakan asam lemak
Pemasakan alkoholisis
4.7.8 MANUFAKTUR Resin alkyd dibuat dengan cara proses batch dua tahap. Tahap pertama adalah reaksi esterifikasi dimana material-material direaksikan ke titik akhir spesifik. Kemudian resin didinginkan secara parsial dan dimasukkan ke dlam solvent pada tangki pelarut. Dari titik ini, alkyd dipompa ke dalam filter press untuk pembersihan dan dimasukkan ke dlam tangki penyimpanan.
Reaksi esterifikasi dapat dilaksanakan dengan proses fusi atau proses solvent. Pada metode fusi, reaktan dimasukkan ke dlam ketel dan dipanaskan pada kondisi atmosfer rendah. Mendekati akhir pemaskan, gas ditiupkam ke dlam masssa resin untuk mengambil air dan material yang tak bereaksi. Proses solvent memakai sedikit solvent (3-10%) pada campuran reaksi berfungsi sebaagai media pembalik. Air pada reaksi tersebut dibawa oeh solvent, dipisahkan, dan solvent dikembalikan ke batch. ALKYD SHORT OIL Terdapat dua tipe, drying dan non-drying. Tipe non-drying adalah berfungsi sebagai plasticizer dan tidak berfungsi sebagai pembentuk fil. Alkyd short oil mengandung minyak soya atau minyak kastor terdehidrasi banyak dipakai bersama resin amino untuk aplikasi cat peralatan. Short oil ynag mengandung minyka nondrying sepertio minyak kelapa dipakai bersama resin nitroselullose untuk aplikasi cat mobil. Alkyd short oil dari minyak linseed dapat digunakan beerdiri sendir untuk cat air-drying atau baking (bakar). Formula dibawah ini adalah alkyd short ioil dari minyak kastro dehydrated dengan prioses solvent: Kastor terdehidrasi dikonversikan ke monogliserida dengan metode alkoholisis. Alkyd ini cocok untuk binder cat sistem bakar baik berdiri sendiri atau dikombinasi dengan resin amino.
Panaskan kastor terdehidrasi, gliserin dan litharge sampai 4500F. Tahan untuk tes methanol. Dinginkan sampai 2800F, tambahkan phtalic anhydride dan 4%xylene (18 pound), dan panaskan ke temperatur refluks. Masak kurang lbih 6 jam sampai karakteristik dicapai. Encerkan dengan xylene dengan bagian berat yang sama.
ALKYD MEDIUM OIL Adalah alkyd paling serbaguna dan digunakan untuk aplikasi airdry dan baking. Minyak yang dipakai biasanya linseed, soya atau minyak tall. Berikut adalah formula medium oil tall alkyd dengan pemasakan asam lemak disiapkan oleh metode fusi.
Panaskan asam lemak tall oil, petaerythritol dan phtalic anhydride ke temperatur 5500F dalam ketel yang dilengkapi dengan kondenser uap. Setelah satu jam pemanasan, aliri dengan gaslemah sampai nilai sam 10 dicapai. Waktu total sekitar 6 jam. Encerkan dengan mineral spirit dengan bagian berat yang sama.
ALKYD LONG OIL Alkyd long oil digunakan untuk aplikasi eksterior dimana film yang fleksibel diinginkan. Formula berikut adalah l\alkyd long oil dari minyak linseed glyceril phtalate dibuat dengan proses fusi. Tahap alkoholisisi digunakan pada minyak linseed.
Panaskan minyak linseed
dan gliserin sampai 5000F. Tambahkan litharge dan tahan
sampai bening dengan methanol. Masak sampai nilai asam 10 dicapai. Turunkan ke solid 70% dengan mineral spirit.
4.8 RESIN NATURAL 4.8.1 Rosin Gum rosin relatif merupakan rosin yang murah yang secara luas digunakan dalam industri cat. Gum rosin secara alami diperoleh dari menyadap pohon pinus. Rosin mempunyai titik lebur yang rendah dan acid value tinggi. Sebelum digunakan untuk bahan cat dan vernis rosin perlu untuk dimodifikasi secara kimia. Rosin mengandung 90% asam rosin dan 10 % rosin netral. Asamnya monobasic dan mengandung asam tak jenuh. Kandungan utama asamnya adalah abetic acid yang mana dapat diisomerisasikan menjadi levopimaric acid dengan perlakuan panas. 4.8.2 Limed Rosin Rosin yang keasamannya tinggi dapat dikurangi dan titik leburnya dapat dinaikkan dengan cara mereaksikannya dengan 4% - 8% hidrated lime. Rosin dipanasi sampai 232oC dan hidrated lime dimasukkan secara perlahan – lahan dengan pengadukan yang konstan. Selanjutnya suhu dinaikkan menjadi 275oC dan masa dibiarkan pada suhu tersebut sampai
sample yang diambil menjadi clear apabila didinginkan. Limed rosin lebih murah dari pada ester gum dan lebih disukai apabila pertimbangan harga murah yang diutamakan. 4.8.3 Gloss oil Larutan yang dibuat dari limed rosin dan white spirit dinamakan “Gloss oil”. Gloss oil dapat juga dipersiapkan dengan cara thinning adonan limed rosin setelah mengalami pendinginan sampai suhu 215oC . Gloss oil dapat ditambahkan pada vernis dan resin lain seperti alkyd resin untuk membikin enamel yang lebih murah atau dapat ditambahkan pada pigmen untuk pasta. 4.8.4 Zinc resinate Rosin dapat dipanasi dan ditambah zinc oksida untuk membentuk zinc resinate. Resin ini mempunyai titik lebur yang tinggi dan sifat pengeringan yang bagus manakala digunakan dalam industri coating. Banyak digunakan untuk finishing dekoratif interior dan lacquer nitroselulose dan berbagai macam formulasi cat. 4.8.5 Ester gum Ester gum dibuat dengan mencampurkan 3 mol rosin dan 1 mol gliserol. Rosin dimasukkan dalam ketel baja dipanasi sampai suhu 260oC dibawah lingkupan CO2. Gliserol ditambahkan secara perlahan – lahan disertai pengadukan. Kemudian suhu dinaikkan sampai 288oC. Masa dipertahankan sampai diperoleh acid value yang diiginkan dan kemudian dilakukan vaccum untuk menghilangkan kelembaban dan gliserol. Ester gum dengan harga asam yang tinggi digunakan dengan varnesh heavy oil karena lebih baik dalam mengurangi gelation dibanding yang harga asamnya rendah. Juga mempunyai sifat – sufat pembasahan pigmen yang baik. Karena ester gum mengandung gugus yang tidak jenuh akan teroksidasi jika dibiarkan dalam udara terbuka oleh karena itu kontainernya harus yang kedap udara untuk menghindari reaksi okdidasi. 4.8.6 Penta Erythritol Esters Apabila gliserol diganti dengan penta erythritol maka titik lunaknya akan naik. Rosin dipanasi sampai 205oC dalam lingkup karbon dioksida, penta erythritol ditambahkan dengan pengadukan konstan. Suhu dinakkan dari 293oC sampai 296oC dan masa campuran dipertahankan sampai nilai asam yang diharapkan biasanya antara 12 sampai 15. Harus menggunakan ketel baja agar diperoleh warna yang lebih baik. Penta erythritol ester mempunyai sifat yang lebih stabil pada suhu yang lebih tinggi bila digunakan pada pembuatan vernis dan mudah dilarutkan serta keringnya lebih keras.
4.8.7 Maleic Modified Rosin Rosin dipanasi sampai 94oC dan ditambahkan maleic anhidrid perlahan – lahan dengan suhu dinaikkan bertahap sampai 149oC sampai reaksi selesai. Maleic modified rosin mempunyai titik lebur, acid value yang tinggi dan larut dalam alkohol dan glikol dan seirng digunakan dalam vernis alkohol, cat printing dan berbagai jenis lacquer. Karena acid valuenya tinggi membuatnya sangat reaktif dengan bahan coating yang lain. Oleh karena itu diesterifikasi dengan alkohol utnuk penggunakan vernis yang lebih umum. Resin maleic pentamodified dapat digunakan dengan bodying oil yang lambat untuk pembuatan vernis, tetapi tidak akan cocok untuk lacquer dan vernis alkohol. 4.8.8 Dammar Damar adalah resin yang tidak keras yang mempunyai aroma yang khas dan dicirikan dengan kelarutannya dalam hidrokarbon tetapi tidak dalam alkohol. Damar sering digunakan pada jenis vernis yang murah, vernis kertas, enamel yang tahan api dan lacquer. Kekurangan yang menonjol dari damar adalah sifat yang kurang keras dan tidak tahan lama apabila digunakan untuk aplikasi di tempat terbuka. Biasanya digunakan untuk mengkilapkan enamel dan cat murah aplikasi interior. Sebagai bahan utama yang digunakan dalam vernis bebas minyak seperti vernis untuk kertas kristal dan vernis map dengan cara melarutkannya dalam terpentin pada kondisi dingin, yang akan menghasilkan vernis yang sangat pucat dan dimana keringnya sangat cepat yang akan menghasilkan film sangat elastis. 4.8.9 Amber Merupakan resin yang sangat keras, rosin ini tidak larut dalam carbon bisulphida, minyak bumi, alkohol, benzene dan asam asetat. Amber yang dalam kondisi lebur dapat larut dalam minyak biji kapuk yang panasa, chloroform, ether, benzene, petroleum, spirtus, dan terpentin tetapi tidak larut dalam alkohol. Amber jarang digunakan dalam pembuatan vernis karena alasan harga yang sangat mahal. 4.8.10 Copals Meliputi beberapa resin natural antara lain, manila, congo, kauri dan lain – lain. Secara umum copal mempunyai harga asam yang lebih tinggi dibanding resin alami yang lain. 4.8.11 Manila Rosin ini larut dalam alkohol, keton dan hampir cocok utnuk semua pelarut, minyak dan resin. Manila yang tingkatannya lunak dan menengah digunakan sebagai pengganti shellac. Resin manila dapat digunakan untuk industri vernis tetapi masih kurang
bagus jika dibanding shellac. Jalan. Manila digunakan dalam pengecatan jalan diapdukan dengan alkohol sebagai pelarutnya yang mana tidak akan membuat bereaksi dengan aspal 4.8.12 Congo Merupakan resin fosil yang sangat keras, varietas kongo yang paling baik secara prktis adalah yang tidak berwarna. Sebelumditreatmen kongo tidak larut dalam semua pelarut organik setelah ditreatmen kongo dapat larut dalam pelarut organik, minyak dan resin. Banyak digunakan dalam lacquer dan vernis karet dan dalam indusstri enamel karena mempunyai kemampuan merekat yang kuat pada permukaan logam. 4.8.13 Kauri. Merupakan resin fosil yang sangat keras, kauri larut pada alkohol, keton minyak dan rosin sebelum ditreatmen tetapi setelah ditreatmen kauri dapat larut hampir dalam semua pelarut digunakan dalam industri lacquer dan vernis. Merupakan resin yang sangat berharga karena dapat dikombinasikan dengan semua minyak dengan sangat mudah. 4.8.13 Shellac India adalah produsen shllac terbesar, hampir 90% permintaan dunia diambil dari sana. Merupakan hasil sintesa dari kelenjar suatu insekta. Shellac dapat larut dalam alkohol dan spirtus membentuk warna kecoklatan yang kebanyakan digunakan dalam french polish. Berbentuk padat dan berjenis T.N., Button Lac, dan Garnet lac. Merupakan resin yang digunakan untuk membuat vernis dan lacquer yang peracikannya menggunakan spiritus, atau menggunakan alkohol manakala sudah kering akan menjadi lapisan yang keras mulus. Walaupun cukup mahal tetapi masih diaplikasikan dalam mebel, lantai rumah, model cor dan pernik pernik dari kayu karena sifatnya yang cepat kering, keras, kuat, transparan dan tahan aus tetapi mempunyai ketahanan terhadap air dan kelembaban yang buruk. 4.8.14 Natural Asphalt Aspal alami adalah resin yang sangat keras, rapuh dengan softening point pada 132oC – 205oC. Dari berbagai macam resin aspal maka gilsonit adlah yang paling penting. Gilasonite adalah yang termurah dan digunakan untuk vernis dan cat high gloss, hitam dan gelap. 4.8.15 Manjak Merupakan resin aspal yang lain yang mana berwarna hitam dan keras. Digunakan dalam coating yang buram dan coating kulit telur hitam, menghasilkan hasil coating yang kurang kilap dibanding gilsonite. Resin aspal ini mempunyai kecenderungan merembes pada lapis atas. Perembesan ini yang menyebabkan pembatasan penggunaaanya.
4.8.16 Petroleum Aspahalt Aspal minyak bumi sering digunakan sebagai bahan impregnasi kertas dan kain dan sebagai bahan tahan air, coting bagian bawah, bahan atap dan cat yang tahan asam dan basa. Kelebihan yang paling utama adalah harga murah dan ketersediaannya yang melimpah. Karena harga yang murah maka sering digunakan sebagai pelapis yang tebal. Kekurangannya adalah sifat yang mudah merembes sampai lapisan coating yang paling atas.
4.8.17 Coaltar pitches Merupakan hasil distilasi dari tar batu bara, sangat mudah larut dalam benzene dan carbon bisulphida. Digunakan pada atap rumah, dasar kapal, bahan tahan air dan sering digunakan sebagai vernis insulasi. 4.8.18 Glue Merupakan bentuk murni dari gelatin, diturunkan dari kulit, tulang binatang dan tulang ikan. Dapat larut dalam air dan berguna sebagai cat yang mudah larut dalam air. Sebagai binder dalam cat calcimine bubuk kering. Hal yang menonjol dari glue adalah harga yang murah. Hal yang paling merugikan adalah kelarutan permanen dalam air dan sifat pembentukan film yang jelek. 4.8.19 Casein Merupakan kandungan albumen dalam susu. Diendapkan dari susu dengan cara penambahan asam. Casein ditambahkan dalam persentase yang sangat sedikit sebagai koloid pelindung dan thickening agen. Casein kurang larut dalam air tetapi larut dalam larutan alkali. Digunakan sebagai coating dalam kertas dan yang secara relatif mempunyai ketahanan air yang jelek. Media air yang digunakan untuk pengendapan dalan finishing kulit berbasis pada casein.
BAB V PIGMEN Memerlukan penjelasan yang sangat panjang kalau pigment berperan dalam coating. Kenyataannya lapisan film mengandung beberapa lapisan dan bahwa distribusi dari pigment pada setiap lapisan dapat berbeda dari lapisan sebelumnya atau selanjutnya. Sifatsifat warna dari film misalnya elasticity, toughnees, kekuatan film tergantung dari distribusi dari vehicle diantara partikel pigment. Suatu pigment dapat organic atau anorganic yang awalnya didefinisikan sebagai bahan padat, dalam bentuk partikel yang sangat kecil, yang digunakan dalam satu media tetapi tetap tidak larut dalam media cat. Pigment mempunyai aturan khusus dalam Formulasi cat dan sifat-sifat yang mendukung pigment adalah seperti berikut ini : 1. Mendukung warna 2. Opacity 3. Menaikan ketahanan film terhadap Ultra Violet 4. Menaikan ketahanan terhadap korosi 5. Memodifikasi sifat aliran. 6. Menaikan sifat ketahanan terhadap cuaca Sesuai dengan pengaruh pigment mempunyai sifat mengembang pada film minyak, maka pigment dapat dibagi dalam dua kategori : 1. Yang sangat mempengaruhi kekuatan mengembang film misalnya : Basic lead carbonat, TiO2, Ba2SO4. 2. Yang secara definitive menaikkan kekuatan mengembang film misalnya : ZnO2, Lithopine.
1. Klasifikasi Pigment Natural Anorganik Pigment 1. White
: tidak ada
2. Coloured
: Iron Oxide
3. Ekstender
: Barytes, Limiting, China Clay, Mica, Talc.
Syntetic Anorganik Pigment 1. White
: TiO2, ZnO2, Antimony Oxide, White Lead, Lead Sulfat.
2. Coloured
: Iron Oxide, Red Lead, Cadmium Red, Lead Silicocromat, Lead
Cromate, Zinc Cromate, CadmiumYellow,Calcium Plumbat, Chromium Oxide, Prusian Blue, Ultra Marine Blue. 3. Metallic
: Alumunium, Zinc, Lead.
4. Ektender
: Banefixe, Paris White.
Syntetic Organik Pigment 1. White
: None
2. Coloured
: Tilinidine Red, Anylamide Red, Hansa Yellow, Bezidine Yellow, Pigment Green, PtaloCyanine blue, Car Bin, etc.
2. White Pigment Pigment putih mempunyai prosentase konstitusi terbesar dari pigmen yang sekarang digunakan kurang lebih 90% dari keseluruhan. 1.Titanium Dioksida (TiO2) Adalah pigmen putih yang secara luas digunakan dalam industri dekorasi, cat dan yang lainnya. Pigment Titanium berkembang dan menjadi kebutuhan utama karena kombinasi sifat-sifatnya yang unik. Dan saat ini digunakan hampir pada seluruh coating permukaan dimana pigmen putih dibutuhkan. Titanium Dioksida diproduksi dalam bentuk kristal, anatase dan rutile. Kristal rutile lebih kompak daripada anatase yang pada akhirnya Titanium Dioksida rutile mempunyai indeks refraksi yang lebih tinggi, densitas lebih tinggi dan stabilitas yang lebih besar. Grade rutile digunakan secara ekstensif disebabkan oleh daya tahan yang ekselen. Titanium Dioksida dibuat dengan dua cara : 1.
Chloride Proses
2.
Sulphate Proses
Chloride proses lebih modern daripada sulphat proses. Sifat-sifat : Sifat yang sangat ekstrem dari Titanium Dioksida adalah kekuatan Hiding Power yang sangat tiggi dan kekuatan tinting. Klas rutile lebih superior dibanding klas anastase dalam kekuatan hiding, durability, dan tinting.
Perbandingan Anastase dan Rutile Properties
Anastase
Rutile
Indeks refraksi
2,55
2,7
Hiding (ft2/lb)
115,0
147,0
Tinting
1250,0
1550,0
Bulking Value (lb/gal)
32,56
35,0
Kecerahan yang sangat tinggi dari Titanium Dioksida memungkinkan untuk produksi Coating permukaan yang sangat ekstrem. Sangat tidak reaktif terhadap kebanyakan binder, tahan terhadap kimia, dan menyebar secara mudah untuk finishing high gloss. Keuntungan yang lain adalah absorpsi minyakanya rendah aliran yang ekselen, retensi warna yang baik. Kekurangan yang paling menonjol adalah Chalking atau pengapuran. Anastase akan segera menjadi berubah chalking apabila terekspose matahari secara langsung dibanding rutile. Titanium Dioksida aman digunakan pada coating industri makanan, mainan anak. 2. Zinc Oksida Secara alami Zinc Oksida adalah basa, digunakan karena kombinasi sifatnya yang agak tidak lumrah. Zinc Oksida cinderung menjadi Zinc siap khususnya dengan vehicle yang bersifat asam tinggi. Reaksi tersebut umumnya menaikkan viskositas cairan coating, yang mana diharapkan. Reaksi tersebut juga menaikkan pembasahan dan penyebaran Zinc Oksida dalam media. Zinc Oksida digunakan pada coating marine dan industri finishing karena dapat menaikkan ketahanan air. Sebagai senyawa basa Zinc Oksida adalah penerima asam yang mana menetralisasi produk dekomposisi asam dari drying oil. Kelebihan Zinc Oksida yang lain adalah menghambat korosi dan selanjutnya digunakan apabila kebutuhan penghambat korosi dibutuhkan. 3. Antimony Oksida (Sb2O3) Antimony Oksida adalah pigmen putih anorganik sintetis secara luas digunakan sebagai coating penghambat api. Antimony Oksida digunakan dalam coating modern dalam hubungan resin coating chlorine dalam coating retar dan api, karena bersentuhan langsung dengan api, gas chlorine dibebaskan pada proses dekomposisi dari komponen resin dari film cat dan
bereaksi dengan Antimony Oksida menghasilkan uap Antimony Chloride yang akan menjaga penyebaran api. 4. White Lead (2PbCO PbCOH2) Merupakan pigment anorganik sitetis, White Lead adalah material basa yang bereaksi dengan media dengan harga asam tinggi. White Lead bereaksi sebagai penghambat rust (karat). White Lead mempunyai gravitasi yang tinggi dan harga bulking rendah, hiding power, tinting strength dan absorpsi minyak rendah. Mempunyai ketahanan pemakaian luar yang baik dan menghambat flaking dan mengelupasnya cat pada saat digunakan. Waktu pengapuran dari film yang mengandung White Lead tinggi dan aliran, gloss, dan stabilitas warna finisihing tersebut adalah khas menyebabkan cocok untuk coating finishing.Kelemahan yang paling menonjol dari pigment White Lead adalah toxicity (beracun) yang menyebabkan tebatasnya pemakaian dalam coating modern. 5. Basic Lead Sulphat Merupakan pigmen putih sintetis anorganik. Basic Lead Sulphat basa mempunyai sifat aliran yang lebih bagus pada media cat daripada White Lead. Basic Lead Sulphat sangat menghambat korosi dan oleh karena itu digunakan secara meluas untuk kerja besi baja pada coating pantai.
3. Pigmen penghambat korosi Korosi merupakan perusakan atau degradsi suatu logam karena serangan kimia. Pigmen dapat digunakan untuk melindungi korosi dengan : •
Menjaga agar air dan oksigen tidak lewat.
•
Melindungi tempat anoda yang sudah menjadi lobang.
•
Penyedia ion solubel pemasif untuk melindungi logam.
•
Penyedia film insoluble untuk menjaga korosi aktif
Pigmen – pigmen utama penghambat korosi adalah : 1.
Red lead
2.
Basic lead silicochromate
3.
Zinc chromate
4.
Calcium, strontium and zinc molybdate
5.
Calcium plumbate, CI Pigment Brown 10
6.
Zinc phosphate
7.
Zinc dust
Kebanyakn dari pigmen tersebut beracun karena kandungan lead dan chrome VI. Pigmen dipilih secara cermat sesuai dengan bidang aplikasinya. Oleh karena itu pemahaman terhadap SAFETY DATA SHEET dan TECHNICAL INFORMATION adalah sangat penting 1.
Red lead
Color Index Pigment Red 105 Formula
Pb304
Properties Penggunaan utama red lead dalam plamir atau primer sebagai proteksi logam. Read lead bereaksi dengan group asam dalam resin memproduksi sabun lead ( lead soaps ) yang membikin pasif permukaan besi dan baja. 2.
Basic lead silicochromate
Formula PbSi03 3Pb0 PbCrO4 PbO3 Properties Basic lead silicochromate mendukung pada proteksi logam yang berkualitas tinggi dalam pengecatan otomotif dan baja struktural.dan mudah untuk didispersikan. Grade yang lebih halus digunakan pada cat electrocoat. 3.
Zinc chromate
Color Index Pigment Yellow 36 Properties Zinc chromate membebaskan ion chromate , yang mana membuat pasif permukaan logam, memproduksi film pelindung pada anoda yang dapat menjaga resksi anodis.Sejak dari dahulu sudah digunakan untuk melindungi besi, baja, dan aluminium. 4.
Calcium, strontium and zinc molybdate
Formula
CaMo04, SrMo04, ZnMo04
Properties Tiga pigmen tersebut membikin pasif anoda. Pada tahunterakhir ini penggunaannya berkembang karena pertimbangan sifat fisis yang lebih disukai
Properties of calcium & zinc molybdates Property Density
Zinc
Calcium Zinc
Molybdate
Molybdate
5.06
3.00
Oil Absorption Mean particle size pH 5.
14
18
0.65 µm
1.88 µm
6.5
8.5
Calcium plumbate, CI Pigment Brown 10
Color Index Pigment Brown 10 Formula
Ca2Pb04
Properties Calcium plumbate merupakan agen pengoksidasi yang sangat ampuh yang mana bereaksi dengan grup asam dalam binder dan grup asam lemak seperti liseed oil yang menghasilkan sabun lead dan kalsium.hal tersebut menambah sifat adhesi fil cat dan mendukung kekuatan. Efek penghambat korosinya merupakan hasil kemampuan pigmen untuk mengoksidasi senyawa besi terlarut yang terbentuk pada daerah anoda, dimana kemudian membentuk suatu film tak larut senyawa besi pada anoda. Hal tersebut menetralisasi elemen dari sell korosi dan membatasi reaksi korosi lebih lanjut. Pada paruh waktu tertentu, terbentuk kalsium karbonat pada daerah katoda dari sel korosinya. 6.
Zinc phosphate
Color Index Pigment White 32 Formula
Zn3 (P04)2 2H20
Properties Pigmen ini pada sistem cat mendukung good durability, excellent intercoat adhesion dan sifat flow baik. Dalam lingkungan industri, bereaksi dengan ammonium sulphate membentuk komplex asam, yang akan menghambat korosi. 7.
Zinc dust
Color Index Pigment Metal 6 & Pigment Black 16 Formula
Zn
Properties Merupakan bubuk abu – abu kebiruan yang bereaksi dengan alkali menghasilkan zincate dan dengan minyak menghasilkan sabun zinc. Ketahanan korosinya muncul melalui suatu
reaksi kimia sacrificial dari pigmen dari pada substrat bajanya. Zinc dust melindungi film dalam coating eksterior dengan menyerap UV radiasi.
BAB VI PLASTICIZER Zat pemlastis pada umumnya mempunyai berat molekul yang rendah, merupakan cairan yang tidak mudah menguap yang mana secara ideal sangat kompatibel dengan lapisan komponen polimer, menaikkan fleksibilitas dan melunakkan polimer. Fungsi utama zat pemlastis untuk meningkatkan fleksibilitas film, secara khusus pada binder yang mempunyai kecenderungan menjadi rapuh karena fleksibilitasnya rendah. Zat pemlastis eksternal ditambahkan secara fisis kedalam polimer dan zat pemlastis internal secara kimiawi ditambahkan ke dalam polimer yang akan berikatan dengan molekulnya dengan mekanisme kopolimerisasi. Selanjutnya zat pemlastis yang digunakan dalam dunia industri ada berbagai 2 macam; Zat pemlastis primer, dapat dipandang sebagai pelarut dari polimer. Pemlastis primer mengandung gugus kimia yang dapat berinteraksi dengan polimer sedemikian rupa yang mana elastisetas dari pemlastis yang berat molekul rendah masuk diantara rantai polimer dengan berat molekul tinggi yang akan membentuk struktur yang kurang rigid. Pemlastis sekunder tidak reaktif terhadap polimer
dan beraksi sebagai pelumas.
Pemlastis sekunder mempunyai pengaruh yang berakibat membalik kekuatan film. Adapun sifat-sifat umum dari pemlastis adalah sebagai berikut ; 1. Compatibility, Zat pemlastis harus kompatibel dengan berbagai macam jenis polimer. Grup fungsional dari molekul pemlastis biasanya secara alami bersifat polar yang akan mendukung untuk kompatibilitasnya. Perbandingan yang paling besar dari grup fungsionalnya terhadap molekul remainder, adalah zat pemlastis yang terbesar kompatibilitas terhadap polimerdari kompatibilitas yang terbatas. Misalnya dimethyl pthalat kompatibel dengan selulose asetat tetapi tidak dengan dibutyl pthalat. 2. Efektif, zat pemlastis yang kan menghasilkan sifat dan karakter yang diinginkan pada coating permukaan pada prosentasi penggunaan yang terkecil akan dipandang sebagai yang paling efektif. 3. Permanen, zat pemlastis harus mempunyai sifat volatilitas rendah untuk mengurangi penguapan coating film. Volatilitas dari pemlastis dipengaruhi oleh beberapa faktor, tekanan uap ( vapor pressure ), suhu, kompatibilitas dan ketebalan film.
4. Stabilitas, zat pemlastis harus tahan terhadap panas, cahaya, air, minyak, bahan kimia dan api, mempinyai solubilitas dalam air yang rendah sehingga tidak dapat terbawa keluar dari lapisan film. 5. Bau, rasa, racun dan warna, zat pemlastis yang digunakan untuk melapis kontainer makanan, pakaian, aplikasi medis harus total bebas dari bau dan racun. Berbagai macam zat pemlastis yang digunakan dalam industi adalah sebagai berikut ini; 1. Minyak kastor, merupakan minyak non drying, adalah gugus hidroksil yang akan meningkat kompatibilitasnya dengan nitro selulose. Khususnya minyak kastor coklat digunakan sebagai zat pemlasti pada lacquer. Minyak kastor asetilated dipakai sebagai pemlastis pada lacquer nitroselulose dan dalam coating insulasi vinyl. 2. Minyak epoxidised, pemlastis epoksidized dibuat dari munyak drying dan semi drying. Mempunyai sifat yang cukup dalam kompatibilitas, volatilitas yang rendah dan fleksibilitas yang sangat ekselent pada temperatur rendah. Harganya lebih murah yang menggeser stabilser metalik dalam senyawa vinyl mempunyai performans yang lebih baik pada beaya yang lebih hemat. 3. Camphor, Secara alami ada dalam kayu comphore, digunakan sebagai zat pemlastis pada varnish dan lacquer dan secara luas sebagai pemlastis celulose ester. 4. Dibutyl pthalat, digunakan sebagai zat pemlastis dengan ciri kompatibilitas yang baik dalam banyak resin, kekurangannya adalah volatilitasnya yang tinggi. Dibutyl pthalat telah lama digunakan dalam lacquer nitrocelulose. Menguap dari film lacquer lebih cepat oleh karena itu pada lacquer grade tinggi penggunaannya diganti agar tetap terjaga kekerasan dan fleksibilitasnya. Dapat digunakan secara bersama – sama dengan polimer emulsi polivinil asetat dan sebagai perekat general purpose. 5. Di – ( Zethyl hexyl ) pthalat, disebut juga octyl pthalat ( DOP), DOP kurang volatile dan mempunyai stabilitas baik dalam panas dan cahaya. Gambar struktur kimianya adala seperti berikut; DOP secara luas digunakan sebagai pemlastis dalam resin vinyl dan secara ekstesif digunakan pada sistem finishing nitroselulose. Tersedia pada harga yang murah, mempunyai kompatibilitas pada kebanyakan resin, efektifitas yang sangat tinggi, stabilitas yang baik dan sangat mendukung fleksibilitas pada coating temperatur rendah.
6. Butyl benzyl pthalate, merpakan pemlastis hasil perkembangan terakhir, saat ini mengganti posisi di butyl pthalat dalam nitro celulose dan lacquer akrilik. Komposisinya akan menghasilkan lacquer yang superior dalam kekerasan, fleksibilitas yang lebih baik, kepadatan yang baik, permeabilitas air yang baik dan ketahanan pemakaian luar yang hebat. Mempunyai volatilitas yang lebih rendah dibanding dibutyl pthalat dan stabil terhadap panas dan cahaya serta ketahanan yang cukup terhadap pelarut dan minyak. 7. Tricresyl phosfate, pemlastis yang tidak berwarna dan berbau serta mempunyai volatilitas yang sangat rendah. Solubilitas dalam air dan minyak yang rendah dan mendukung permeabilitas uap air yang baik pada lapisan coating. Merupakan pelarut untuk nitroselulose dan dapat digunakan dalam jumlah yang banyak tanpa kuatir akan terjadi sweating. TCP mendukung fleksibilitas yang hebatdan tidak menurunkan tegangan tensile yang diharapkan. Karena mempunyai ketahanan panas dan listrik yang baik maka banyak dimanfaatkan pada enamel kawat dan varnish insulasi. 8. Triphenyl phospat, digunakan untuk sistem finishing nitro selulose yang mana ada sebagian sifat dari plastisnya cenderung untuk mengurangi flammability dari film coating. Kompatibel dengan selulose asetat, vinyl resin, dan karet sintetis dan larut dalam semua pelarut serta minyak vegetable. Mempunyai volatilitas rendah dan fleksibilitas baik, tahan api dan kekerasan. Karena mempunyai sifat yang seperti itu maka banyak ditemukan dalam aplikasi industri. 9. Butyl stearat, merupakan pemlastis sekunder untuk nitroselulose dan lacquer. Butyl stearat menjaga dan meningkatkan ketahanan gesek dan abrasi dari film. Butyl stearat meningkatkan kekerasan film dan efekrif pada suhu rendah.
BAB VII DRIER Adalah bahan yang mendukung atau menambah kecepatan curing atau pengerasan lapisan film yang mengandung komponen yang dapat teroksidasi atau drying oil. Air drying atau pengeringan udara terbuka adalah pembentukan film padat pada suhu ruang oleh reaksi oksidasi dari cairan coating yang digunakan. Berbagai macam dryer terebut adalah ; 1. Metallic carboxylates - Driers for oxidative coating: Drier metals are traditionally divided into two groups: active (or primary) and auxiliary (or secondary) though it is an arbitrary classification. Driers that promote oxygen absorption followed by peroxide formation and decomposition are termed active; auxiliary driers, while exhibiting no catalytic action on their own, appear to synergistically enhance the functioning of the active drier metals. It has been postulated that secondary driers function by forming complexes with primary drier metals. Active (Primary) Driers: cobalt, zirconium, lead, cerium, iron etc. Auxiliary (secondary) Driers: calcium, manganese, barium, zinc, lithium, etc. 2. Cobalt Cobalt is "the drier" metal and is most extensively used. It is a powerful oxidation catalyst; and as a result, in coatings containing cobalt alone, the surface dries preferentially causing surface wrinkling and poor through dry in the extreme. It is therefore combined with other metals such as lead, manganese, calcium, zirconium, etc. traditionally (i.e. in conventional solids coatings) or with aluminum or lithium in modern high solids coatings. Cobalt has a red-violet purple color : however the yellow color of oils and resins counter this and resultant coatings have increased whiteness. Cobalt therefore is invariably preferred in white coatings. The wrinkling effect produced by high cobalt levels is taken advantage of when producing alkyd based wrinkling enamels. 3. Calcium Calcium is an auxiliary drier. It is used both in combination with lead and as a partial replacement for lead in vehicles that show poor tolerance for lead. Calcium prevents formation of basic lead phthalates in alkyds systems. When used along with zirconium in lead free systems, calcium driers find important application as pigment wetting agents and reduce loss of dry problems. 4. Zinc Zinc has been found to give harder films in many coatings films and baking enamels keeping the film 'open' and preventing surface wrinkling agent and reduce loss of dry when incorporated early in the grind phase of manufacture.
5. Lead Lead functions as a powerful drier by promotion polymerization of drying oils, causing the film to dry in its entire thickness.; in other words the drying of the surface and inside the film is catalyzed uniformly. Lead is, therefore called a "through" drier like cobalt is known as the top drier. Lead also improves the flexibility, toughness, durability, water resistance and salt spray resistance of the film. Lead is always used in conjunction with others such as cobalt and calcium. It is also used as a deleafing additive for aluminum pastes. However, lead is seldom used these days due to environmental hazards. 6. Iron Iron is a specialty drier which is active only at bake temperatures above 120º C although it effects little or no polymerization at ambient temperatures. Iron can be used only in darkly pigmented coatings as it contributes a brownish red color. Iron is a good wetting agent for carbon black pigments, thus yielding better grinds. It also helps to avoid loss of dry problems. Iron has also been reported to reduce the tendency for orange peeling in black automotive bake finishing. 7. Zirconium Zirconium is the most widely accepted substitute for lead drier. It functions mainly by its catalytic activity on drier metals such as cobalt and manganese. The impetus for increased use of zirconium is environmental regulations restricting use of lead. Zirconium is effective in both air dry and bake coating systems. It improves gloss, hardness and through dry without any adverse effect on other coating properties. 8. Manganese Manganese promotes both 'surface dry' and 'through dry', although it is less efficient then cobalt and lead in air drying finishes. In baking finishes manganese is superior to cobalt as it does not cause imbrutement. Manganese also gives better result than cobalt in low temperature drying performance and does not suffer from wrinkling under high humidity conditions. However, manganese is rarely used along but added as a modifier, with cobalt being use as a primary drier. Manganese generally imparts a pink/yellow color to white enamels and hence is best avoided in such finishes. In some systems such as urethane oils, use of manganese in preference to cobalt results in reduced 'skinning' problems. 9. Cerium Cerium promotes polymerization and through drying, cerium, more active at higher temperatures, does not stain the film although it imparts less hardness than iron. Cerium is a preferred drier in long oil alkyd vehicles and alkyd/epoxy systems. Cerium also performs as an effective auxiliary drier in coatings dried at low temperature and high humidity. Cerium is particularly recommended for baking finishes for white or overprint varnishes where color retention is important.
10. Lithium Lithium is generally used in conjunction with cobalt in high solids coatings as a substitute for lead. These resins are necessarily of low molecular weight, so designed to comply with VOC regulations. Lithium promotes through drying with improved hardness reducing the tendency of high solids coatings to wrinkle. It is also used as an etherification catalyst for alkyds -particularly with coconut oil alkyds.
STANDARD DRIERS Drier
Common Metal Concentration
Other Concentrations Available
Cobalt
12
6
Manganese
12
6, 9, 10
Lead
36
24, 30, 32, 33
Calcium
10
4, 5, 6, 8
Cerium
12
6
Zirconium
24
6, 12,18
Zinc
18
6, 8, 16
Iron
12
4,6,10
STARTING POINT USE LEVELS OF DRIERS Drier
Cobalt Manganese Lead Calcium Zirconium Cerium Zinc Iron
Based on vehicle solids 0.01 to 0.1% metal 0.02 to 0.1% metal 0.35 to 0.5% metal 0.1
to 0.3% metal
0.1
to 0.3% metal
0.1
to 0.3% metal
0.1
to 0.15% metal
0.04 to 0.15% metal
*Vehicle solids (or "binder portion") refers to oil and resin portion of the coating formulation.
DRIER CALCULATIONS Drier recommendations are based on percent metal on vehicle solids. To calculate the quantity of various driers required to be added to a coating formulation, it is necessary to know: 1. Vehicle solids 2. Percentage of metal available in the driers 3. Required percentage of metal on vehicle solids. The quantities of driers are calculated from the formula:
Drier required (in kg./lb.)= Vehicle solids (in kg./lb.) x
% Metal Required % Metal in Drier
BAB VIII ADITIF
1.Wetting agent ( Agen Pembasah ) dan dispersing agen. Agen pembasah dan agen penyebar mendorong penyebaran cairan sampai permukaan. Wetting agen dan dispersing agen merupakan bahan yang sama yang berbeda hanya dalam sudut pandang saja. Lecithin soya adalah agen pembasah dan agen penyebar yang secara umu telah digunakan. Fungsi lecithin soya sebagai agen antar muka yang efektif untuk aplikasi cat, lacquer, printing ink dan juga sebagai agen dispersi dalam waterbased coating. Lecithin soya sangat efektif pada kasus pewarna prussian blue, ultra marine blue atau pigemen titanium dioksida dalam varnish linseed oil. Metalik soap dari asam lemak digunakan dalam surface coating dan beberapa diantaranya zinc napthenate dan octoate yang mempunyai aksi pembasahan lebih baik dibanding yang lain. Zinc napthenate dan octoate merupakan garam dan digunakan sebagai wetting agen dalam banyak aplikasi. Asam oleat digunakan sebagai wetting agen juga.
2. Anti Skinning Agen. Bahan coating ( cat, produk, lacquer) selama peyimpanan menyerap udara dan membentuk lapisan film tipis pada permukaanya. Apabila kulit permukaan tidak dihilangkan pada prosrs finishingnya akan tidak sempurna. Anti skinning digunakan untuk memperlambat oksidasi. Selam proses oksidasi ada pembentukan radikal bebas dan hidro peroksida. Anti skinning mengontrol radikal bebas, menghambat pemulaian dan berikut oksidasinya oleh karena itu memperlama periode induksinya. Naiknya periode induksi akan menghambat periode pembentukan kulit. Anti oksidan yang digunakan sebagai anti skinning harus mempunyai laju evaporasi yang tinggi sehingga apabila dilakukan coating, anti oksidan akan menguap bersama solven meninggalkan coating tanpa bekas sehingga tidak menghambat waktu pengeringan coating. Beberapa anti oksidan yang digunakan adalah; 1. Quinones dan hidroquinones. 2. Phenols 3. Amines 4. Oxime.
Adalah anti oksidan yang menghambat oksidasi tetapi tidak secara utuh menguap dari film coating pada akhirnya menambah waktu pengeringan coating. Kecuali oximes yang secara luas digunakan pada coating adalah anti oksidan yang paling ideal dipakai sebagai anti skinning. Oximes akan menghambat oksidasi selama bahan ada dalam kontainer ( penyimpanan ). Setelah bahan digunakan oximes akan menguap sangat cepat tidak menunda waktu kering dari coating. Klas oximes yang secara luas digunakan methyl ethyl ketoximes, butyral doximes, cyclo hexamone oxime. 3. Anti Settling Agen. Laju pengendapan partikel meningkat sebanding dengan ukuran dan grafitasi, tetapi menurun apabila viskositas meningkat. Pigmen akan cenderung untuk mengendap dan membentuk sedimen dari partikel pigmen yang menyatu sehingga sulit unutk membuatnya menyebar kembali. Pada coating yang menggunakan barytes ( sejenis ekstender) ditambah larutan oleat sampai 1% untuk menghindari settling ( pengendapan ). Pigmen yang lain dapat menggunakan minyak turkey red untuk mengontrol settling yang berlebihan. Kalsium linoleat dan napthenate efektif untuk menjaga pigmen dari settling. Lecithin soya ditambahkan sebagai agen suspensi dalam kasus coating glossy. Lecithin soya dipakai dalam kisaran 0.2 – 0.4 % dari berat bahan coating. Aluminium napthenate mempunyai sifat suspensi yang ekselent dan dapat dipakai sampai 2 %. 4. Anti Floating Agen dan anti flooding agen. Floating adalah pemisahan lapisan pigmen baik dalam keadaan cair atau dalam permukaan coating. Floating dipercepat manakala satu atau lebih pigmen cenderung untuk mengumpal. Usaha untuk mengontrol flooding atau floating dapat memanfaatkan bahan yang mndukung viskositas struktural yang secara umum efektif dalam aplikasinya. Ekstender seperti china clay, silika persipitasi dan kalsium karbobat dalah bahan yang sangat efektif.
5. Agen levelling dan agen flow kontrol. Levelling adalah kemampuan dari film basah untuk menjadi mulus seragam selama proses pengeringan. Bahan coating dengan levelling yang bagus dan ketahanan sag dapat dapat diformulasikan apabila mempunyai viskositas rendah selama dan setelah
proses pemakaian, tetapi viskositas tinggi medium diperlukan untuk mengurangi atau menjaga sagging Khususnya zinc benzoate, zinc oksida dan asam bensoat mempunyai pengaruh pada levelling. Dalam penggunaan pada lacquer film dengan levelling yang bagus diproduksi dengan cara memadukan pelarut titik didih tinggi dan cairan pemlastis methyl cyclohexanol stearate dan kloroparafin adalh bahan yang sesuai 6. Defoaming agent. Foaming ( pembusaan ) sering muncul oleh adanya dalam bahan coating cairan yang mana akan menurunkan tegangan permukaan cairan dan mempunyai efektifitas kerja permukaan sebagai bahan untuk defoaming adalah kelas alkohol, keton yang menyebabkan busa terjebak didalam tanpa bisa keluar dari permukaan dan mengontrol foaming. Agen anti foaming yang secara luas digunakan dalah suefaktan yang mempunyai nilai HLB rendah seperti silikon, alkohol, turpentene dan minyak pinus.
7. Preservatif dan Fungicides. Coating untuk waterbased dan marine coating merupakan sasaran dari microorganisma dan media pertumbuhannya apabila kemudian terjadi aksi enzimatik dan berakibat memutus sistem coating secara keseluruhan maka lebih jauh lagi akan muncul bau yang tidak enak. Pada kasus coating berbasis solven serangan bakteri bukan menjadi masalah tetapi serangan jamur gantinya sebagai masalah. Pengawet yang umumnya digunakan adalah phenyl merkuri asetat, phenyl merkury napthenat, penta chlorophenol sodium salt, tetra chlorophenyl sodium salt dan copper napthenat. Tri – n – butyl tin merupakan senyawa efektif digunakan untuk preservatif melawan mikroorganisme. Pemilihan aditif dilakukan secara trial and error, aditif dapat mendukung salah satu watak atau sifat tetapi kadang juga dapat menjadi perusak dari sifat coating yang diharapkan. Oleh karena itu asitif harus diperhitungkan setelah pengkajian yang hati – hati dari sifat masing – masing dan hal ini memerlukan ahli teknis yang berpengalaman.
BAB IX MESIN PRODUKSI
A. Peralatan A.1. Timbangan. Untuk mengukur berat dari bahan yang padat atau cair seperti pigmen, solven, releasing agent dan air. Perhatikan ketelitian timbangan, timbangan untuk mengukur adonan yang jumlah total adonannya kurang lebih hanya satu kilogram, diperlukan timbangan dengan ketelitian seperseribunya. Bila menggunakan timbangan dengan ketelitian 10 gr akan sangat besar pengaruhnya pada produk yang total adonannya 1000 gr saja. Produk dapat terlalu basah jika hanya kelebihan releasing agen 10 gr saja, atau produk malah tidak bisa dihapus jika releasing agen sedikit. Penggunaan timbangan dengan kapasitas yang berbeda dan ketelitian yang berbeda diperlukan agar selalu tercapai kwalitas produk yang diharapkan, untuk ketelitian penimbangan pigmen gunakan timbangan dengan ketelitian yang paling bagus. A.2. Literan. Untuk pengukuran volume bahan yang cair maka lebih mudah digunakan literan, gelas ukur dengan kapasitas yang berbeda dapat digunakan untuk mengukur volume bahan yang berbeda. Pengukuran releasing agen yang prosentasenya sedikit dibanding pelarut sebaiknya tidak menggunakan gelas ukur yang sama yang digunakan untuk mengukur solven yang prosentasenya besar dalam produk. Berbagai macam gelas ukur dari kapasitas 1ml, 5ml, 10ml, sampai kapasitas 2000 ml sebaiknya disediakan untuk kebutuhan ketelitian pengukuran. B. Grinding. Penghalusan atau dengan kata lain pengecilan ukuran ditujukan untuk mengurangi ukuran suatu padatan agar diperoleh luas permukaan yang lebih besar. Dengan luas permukaan yang bertambah maka akan diperoleh keuntungan; 1. Mempercepat pelarutan. 2. mempercepat reaksi kimia. 3. mempertinggi kemampuan penyerapan. 4. menambah kekuatan warna. Untuk mengecilkan ukuran padatan diperlukan gaya – gaya mekanis. Gaya – gaya mekanis ini dapat memecahkan padatan secara berbeda beda, merupakan gaya tekan,
gaya gesek, dan gaya tumbuk. Ball mill adalah salah satu alat yang digunakan untuk memperkecil ukuran padatan yang mana merupakan tabung yang berputar dengan bola bola pejal didalamnya, bahan dikecilkan dengan penekanan, penggesekan dan pemukulan. Frekwensi putaran tabung, penempatan bola dan volume yang ditempatinya dan lama penggilingan memainkan peranan yang penting dalam penentuan derajat pengecilan. Apabila frekwensi putaran terlalu tinggi, bola – bola akan tertekan ke dinding karena pengaruh gaya sentrifugal. Pada kecepatan yang rendah, bola – bola hanya bergoyang kian kemari tanpa jatuh kebawah. Volume yang ditempati bola hanya boleh ditingkatkan hingga suatu batas optimum, karena jika terlalu besar aakan mengganggu jatuhnya bola. Dengan memasang benda penghalang didalam tabung selipnya bola dapat dicegah dan bola dirangsang untuk jatuh kebawah.
Rendah
Cepat
Benar
Gambar 4.1. Frekuensi putaran tabung.
Ukuran butir atau derajat pengecilan padatan tergantung daripada lama penggilingan. Waktu tinggal bahan didalam ball mill dapat mencapai beberapa jam. Kecepatan putaran yang sesuai tergantung dari panjang garis tengah tabung, jadi untuk tabung besar dan tabung kecil kecepatannya tidak sama. Berikut ini adalah tabel 4.1 menggambarkan perbandingan garis tengah tabung dan kecepatan pitaran per menit.
Tabel 4.1. Panjang garis tengah versus kecepatan putaran per menit. 1. Garis tengah tabung ( mm)
154
228
254
292
330
2. Panjang tabung (mm )
165
251
286
286
330
3.Isi tabung ( ltr)
1.44
5.8
8.75
12.05
18.1
4.Isi bahan digiling ( ltr)
0.76
3.06
4.56
6.25
9.4
5.Berat peluru ( kg )
0.87
3.49
5.23
7.2
10.9
6. Putaran per menit
88
70
64
61
53
Berikut ini adalah skema ball mill dan bagian bagiannya;
Gambar 4.2 Skeme ball mill komplit 1. Shell
7. Modular Frame
2. Heads
8. Feed Spout
3. Trunnion Bearings
9. Discharge Trommel
4. Gear and Pinion
10. Discharge Chute (Optional)
5. Reduction Unit
11. Liners
6. Electric Motors
12. Trunnion Liners
Ball mill diatas digunakan untuk kapasitas produksi yang besar, tempat untuk memasukkan bahan dan untuk mengeluarkan bahan sudah dirancang sedemikian rupa maka dapat digunakan untuk produksi dengan sistem kontinyu. Untuk kapasitas produksi yang sedikit dapat digunakan ball mil rakitan sendiri seperti berikut ini.
Gambar 4.3 vibration ball mill Bekerja berdasar getaran yang dihasilkan dari arus listrik yang dirubah menjadi gerakan vibrasi, osilasi vertikalnya 3000 permenit dengan ketinggian 0 – 3 mm (frekuensi 50 hz). Ball mill yang sederhana dapat dirangkai sendiri dengan memanfatkan bahan bekas pakai dari peralatan rumah tangga. Berikut ini merupakan ball mill yang bahannya seperti; dinamo sebagai alat penggeraknya didapat dari bekas dinamo mesin cuci, sedangkan tromol / tabing dari pipa pvc bekas.
gambar 4.4 ball mill sederhana dari bahan bekas pakai. C. Mixing Mixing adalah opersi dasar untuk menyebarkan bahan – bahan dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda – beda secara merata dibawah pengaruh gaya mekanik. Suatu penyebaran merata dari komponen campuran tercapai, bila dalam sistem campuran tidak terdapat lagi perbedaan konsentrasi, besar butiran dan suhu. Prose pencampuran adalah proses mekanik untuk penyatuan bahan – bahan. Jenis campuran diarahkan kepada keadaan fisik bahan dimana terdapat komponen campuran. Untuk mencampur bahan maka pengetahuan tentang konsistensi bahan adalah yang paling penting seperti bahan yang sangat kental, semi kental dan encer. Mixer dibagi berdasarkan dua cara;
1. Kecepatan.( kecepatan tinggi, Kecepatan sedang. Kecepatan rendah.). 2. Performance kerjanya. Mixer dengan kecepatan berbeda didesain untuk penggunaan yang berbeda pula. Sebagian digunakan dalam hanya lacquer yang lain dapat digunakan untuk cat dan lacquer. Pada sisi yang lain mixer tangan diklasifikasikan seperti berikut ini; 1. Mixer yang dapat mencampur secara sederhana pigmen dan vehicle menjadi bahan pasta untuk proses selanjutnya. 2. Mixer yang dapat mencampur sebaik grinder. 3. Mixer yang mencampur bahn mentah sampai menjadi bahan jadi. Berikut ini adalah berbagai macam mixer yang sering digunakan untuk industri coating pemukaan. C.1. Cone blender mixer. Proses pencampuran bahan padat ini dilakukan setelah prose pengecilan ukuran bahan. Dalam hal ini alat penggiling dan pencampuran dapat dijadikan satu dalam satu alat yang lebih besar. Untuk mendapatkan derajat pencampuran yang tinggi dan waktu pencampuran yang singkat bahan – bahan padat yang akan dicampur hendaknya mempunyai ukuran partikel yang kecil, dapat ditaburkan dan digulirkan sehingga bergerak secara turbulen dalan alat pencampur. Pencampur V, berupa sebuah bejana dengan sebelah atau kedua belah sisi berbentuk huruf V berputar mengelilingi sumbu yang horisontal.
gambar 4.5. Cone blender mixer. Pada pencampuran jenis v ini bahan diangkat dan kemudian dijatuhkan ke bawah. Pada saat jatuh, bahan terdistribusi dan termampatkan. Dengan demikian terjadi aliran horisontal yang menguntungkan derajat pencampuran dan waktu pencampuran C.2. Planetary Paste mixer.
Merupakan mesin pencampur all purpose, dua atau lebih sumber pengaduk disusun secara konsentris, eksentris dan menyilang. Biasanya sumbu – sumbu ini mempunyai arah putaran yang saling berlawanan, sehingga menimbulkan gaya geser yang besar. Berikut ini adalah gambar dari Planetary Paste mixer;
Gambar 4.6. Planetary Paste mixer C.3. Portable stirer. Sangat cocok digunakan untuk mengaduk semua jenis cairan. Dipasang diatas roda castor dan dengan mudah dapat dibawa kemana – mana. Unit pengaduknya dapat dinaikkan atau diturunkan dalam waktu beberapa detik saja, dengan mengendorkan dan mengencangkan baut pengencangnya saja. Berikut ini adalah gambar pengaduk portable.
Gambar 4.7 Portable stirrer C.4. Homogeniser Setelah bahan diaduk dengan stirer maka proses selanjutnya adalah masuk dalam homogeniser agar terjadi pencampuran yang konsisten dan seragam.
gambar homogeniser C.5. Colloid mill. Koloid mill sangat berguna untuk milling, dispersing, homogenizing, dan untuk memecah agglomerat dalam indusrei makanan pasta, emulsi, coating ( produk ), ointment, cream, pulp, pelumas pasta dan lain – lain. Fungsi utama dari koloid mill adalah untuk menjamin pecahnya agglomerat atau apabila dalam kasus emulsi untuk memproduk droplet dengan ukuran yang sangat kecil sekitar 1 micron.
Gambar 4.8 Koloid mill dan grinding disc. Bahan yang akan diproses dimasukkan ke hopper dengan bantuan gavitasi atau dipompa sedemikian rupa masuk melalui elemen rotor dan stator yang mana bahan tersebut menjadi sasaran gaya gesek gan gaya hidrolik. Bahan dikelurkan dan dikembalikan lagi melalui hopper untuk proses yang kedua. Bahan dengan kandungan padatan dan fiber yang lebih tinggi akan lebih baik menggunakan disk berujung kerucut. D. Set up equipmen untuk home industri
Secara garis besar, proses produksi cat tembok dapat dibagi menjadi 2, yaitu : 1. Pembuatan pigmen pasta 2. Pencampuran pigmen pasta, latex dan additive
gambar Mixer Untuk itu diperlukan 2 jenis mixer, pada pembuatan pigmen pasta diperlukan jenis homogenizer dengan kecepatan tinggi, sedang pada pencampuran pigmen pasta dan latex diperlukan jenis stirrer, berkecepatan rendah. 1. Type pengaduk stirer - Speed
: 1500 – 3500 RPM
- Bentuk blade
: gambar V.2
a. Pigment
b. Thickener
gambar Dispersion blade 2. type pengaduk mixing - Speed
: 50-300 RPM
- Bentuk blade
: gambar V.3
a. Spiral
b. Helix
c. Impeller
gambar Dispersion blade
BAB X QUALITY CONTROL
Lampiran. Karateristik Solvent.
Solvent
Chemical Formula
Boiling
Dielectric constant
Density
69 °C
2.0
0.655 g/ml
point
Non-Polar Solvents Hexane
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2CH3
Benzene
C6H6
80 °C
2.3
0.879 g/ml
Toluene
C6H5-CH3
111 °C
2.4
0.867 g/ml
Diethyl ether
CH3CH2-O-CH2-CH3
35 °C
4.3
0.713 g/ml
Chloroform
CHCl3
61 °C
4.8
1.498 g/ml
Ethyl acetate
CH3-C(=O)-O-CH2-CH3
77 °C
6.0
0.894 g/ml
Dichloromethane
CH2Cl2
40 °C
9.1
1.326 g/ml
101 °C
2.3
1.033 g/ml
Polar Aprotic Solvents 1,4-Dioxane
/-CH2-CH2-O-CH2-CH2O-\
Tetrahydrofuran (THF)
/-CH2-CH2-O-CH2-CH2-\
66 °C
7.5
0.886 g/ml
Acetone
CH3-C(=O)-CH3
56 °C
21
0.786 g/ml
Acetonitrile (MeCN)
CH3-C≡N
82 °C
37
0.786 g/ml
H-C(=O)N(CH3)2
153 °C
38
0.944 g/ml
CH3-S(=O)-CH3
189 °C
47
1.092 g/ml
Dimethylformamide (DMF) Dimethyl sulfoxide (DMSO)
Polar Protic Solvents Acetic acid
CH3-C(=O)OH
118 °C
6.2
1.049 g/ml
n-Butanol
CH3-CH2-CH2-CH2-OH
118 °C
18
0.810 g/ml
Isopropanol
CH3-CH(-OH)-CH3
82 °C
18
0.785 g/ml
n-Propanol
CH3-CH2-CH2-OH
97 °C
20
0.803 g/ml
Ethanol
CH3-CH2-OH
79 °C
24
0.789 g/ml
Methanol
CH3-OH
65 °C
33
0.791
Formic acid
H-C(=O)OH
100 °C
58
1.21 g/ml
Water
H-O-H
100 °C
80
1.000 g/ml
2. Paint Dryer
At 30° C
F.C. No 4
6
32
0.87
16
< 2° C
3
12
0.83
12
< 0° C
8
50
0.93
70
< 0° C
6
37
0.89
25
< 3° C
36
75
1.35
27
< 5° C
Pale Yellow 24
45
1.03
13
< 0° C
18
33
0.95
12
< 0° C
10
53
0.99
14
< 5° C
4
20
0.86
13
< 0° C
3
16
0.84
12
< 0° C
12
50
0.96
42
< 4° C
6
27
0.87
15
< 0° C
18
60
12
41
0.98
12
< 0° C
6
21
0.88
12
< 0° C
48
0.93
22
< 3° C
Tarce
Trace
Colorless ZIRCONIUM OCTOATE Trace Yellow
Dark Green 8.6 Green Reddish
Non Volatile
< 2° C
%
24
Yellow
IRON OCTOATE
Point
1.034
Colorless
COPPER OCTOATE
At 30° C
54
Yellow
ZINC OCTOATE
Gravity
12
MANGANESE OCTOATE Brown
CALCIUM OCTOATE
Freezing
Bluish Violet
LEAD OCTOATE
Viscosity
Metal Content
COBALT OCTOATE
Specific
Color
Products
At 102°C/1Hr %
PAINT DRIERS
1.10
18
0.88
15
< 0° C
6
34
< 0° C
3
16
0.83
13
< 0° C
3
12
0.82
12
< 0° C
Brown BARIUM OCTOATE
Yellow
12
51
0.94
20
< 2° C
CADMIUM OCTOATE
COMBINATION DRIERS Metal
Color
Non
Specific
Viscosity
Volatile
Gravity
At 30° C
At
At 30° C
F.C. No 4
102°C/1Hr ADSI 025 Co. 1.5%, Mn 1.5% Pb 17.5%
Purple
52 ± 3 1.05 ± 0.03 18 ± 2
ADSI 028 Co. 2.6%, Mn 2.0% Pb 8.0%
Brown
39 ± 3 0.94 ± 0.03 13 ± 2
ADSI 068 Co. 0.6%, Mn 1.8% Pb 10.8%
Brown
35 ± 3 0.94 ± 0.03 13 ± 2
Brown
43. ± 3 0.98 ± 0.03 15 ± 2
Brown
52 ± 3 1.04 ± 0.03 18 ± 2
Blue/Violet
41 ± 3 0.97 ± 0.03 17 ± 2
ADSI 023 Co. 1.00%, Ca 2.0% Zr 2.0% Blue/Violet
23 ± 3 0.86 ± 0.03 12 ± 2
ADSI 031 Co. 1.66%, Zn 4.66%
Blue/Violet
26 ± 3 0.87 ± 0.03 14 ± 2
ADSI 045 Co. 4.5%, Ba 4.5%
Blue/Violet
37 ± 3 0.90 ± 0.03 14 ± 2
ADSI
Co. 0.45%, Mn 2.15% Pb
0425
14.0%
ADSI
Co. 0.25%, Mn 2.5% Pb
0725
17.5%
ADSI
Co. 1.2%, Mn 11.01% ca
0121
2.17%
