Kata Pengantar Teknologi printing berkembang sangat cepat, secara tradisional printing didefinisikan sebagai suatu teknik untuk penerapan agent pewarna dibawah tekanan pada suatu permukaan untuk membentuk tulisan atau gambar. Saat ini keperluan untuk pencetakan text ataupun gambar sudah semakin banyak dan cepat. Komputer merupakan alat yang berdayaguna untuk printing. Dengan komputer dalam waktu yang singkat dapat menyelesaikan perkerjaan yang sangat banyak. Perkembangan tentang alat printing mengikuti perkembangan computer itu sendiri, ditemukaanya teknik pencetakan non impact, sangat mempengaruhi perkembangan dan teknik pencetakan menggunakan computer. Buku ini membahas teknologi dan kimiawi tinta inkjet, pertama dibahas tentang teknologi catridge, selanjutnya tentang kimia dari tinta inkjet. Dengan ulasan yang gampang dan mudah dicerna diharapkan pembaca dengan latar belakang yang berbeda dapat memahami buku ini. 1. 2. 3. 4.
Buku ini merupakan seri dari “ Membuat tinta inkjet “, Teknologi inkjet ink berbasis air (dye) . Tekonologi dye sublimation ink. Teknologi solvent based ink. Teknologi inkjet ink berbasisi air ( pigment ).
Akhir kata “tiada gading yang tidak retak” tidak ada sesuatu yang sempurna, semoga buku ini menjadi bahan pemikiran tentang wacana tinta inkjet.
Duraposita chem
1
Ucapan terima kasih Tersusunnya buku ini tidak terlepas dari jerih payah beberapa pihak, baik yang berperan secara langsung maupun tidak langsung ataupun pihakyang hanya sekedar memberikan dorongan saja. Bantuan yang berupa material dari kertas, terjemahan, transportasi, internet, dan dana sekedar untuk keperluan teknis yang lain. Beberapa pihak baik institusi yang layak untuk disebut disini adalah; 1.
CV Duraposita Chem dan semua staff
2.
Utomo Teknik, khususnya saudara Arief Kresnoadi, yang selalu sabar untuk membantu menterjemahkanan artikel atau textbook.
3.
CV Tristar chemical dan Staff.
4.
Kyai Abdul Karim dan teman -temannya
5.
Semua rekan yang dengan setia membantu, tulus, khalid, heru, lutfie dan lainnya.
Atas semua jerih payah, bantuan, dorongan dan doa restunnya penulis ucapkan terima kasih sedalam dalamnya. Semoga allah SWT berkenan membalas amal baik mereka.
2
BAB I PENDAHULUAN Sejarah perkembangan inkjet Teknologi Inkjet Pendahuluan Inkjet Drop On Demand Inkjet Thermal Inkjet Piezo Inkjet electrostatic Inkjet Continuous Teknik Binary Deflection Teknik Multi Deflection Karakteristik Printer Inkjet
Daftar isi
BAB II TINTA INKJET Pendahuluan Properti Tinta Inkjet Viskositas Mengukur Viskositas Satuan Viskositas Surface Tension Mengukur Tegangan Permukaan Konduktivitaas Ukuran Partikel Kadar Garam Derajad Keasaman(PH) BAB III BAHAN PENYUSUN TINTA INKJET WATERBASED Pendahuluan Air Co Solvent Humectant Pewarna Dispesing dan Wetting Agent Surfactant Buffer Aditif-Aditif lain Biocide Pengaturan Kekentalan BAB IV AIR Pendahuluan Air De-ion BAB V PEWARNA Pendahuluan Index Warna BAB VI CO-SOLVENT Pendahuluan Klasifikasi Solvent Bahan Dasar Polaritas Polar Protik Dipolar Aprotik Non-Polar
3
Co Solvent Pada Tinta Inkjet Alkohol Glykol Glykol Ether Lactam BAB VII SURFACTANT Pendahuluan Tipe-tipe Surfactant Anionik Kationik Nonionik Amfoterik
4
BAB I PENDAHULUAN I.1 Sejarah perkembangan inkjet Inkjet adalah teknologi pencetakan dotmatrix tanpa sentuh (non-impact), dimana tetesan tinta disemprotkan (jetted) dari celah kecil ke posisi spesifik sebuah media untuk membentuk gambar (image) yang diiinginkan. Mekanismae pengubahan/pemecahan aliran tinta menjadi tetesan (droplets) di deskripsikan pertamakali oleh Lord Rayleigh pada tahun 1878. Pada tahun 1951 Elmqvist dari Seimens mendaftarkan hak paten alat ink-jet pertama berdasarkan metode pemecahan aliran tinta penemuan Rayleigh. Penemuan ini selanjutnya mendasari penemuan alat bernama Mingograph, yaitu perekam grafik atau sinyal tegangan analog dengan menggunakan metode inkjet. Di awal 1960-an Dr.Sweet dari Stanford University mendemonstrasikan metode baru yaitu bahwa dengan mengaplikasikan pola tegangan bertekanan pada sebuah celah/lobang kecil dapat memecah/mengubah aliran tinta menjadi tetesan tinta yang seragam ukuran dan jaraknya. Saat mekanisme pemecahan/pengubahan aliran tinta dapat dikontrol, sinyal listrik dapat dimasukkan ke dalam tetesan-tetesan tinta secara selektif dan handal saat terjadi aliran tinta secara kontinyu. Tetesan-tetesan tinta yang mengandung listrik ketika melewati medan lisrik akan dialihkan arahnya menuju sebuah saluran untuk disemprotkan kembali dan tetesan-tetesan tinta yang tidak mengandung lsitrik akan terbang langsung ke media untuk membentuk gambar (image). Proses printing seperti ini disebut ink-jet kontinyu (continuous ink-jet). Di akhir 1960-an, penemuan Dr. Sweet mendasari penemuan produk A.B. Dick Videojet dan produk Mead DIJIT. Pada tahun 1970-an IBM mematenkan teknologinya dan secara besar-besaran meluncurkan program pengembangan adaptasi teknologi ink-jet untuk printer produksi mereka. Dan tahun 1976 IBM memperkenalkan printer IBM-4640. Pada tahun yang hampir bersamaaan Profesor Hertz dari Lund Institute of Technology dari Swedia bersama rekan-rekannya secara independen mengembangkan beberapa teknik ink-jet yang mempunyai kelebihan dalam memodulasi karakteristik aliran tinta (ink-flow) untuk mencetak dengan modus gray-scale. Salah satu dari metode profesor Hertz untuk mendapatkan modus pencetakan gray-scale (hitam putih) adalah mengontrol jumlah tetesan (drops) tinta pada tiap pixel yang dihasilkan. Dengan mengatur jumlah tetesan tinta, volume pada tiap tetesan tinta pada tiap pixel juga dikontrol, sehingga jumlah tiap warna juga di kontrol untuk mendapatkan warna gray yang diinginkan. Metode ini lisensinya diberikan kepada beberapa perusahaan antara lain Irish Graphics dan Stork untuk membuat gambar berwarna kualitas tinggi. Sementara pengembangan teknologi Ink-jet kontinyu (continuous Ink-Jet) berlangsung dengan intensif, pengembangan teknologi drop-on-demand ink-jet juga mulai dipopulerkan. Teknologi drop-ondemand mengeluarkan tetesan-tetesan (droplets) tinta hanya bila digunakan saja. Pendekatan ini menghilangkan kompleksitas dalam pengisisan listrik pada tetesan (droplet) tinta dan perangkat pembangkit medan listrik dan juga kerumitan-kerumitan lain akibat proses sirkulasi tinta pada teknologi continuous ink-jet.
5
Zoltan, Kyser dan Sears adalah beberapa pionir awal penemuan teknologi drop-on-demand inkjet. Penemuan mereka diaplikasikan pada produk Seimen PT-80 Serial Character Printer (1977) dan Silonic (1978). Pada printer-printer ini tetesan tinta dikeluarkan dengan menggunakan gelombang tekanan yang dihasilkan dari gerakan mekanis Piezoelectric Ceramics. Banyak ide, sistem dan produk drop-on-demand ditemukan, dikembangkan dan diproduksi pada tahun 1970-1980an. Sistem drop-on-demand yang lebih sederhana semestinya membuat teknologi ink-jet semakin handal, tetapi kenyataannya kualitas dari teknologi ink-jet tetap buruk. Masalah-masalah seperti kebuntuan nozzle (nozzle clogging) dan tidak konsistennya kualitas gambar tetap menghantui teknologi ink-jet. Di tahun 1979, Endo dan Hara dari Canon menemukan metode drop-on-demand baru dimana tetesan tinta dikeluarkan oleh nozzle dengan cara mengembangkan dan kemudian memecah gelembung tinta pada permukaan pemanas kecil yabg terletak dekat nozzle. Canon menyebut teknologi ini bubble-jet. Desain printhead bubble-jet yang sederhana dan kemudahan fabrikasi semiconduktor pendukungnya membuat printhead dapat diproduksi dengan harga murah dan kualitas nozzle yang tinggi. Dan secara bersamaan secara independen Hewlett-Packard mengembangkan teknologi yang sama. Pada tahun 1984, Hewlett-Packard memperkenalkan Thinkjet Printer. Itu adalah printer murah pertama yang sukses, dan printer tersebut menggunakan teknologi bubble jet. Hewlett-Packard menyebut teknologinya itu dengan nama thermal ink-jet. Harga printhead dari printer thinkjet yang terdiri dari 12 nozzle tersebut cukup murah, hingga dapat diganti tiap kali cartridge tinta kosong. Ide Hewlett-Packard akan disposable ink-jet (ink-jet sekali pakai) ini sangatlah brillian dan original. Mereka menyelesaikan masalah akan keandalan sistem ink-jet yang disebutkan sebelumnya, yaitu dengan cara membuang printhead di saat habis masa pakainya. Sejak saat itu Hewlett-Packard dan Canon terus menerus mengembangkan teknologi ink-jet. Dan usaha mereka terbalas dengan suksesnya serangkaian produk awal mereka. Berbagai macam model printer ink-jet dengan resolusi yang lebih tinggi dan kemampuan warna yang tinggi pula, diproduksi dengan harga yang menawan. Pada akhir 1980an, dengan berbagai macam kelebihan yang dimiliki seperti harga murah, ukuran kecil, tidak berisik dan warnanya yang dihasilkan lebih memikat, printer ink-jet menjadi pilihan alternatif penggunaan printer bagi konsumen rumah tangga dan UKM selain printer impact dotmatrix (printer dengan menggunakan teknologi sentuhan/pita). Saat ini printer ink-jet merajai pasar low-end printer. Seiring berkembangnya teknologi ink-jet, ahli kimia tinta dan ahli media menyadari bahwa bila tetesan tinta kontak dengan permukaan kertas memiliki kecenderungan untuk menyebar searah dengan kontur serat kertas dan juga masuk/menyerap ke sela-sela dan ruang kosong kertas. Penyebaran tetesan tinta kadang terlalu berlebihan dan tidak beraturan, sehingga menghambat resolusi hasil cetak yang ingin dicapai. Penyerapan kertas terhadap tetesan tinta yang beragam dan banyak pada satu titik, kadang juga terlalu lambat. Warna yang jelek berhubungan dengan penyebaran tinta dan pencampuran tinta yang jelek akibat masalah di atas. Hal ini menjadi masalah besar dalam proses pengembangan teknologi inkjet.
6
Untuk mendapatkan hasil cetak warna berkualitas tinggi, permukaan media cetak memerlukan pelapisan khusus. Media yang dilapisi secara khusus tersebut harus memenuhi berbagai parameter antara lain volume tetesan tinta, laju penguapan, laju penyerapan/penetrasi tinta, ketebalan pelapisan, ukuran pori-pori media dan sebagainya. Aktivitas pengembangan media ink-jet dimulai di awal 1980an, dan didominasi di negara Jepang oleh perusahaan-perusahaan seperti Jujo Paper dan Mitsubishi Paper Mills. Sekarang, dikarenakan tingginya popularitas ink-jet, permintaan akan media yang lebih baik sangat tinggi, seperti kertas glossy dan kertas photo. Hal ini menarik banyak perusahaan dalam pengembangan media inkjet. Canon, Xerox, Asahi Glass, Arkwright, Folex, 3M dan Imation adalah sebagian perusahanperusahaan yang terlibat di dalamnya. Pendekatan lain untuk mendapatkan hasil cetak yang lebih baik tanpa mengandalkan penggunaan media cetak khusus adalah penggunaan tinta solid (padat) atau hot melt (leleh/mencair saat panas) atau phase-change ink (tinta beda fase). Dalam operasinya, tinta tersebut disemprotkan (jetted) dengan dilebur/dilelehkan/dicairkan terlebih dahulu. Saat kontak dengan media cetak tinta tersebut akan memadat, sangat kecil penyebarannya dan sangat kecil pula penyerapannya, sehingga warna yang dihasilkan sangat brillian dengan resolusi yang tinggi. Pengembangan awal dari tinta solid diawali oleh Teletypes untuk perangkat
ink-jet elektrostatik. Pengembangan selanjutnya pada teknologi drop-on-demand dilakukan
oleh Exxon dan Howtek. Sekarang Tektronix, Dataproducts, Spectra dan Brother ikut terjun dalam pengembangan teknologi ini. 1.2 Teknologi Ink Jet 1.2.1 Pendahuluan Inkjet adalah teknologi cetak non impact. Droplet - droplet tinta diemisikan dari nozzle dan printer secara langsung menuju posisi spesifik pada sebuah substrat untuk mencipatakan suatu gambar (image). Operasi printer inkjet adalah sangat mudah untuk divisualisasi; head printer men-scan halaman secara horizontal, menggunakan motor untuk menggerakkannya ke kanan dan ke kiri dan ke belakang, motor satunya memutar kertas secara vertikal (lihat gambar 1.2). Satu strip gambar telah dicetak, kemudian kertas bergerak dan siap untuk strip berikutnya. Untuk mempercepat pencetakan, head printer tidak hanya mencetak satu baris (row) horizontal pixel tiap gerakan, namun juga mencetak row vertical pada saat yang sama.
Gambar 1.2 Printer inkjet 4 warna
Cetak inkjet adalah industri komersil yang relatif baru. Ini dimulai semenjak 20 tahun lalu, meskipun mekanisme untuk memecah liquid stream ke droplet telah dijelaskan lebih dari 120 tahun lalu oleh Lord Rayleigh. Usaha untuk memulai membuat printer injet dimula semenjak 50 tahun lalu. Setelah itu, banyak dilakukan usaha - usaha untuk meningkatkan kualitas pembentukan tetesan, menurunkan ukuran droplet tinta dimana pada saat kesamaan menambah kecepatan jetting.
7
Cetak inkjet telah diimplementasikan ke banyak desain untuk aplikasi tertentu yang bervariasi. Secara garis besar, teknologi cetak inkjet dibagi menjadi 2 bagian yaitu continuous dan drop on Demand (DOD) seperti ditunjukkan gambar 3.3
Gambar 1.3 Mapping teknologi inkjet
1.2.2 Inkjet Drop On Demand Teknologi drop on demand maksudnya adalah sebuah drop (tetesan) akan dijalankan ketika mencetak image (gambar). Untuk menciptakan drop dan mentrasfernya ke kertas. Terdapat tiga teknologi yaitu : Piezo-, Thermal-, dan Elektrostatik.
Gambar 1.4 Sistem Inkjet Drop on Demand
Gambar 1.5 Sistem Inkjet Thermal
Inkjet thermal dianggap sebagai teknik inkjet paling banyak digunakan dan mendominasi pasar pemakai rumahan (home user). Inkjet thermal (atau inkjet bubble jet milik canon) menggunakan panas untuk mengeluarkan tetesan tinta dari kanal tinta. Tiap nozzle dapat di address melalui signal elektrik. Di dalam kanal tinta, elemen pemanas dipicu oleh signal dan secara cepat memanaskan tinta untuk menguap. Tinta yang diuapkan membentuk “bubble” yang menekan tinta untuk membentuk drop / tetesan di bagian luar nozzle. Ketika temperature turun, bubble dalam kanal tinta hilang dan drop di bagian luar nozzle pecah. 1.2.2.2. Inkjet Piezo
Gambar 1.6 Sistem Inkjet Piezo
8
Sistem piezo berbasis pada material khusus yaitu keramik piezo, yang dapat bereaksi terhadap signal dan menciptakan getaran mekanis dari kanal tinta dan kemudian mengeluarkan drop tinta ke substrat. Sistem komersial pertama yang berbasis pada teknologi ini mencapai pasaran pada awal 1990an dan membuktikan untuk mempunyai beberapa keuntungan yang berharga dibanding teknik inkjet sebelumnya. Contohnya dapat menghasilkan drop pada frekuensi yang lebih tinggi dan variasi tinta yang lebih luas. 1.2.2.3. Inkjet Electrostatic Prinsip dasar inkjet elektrostatik adalah membangkitkan medan listrik antara kamar tinta dan substrat. Berbeda dengan teknik thermal dan piezo dimana tinta menetes karena dikeluarkan oleh tekanan, drop pada inkjet elektrostatik ditransfer menggunakan medan listrik. Ada beberapa metode untuk melakukan ini contohnya dengan efek tagler atau dengan menggunakan efek thermal untuk merubah viskositas sebagai mekanisme kontrol. Beberapa dari metode ini sangatlah kompleks dan terbukti menghasilkan drop yang sangat kecil. 1.2.3 Inkjet Continuous Inkjet continuous adalah varian proses yang sering digunakan utuk printer skala besar yang memerlukan kecepatan tinggi. Fungsi utama system injet continuous adalah tetesan / drop diproduk secara terus - menerus / kontinyu. Ada 2 kategori utama untuk teknik ini yaitu : binary deflection dan multi deflection.
Gambar 1.7 Sistem Inkjet Continuous
Gambar 1.8 Sistem Binary Deflection
1.2.3.1. Teknik Binary Deflection Drop - drop individu discharge secara elektrik oleh sebuah elektroda setelah meninggalkan nozzle. Elektrode ini adalah pengatur mekanisme pencetakan. Pada medan listrik selanjutnya, drop - drop ter-charge didefleksikan dan hanya drop - drop yang tidak di-charge yang mencapai substrat. Menggunakan mekanisme biner ini, ada dua kondisi charge, tercharge atau tak tercharge. Namun terdapat beberapa alternative lain yang lebih rumit. 1.2.3.2. Teknik Multi Deflection
Gambar 1.9 Sistem Multi Deflection
9
Drop - drop inkjet dapat memberikan charge yang berbeda dan oleh karena itu dibelokkan lebih atau kurang. Alirandrop dapat dikontrol untuk bekerja pada dua dimensi dan menulis suatu garis. Ini memungkinkan untuk menulis simbol walaupun substrat dan head printer adalah statis. Teknik ini berguna untuk addressing kecepatan tinggi. 1.3
Karakteristik Printer Ink Jet Performa dari mutu printer inkjet dapat dikarakterisasikan melalui kecepatan dan resolusi cetaknya. Kecepatan tergantung pada frekuensi jetting atau interval waktu antara dua semburan / jet yang berurutan. Sebuah inkjet biasa, headnya memerlukan sekitar setengah detik untuk menctak sebuah garis pada halaman. Jika kertas A4 berukuran lebar 21 cm dan inkjet beroperasi minium pada 300 dpi ini artinya ada 2475 titik pada garis di kertas A4. Head printer mempunyai kurang lebih 1/5000 detik untuk merespon ya atau tidaknya titik harus diprint. Walaupun demikian, kecepatan printing yang lebih tinggi dapat juga dicapai dengan memakai head yang lebih besar yang mampu menghasilkan resolusi dasar 1200 dpi dan kecepatan cetak mendekati printer laser warna, 3 - 4 ppm warna dan 12 - 14 ppm monokrom.
printer
Tipe jet
Dropsize
Jumlah nozzle
Resolusi (dpi)
Kecepatan (ppm)
(picoliter)
hitam
warna
hitam
warna
hitam
warna
600x600
2400x1200
11
7.5
Canon S300
Thermal
5
320
128x3
Epson C60
Piezo
4
144
43x3
Diatas 2880x720
12
8
HP 920C
Thermal
-
-
-
Diatas 2400x1200
19
7.5
Lexmarx Z53
Thermal
-
-
-
Diatas 2400x1200
16
8
Tabel 1.2. Beberapa karakteristik printer desk jet Catatan tabel 1.2. : 1) 2)
Tedapat 3 kategori : Draft, normal dan best. Hanya resolusi yang terbaik yang ada pada table Kecepatan cetak, ppm, turun ketika resolusi best dipilih, yang ada pada table adalah kecepatan tertinggi (resolusi draft).
10
BAB II TINTA INKJET 2.1
Pendahuluan Tinta adalah bagian yang sangat penting dari teknologi cetak inkjet. Pengembangan dari penelitian untuk tinta inkjet adalah hal yang penting dari teknologi inkjet. Ini karena properti tinta tidak hanya menentukan kualitas hasil cetakan, namun juga menentukan karakteristik pengeluaran droplet dan keandalan sistem printing. Tinta inkjet pada umumnya mengandung yaitu : pewarna (colorant), pembawa (vehicle) dan aditif. Vehicle adalah air, solvent, resin atau lainnya. Vehicle adalah komponen utama dan prosentasenya dalam suatu komposisi adalah 40 - 90 % tergantung tipe tinta. Pewarna adalah material yang menciptakan warna dari hasil cetakan yang prosentasenya sekitar 1 - 10 %. Sisanya adalah aditif. Aditif itu eningkatkan properti kimia dan fisika dari tinta seperti kekentalan (viscosity), kekuatan rekat (adhesion strength), stabilitas panas (heat stability), laju pengeringan (untuk tinta reaktif), tegangan permukaan (surface tension), dll. Tinta inkjet dapat diklasifikasikan ke beberapa grup berdasar beberapa perspektif. Salah satunya adalah dari sisi vehicle yaitu : aqueous / waterbased, nonaqueous / solventbased, phase change erubahan fase, dan reaktif. Dari sisi pewarnanya yaitu : dye based dan pigmen based. Tinta aqueous dan non-aqueous menggunakan tinta atau solvent lainnya sebagai vehicle yang mekanisme pengeringnya bergantung pada penetrasi dari absorbsi dari media penerima (substrat). Phase change juga disebut sebagai tinta padat yang mana berbentuk padat (solid) pada suhu kamar, tinta disemburkan dari head ketika dilelehkan dan ketika mencapai substrat akan kembali padat. Cepatnya solidifikasi akan menjaga tinta menyebar dan meresap dalam substrat dan memastikan kualitas image yang bagus pada berbagai macam substrat. UV curing adalah tinta yang dapat mongering setelah terkena sinar ultraviolet.
1. 2. 3.
Aqueous based Solvent based Phase change
Solution, dispersion, microemulsion Oil solvent Liquid to solid, liquid to gel
4.
reactive
Uv curing 2K
Evaporasi, absorbsi Evaporasi, absorbsi Solid karena turunnya temperatur Reaksi kimia
Tabel 2.1. Kategori berdasar basis tinta
1. 2. 3.
Dye organik Dye polimerik Pigment
Direct, acid, reactive, disperse, solvent Aqueus, non aqueous, polymer blend Carbon black
Tabel 2.2. Kategori menurut pewarna
Pada table 2.2 dapat dilihat, tinta dapat dibagi ke dalam 3 grup berbasis pewarnanya, dye polymeric, dye polimerik dan pigment. Dye organic mengandung molekul - molekul dye organic dimana dye polimerik mengandung polymer dye. Tinta pigmen based kebanyakan adalah serbuk non organic meskipun terdapat beberapa pigmen organik.
11
Gambar 2.1. Perbedaan tinta dye based dan pigment based
Dye adalah material organic yang dapat larut, sedangkan pigment adalah sangat tak larut. Secara kimiawi, dye ada dalam tinta sebagai molekul individu dimana pigment ada sebagai cluster yang mengandung ribuan molekul pewarna. Intinya, tinta dye based memberikan kapabilitas representasi warna yang superior atau warna gamut yang lebih besar dan pada tinta basis pigment. Kelemahan tinta dye based adalah lemahnya daya tahan terhadap cahaya, kelembaban, air, penyimpanan dan ketahanan diatas substrat. 2.2 Properti Tinta Inkjet Surface tension (tegangan permukaan) dan viskositas (kekentalan) suatu tinta sangat menentukan pada proses inkjet. Suatu tinta harus sangat fluid untuk melewati nozzle yang sangat kecil. Begitu juga dengan particle size (ukuran partikel), conductivity (konduktivitas), salt level (level garam) dan pH. Jika viskositas terlalu tinggi, tinta tidak bisa mengalir melalui nozzle, namun jika terlalu rendah akan bocor melalui head printer. Jika pH terlalu asam maka dapat merusakkan head printer dan komponen logam lainnya jika pH terlalu basa, maka dapat juga merusakkan head printer. Jika surface tension terlalu tinggi, droplet tinta akan terlalu kecil dan droplet tidak akan menyebar dengan baik. Jika terlalu rendah droplet akan menyebar terlalu banyak dan menyebabkan bleeding (mblobor). Jika ukuran partikel tinta terlalu besar maka tinta tidak akan dapat melewati nosel. Konduktivitas adalah parameter krusial untuk menentukan kemurnian tinta. Jika tinta mengandung sejumlah garam seperti NaCL, sejumlah garam itu akan mengendap dan menyebabkan clogging nosel. Ilustrasi pada gambar 2.2 dapat dijadikan sebagai perbandingan antara teknologi inkjet dan teknologi offset dalam hal properti tintanya. Kebutuhan tinta bergantung dari teknologi head printer dapat dilihat pada tabel 2.3.
Gambar 2.2. Perbedaan tinta inkjet dengan tinta offset
12
Properti Tinta Tinta yang dipakai
Continuous
Continuous
Binary
multiple
A;S
Viskositas (cP)
~ 1.5
SurfaceTension (µ N/m)
> 35
Ukuran Partikel Maximum (µ m)
1
Konduktivitas (µ Siemens) Salt Level Chloride(ppm)
> 500
< 100
Dod piezo
Valve jet
Office piezo
Office thermal
A ; S; HM ; UV
A;S
A ; S; HM
A;S
A;S
3-8
8 - 12
<2
~ 1.5
~ 1.5
25 - 40
> 32
> 24
> 35
> 35
3
1
5
1
0.2
>1000
―
―
―
―
< 100
< 100
< 100
< 10
< 10
Tabel 2.3 Kebutuhan tinta bergantung dari teknologi head printer
2.2.2 Viskositas Viskositas adalah suatu pengukuran resistansi suatu fluida untuk berdeformasi tegangan geser. Juga dapat diartikan sebagai kekentalan atau resistansi suatu cairan untuk mengalir. Contohnya air adalah encer, viskositasnya rendah dan minyak goreng adalah kental sehingga viskositasnya lebih tinggi. 2.2.2.1 Mengukur Viskositas Viskositas dihitung dengan beberapa tipe viskometer. Ada beberapa fluida yang kekentalannya konstan terhadap laju geser (shear rate) contoh air dan ada juga yang tidak (contohnya air) konstan atau disebut fluida non newtonian(contoh cat). Terdapat 4 metode untuk mengukur viskositas dapat dilihat pada tabel 2.1 2.2.2.2 Satuan Viskositas Simbol WPAC untuk Viskositas adalah η (eta) dan viskositas dinamik adalah µ (mu). Unit SI untuk Viskositas dinamik adalah Pa.s (pascal second) yang identik dengan 1 kg.m-1.s-1. Jika suatu fluida dengan satu pa.s ditempatkan antara 2 plat, dan satu plat ditekan menyamping dengan tegangan geser sebesar 1 pascal, dia bergerak ke sebuah jarak yang sama dengan ketebalan dari lapisan antara plat di dalam 1 detik. Nama fisik untuk viskositas dinamik adalah poise dan nama ilmuwan Jean Louis Marie Poiseville. Satuan ini digunakan untuk standar ASTM sebagai centipoise (cp). Air mempunyai kekentalan 1.0020 cp (pada 20 0C). 1 P = 1 g.cm-1.s-1 Hubungan antar poise dan pascal.second adalah : 10 P = 1 kg.m-1.s-1 = 1 Pa.s 1 cP = 0.001 Pa.s = 1 m Pa.s Viskositas kinematik atau V mempunyai unit SI m2.s-1. Cgs untuk unit fisik viskositas kinematik
13
adalah stokes (disingkat s atau st), dari nama ilmuwan George Gabriel Stokes. Diekspresikan sebagai centistokes (cS atau cSt). 1 stokes = 100 centistokes centistokes = 1 mm2/s
=
1 cm2.s-1
=
0.0001 m2.s-1 1
Konversi antara viskositas dinamik dan kinematik diberikan oleh vρ = η. Catatan : parameter harus diberikan dalam unit SI tidak P, cP atau st. Contoh
: jika v = 1 st (=0.0001 m2.s-1) dan ρ = 1000 kg.m-3 maka η = vp = 0.1 kg.m-1.s-1 = 0.1 Pa.s
Kekentalan air : 8.90 x 10-4 pa.s 25 0C
atau 8.90 x 10-3 dyn.s/cm2 pada ±
2.2.3 Surface tension Surface tension (tegangan permukaan) banyak dialami dalam kehidupan sehari - hari tanpa banyak yang manyadarinya. Dia memainkan peranan penting dalam prosedur pencucian dan pembersihan seperti lubricant / pelumas pada otomotif. Satu alasan mengapa serangga water beetle tidak tenggelam adalah karena ditahan oleh surface tension. Tegangan permukaan diciptakan melalui tarik - menarik antar molekul dalam cairan. Molekul interior ditarik dengan molekul setelahnya dengan tegangan yang sama, efeknya adalah molekul molekul tadi ditarik ke semua sisi dengan gaya yang sama, sehingga gaya yang dihasilkan = 0.
Gambar 2.3 Tegangan Permukaan
Di lain sisi, jika sebuah molekul berada di permukaan suatu cairan, gaya tarik - menarik dan interior tertuju pada satu arah, dimana sisi satunya tidak ada molekul. Hasilnya gaya tertuju pada satu arah ke interior cairan. Surface tension didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menambah permukaan melalui nilai yang ditetapkan. Oleh karena itu, permukaan minimum sama dengan energi minimum. 2.2.3.1 Mengukur Tegangan Permukaan Melalui gaya tarik - menarik antara molekul - molekul dalam cairan, gelembung udara (air bubble) dalam adalah juga obyek ke gaya ini, contohnya gelembung yang terbentuk dalam sebuah cairan
14
ditekan oleh tegangan permukaan. Tekanan yang dihasilkan naik bersama dengan turunnya radiasi gelembung. Tekanan yang naik ini, dalam perbandingan dengan bagian luar gelembung, dipakai untuk mengatur tegangan permukaan. Udara dipompa melalui kapiler ke dalam cairan. Permukaan gelembung yang tercipta kemudian menurunkan radius gelembung.
Gambar 2.4 Mengukur tegangan permukaan
Saat proses ini, tekanan naik ke tekanan maksimum. Disini gelembung mempunyai radius terkecilnya. Radius ini sama dengan radius kapiler dan membentuk sebuah half sphere. Setelah melewati titik ini, gelembung kemudian pecah dari kapiler. Sekarang gelembung baru terbentuk di kapiler. Saat proses terjadi karakteristik tekanan dapat diukur dalam gelembung. Dari karakteristik tekanan ini, surface tension dapat dikalkulasi. Alat ukur yang menggunakan metode ini dinamakan bubble pressure tensiometer (gambar 2.5)
Gambar 2.5 Tensiometer
2.2.4 Konduktivitas Konduk tivitas yang dimaksud dalam tinta adalah kondukt ivitas elektrik, yaitu ukuran dari kemampuan suatu material untuk menghantarkan arus listrik. Ketika beda potensial listrik ditempatkan bersilangan dengan sebuah konduktor, dia dapat bergerak mengisi arus, memberikan kenaikan arus listrik.Konduktivitas σ didefinisikan sebagai perbandingan rapat arus dengan kuat medan listrik. Konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas dan mempunyai unit SI yaitu siemens per meter -1 (S.m ). Yaitu jika konduktansi antara permukaan berlawanan dari 1 meter kubik material adalah 1 siemens, maka konduktivitasnya adalah 1 siemens per meter.
Gambar 2.6 Conductivity meter
15
2.2.5 Ukuran Partikel Ukuran partikel yang terlalu besar akan menyebabkan tersumbatnya nosel pada head printer. Tiap-tiap tinta mengandung sebaran partikel dengan range ukuran yang bergantung dari produk dan pada kondisi proses. Karena polidispersitasnya beberapa metode pengukuran ukuran parikel. Metode yang sekarang digunakan misalnya : mikroskopi elektron, mikroskopi fotografis, laser, ultrasentrifugasi (sedimentasi), titrasi sabun, dan penghamburan cahaya (light scattering). Tabel 2.4 mengilustrasikan metode-metode pengukuran ukuran partikel.
Gambar 2.7 Tri-Laser Particle Size Analyzer
Gambar 2.8 pH meter digital
2.2.6 Kadar Garam Seperti telah disebutkan di atas, tinta mengandung garamgaraman , gas-gas terlarut, bahanbahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam mempengaruhi sifat fisis tinta(densitas, kompresibilitas, titik beku, temperatur dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat tetapi tidak menentukannya. Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara signifikan oleh kadar garam/salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis. Secara ideal, salinitas merupakan jumlah dari seluruh garam-g araman dalam gram pada setiap kilogram tinta. Secara praktis, untuk mengukur salinitas adalah susah, oleh karena itu penentuan harga salinitas dilakukan dengan meninjau komponen yang terpenting saja yaitu klorida (Cl). Kandungan klorida ditetapkan sebagai jumlah dalam gram ion klorida pada satu kilogram air laut jika semua halogen digantikan oleh klorida. Penetapan ini mencerminkan proses kimiawi titrasi untuk menentukan kandungan klorida. Definisi salinitas ditinjau kembali ketika tekhnik untuk menentu kan salinitas dari pengukuran konduktivitas, temperatur dan tekanan dikembangkan. Sejak tahun 1978, didefinisikan suatu satuan baru yaitu Practical Salinity Scale (Skala Salinitas Praktis) dengan simbol S, sebagai rasio dari konduktivitas. Salinitas praktis dari suatu sampel air ditetapkan sebagai rasio dari konduktivitas listrik (K) sampel air laut pada temperatur 15oC dan tekanan satu standar atmosfer terhadap larutan kalium klorida (KCl). Beberapa kimiawan menggunakan satuan "psu" dalam menuliskan harga salinitas, yang merupakan singkatan dari "practical salinity unit". Karena salinitas praktis adalah rasio, maka sebenarnya ia tidak memiliki satuan, jadi penggunaan satuan "psu" sebenarnya tidak mengandung makna apapun dan tidak diperlukan. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran konduktivitas.
16
2.2.7 Derajat Keasama n (pH) pH adalah logari tma dari resiprosal dari konsentrasi ion hidrogen atau aktifitas ion hidrogen. Hal ini berlaku hanya untuk sistem cairan dan mempunyai skala antara 0 (sangat asam) sampai 14 (sangat basa) dengan titik netral 7. pH dapat diukur dengan kertas lakmus dan untuk hasil yang lebih akurat, dapat diukur dengan pHmeter digital.
17
BAB III BAHAN PENYUSUN TINTA INKJET WATERBASED 3.1 Pendahuluan Masing-masing pabrikan tinta memiliki formula yang berbeda, namun pada dasarnya adalah sama. Tabel 3.1 di bawah ini menjelaskan komponen-komponen tinta waterbased dan dijelaskan pula komposisinya dalam prosen. Komponen
% berat
Solvent (Air)
<95%
Co-solvent
<20%
Humectant
<20%
Pewarna (dye/pigmen)
<10%
Dispersing Agent (pigmen based)
<30%
Surfactant
<10%
Buffer
<10%
Aditif lainnya
<20%
Tabel 3.1 Komponen Penyusun Tinta Inkjet
3.2 Air Sebuah tinta 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 suatu material ke kekentalan yang diinginkan. 3.3 Co-Solvent Co-solvent artinya adalah solvent pendukung, yang terdiri dari bahan organik volatil yang larut air/VOC. VOC (volatile organik compound) 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. Co-solvent volatile dipakai bersama air untuk membantu tinta menembus permukaan (contohnya kertas) lebih cepat dan memberi waktu pengeringan yang lebih pendek. Co-solvent yang dipakai di tinta inkjet waterbased termasuk grup-grup alkohol, glycol, glycol ether, dan lactam. Bahan-bahan kimia ini dapat menyebabkan iritasi pada kulit dan pernafasan, dan dapat menyebabkan alergi.
18
Grup Alkohol
Polyhidric alcohol/glycol
Glycol ether
Solvent larut air lainnya
Jenis methanol ,ethanol , isopropanol , butanol ,isobutanol ,sec-butanol ,t-butanol pentanol ,hexanol
Merk Dagang
ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol ,propylene glycol dipropylene glycol, butylene glycol hexanediol, pentanediol,glycerin Methyl cellosolve, Cellosolve Butyl cellosolve ,Methyl Carbitol, Butyl carbitol
ethylene glycol monomethyl ether ethylene glycol monoethyl ether diethylene glycol monomethyl ether propylene glycol monomethyl ether propylene glycol monobutyl ether Formamide, N,N-dimethylformamide ,N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide sulfolane 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, Nvinyl-2-pyrrolidone2-oxazolidone ,1,3dimethyl-2-imidazolinidone,acetonitrile aceton
Tabel 3.2 Co-solvent untuk tinta inkjet
3.4 Humectant Fungsi humectant adalah menjaga kandungan air dalam tinta, sehingga tidak mengering dan mengendap saat aplikasi di nozzle head printer. Beberapa co-solvent yang disebutkan sebelumnya memerankan 2 peran sekaligus sebagai co-solvent dan humectant. Humectant ini adalah glycerine, ethylene glycol, propylene glycol, atau diethylene glycol. Jenis
Glycerin Diethylene glycol Ethylene glycol Propilen glicol
Merk Dagang
-
Tabel 3.3 Humectant untuk tinta inkjet
3.5 Pewarna Penyedia warna pada suatu tinta dapat menggunakan pigment dan dapat pula menggunakan dye. Pigment adalah campuran kimia yang menyediakan warna dan tidak larut dalam air. Tinta pigment based adalah sebuah dispersi dari pigment yang berukuran mikroskopis yang tertahan dalam suatu carrier / media. Hal ini dapat digambarkan seperti suatu sungai yang menahan pasir, lumpur, dan material lainnya. Sebaliknya, dye larut sepenuhnya dalam air dan menyatu langsung dengan material yang disentuhnya.
19
Cyan/Blue
C.1.Acid Blue C.I.ReactiveBlue C.1.Basic Blue C.I. Direct Blue
: 1, 7, 9, 29, 87, 126, 234, 236, 249. : 7, 14, 15, 18, 21, 25 : 3, 9, 24, 23 : 1, 2, 6, 8, 15, 22, 25, 71, 76, 78,
Magenta/Red
C.1. Acid Red C.I. Reactive Red C.I. Basic Red C.I. Direct Red
: 1, 8, 14, 18, 26, 32, 80, 87, 115,119, 131,133, 134, 254, 256 : 2, 6, 11, 23, 36 : 1, 2, 9, 12, 13 : 1, 2, 4, 9, 11, 13, 17, 20, 23, 24,28, 31, 33,37,39,44,47,48,51,62,63,75,79,80,81,83.89, 90, 94, 95,99, 220, 224, 227, 243
Yellow
C.I. Acid Yellow C.I. Reactive Yellow C.I. Basic Yellow C.I. Direct Yellow
: 2, 3, 17, 19, 23, 25, 61, 72,99 : 1, 2, 3, 13, 14, 15, 17 : 11, 14, 21, 32 : 1, 4, 8, 11, 12, 24, 26, 27, 28, 33, 39,44, 50, 58, 85, 36, 100, 110, 142, 144
Black
C.I. Acid Black C.I. Direct Black
: 1, 2, 7, 24, 26, 48, 109,110, 119,131, 155 : 2, 3, 7, 17, 19, 22, 32, 38, 51, 56, 62,71, 74, 75, 77, 105, 108, 112, 117, 154 Tabel 3.4 Dye untuk tinta inkjet
Cyan/Blue C.I. Pigment Blue 1, 2, 9, 10, 14, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4,15:6, 15, 16, 18, 19, 24:1 ,25, 56, 60, 61, 62, 63, 64, 66. Magenta/Red C. 1. Pigment Red 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 31, 32, 38, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 49:1, 49:2, 49:3, 50:1, 51, 52:1, 52:2, 53:1, 57:1, 60:1, 63:1, 66, 67, 68, 81, 95, 112, 114, 119, 122, 136, 144, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 164, 166, 168, 169, 170, 171, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 181, 184, 185, 187, 188, 190, 192, 194, 200, 202, 204, 206, 207, 210, 211, 212, 213, 214, 216, 220, 222, 237, 238, 239, 240, 242, 243, 245, 247, 248, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 258, 261, 264. Yellow C. I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 62,65, 73, 74, 75, 81, 83, 87, 90, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 111, 113, 114, 116, 117, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 128, 129, 130, 133, 136, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 188, 190, 191, 192, 193, 194. 1. Mitsubishi Chemical Corporation , No . 2 3 0 0 , No .900, MCF 8 8 , No . 3 3 , No . 4 0 , No . 4 5 , No Black . 5 2 , MA 7, MA 8, MA 1 0 0 dan No . 2 2 0 0 B . 2.Columbian Carbon Co . , Ltd . , contoh ; Raven TM 5750, Raven TM 5 2 5 0 , Raven TM 5 0 0 0 , Raven TM 3500, Raven TM 1 2 5 5 dan Raven TM 7 0 0 ; 3. Dll Tabel 3.5 Pigmen untuk tinta inkjet
3.6 Dispersing dan Wetting Agent Aditif ini digunakan untuk sistem tinta pigment based. Pigmen yang disimpan dalam waktu lama dalam keadaan padat, biasanya akan menggumpal atau melekat antara partikel satu dengan partikel lain. Untuk mengatasi hal ini partikel-partikel pigmen harus dibasahi (dengan wetting agent) agar menyebar rata pada saat penggilingan. Setelah pigment selesai didispersikan campuran ini harus distabilkan agar pigmen tidak kembali menggumpal. Pada tahap stabilisasi ini diperlukan aditif yang dinamakan dispersing agent. 3.7 Surfactant Surfactant bertanggung jawab untuk mengatur tegangan permukaan dari tinta. Surface tension yang cocok akan memastikan penyemburan tinta yang halus melalui nozzle head printer dan membantu tinta untuk merasuk ke permukaan media.
20
Anionik
- sodium dodecylsulfate - sodium dodecyloxysulfonate
Kationik
- cetylpyridinium choride - trimethylcetylammonium chloride - tetrabutylammonium chloride
Nonionik
- polyoxyethylene nonylphenyl ether - polyoxyethylene naphtyl ether - polyoxyethylene octylphenyl ether
Tabel 3.6 Surfactant untuk tinta inkjet
3.8 Buffer Fungsi dari buffer adalah menjaga pH dari tinta. Buffer basa digunakan dalam tinta inkjet termasuk amonia dan triethanolamine. Buffer asam yang digunakan untuk inkjet termasuk phosporic acid, sulfuric dan acetic acid. pH dari tinta biasanya berkisar anatara 7 sampai 10 (netral ke basa lemah). 3.9 Aditif-Aditif lain 3.9.1Biocide Karena tinta yang dibuat berbasis air, maka jamur akan mudah sekali tumbuh, untuk itu diperlukan zat yang dapat mencegah dan menekan pertumbuhan jamur dan bakteri baik didalam kemasannya atau cartridge. Jenis sodium benzoate pentachlorophenol sodium pyridinethiol-1-oxide sodium sodium sorbate sodium dehydroacetate 1,2 dibenzothiazoline-3-one. Tabel 3.7 Biocide untuk tinta inkjet
3.9.2 Pengatur kekentalan Adalah bahan tambahan yang kadang diperlukan untuk mengatur kekentalan suatu tinta sehingga pembentukan bubble Solvent larut air Cellulose Polimer larut air
-
Diethylene glycol Glycerine Propylene glycol Carboxy methyl cellulose Hidroxyethylcellulose Polyvinyl alcohol Polyvinyl pyrrolidone
Tabel 3.8 Pengatur kekentalan untuk tinta inkjet
21
BAB IV AIR 4.1 Pendahuluan Tinta merupakan campuran dari 50-90% air dan 10-50% material lainnya seperti partikel pigmen, garam, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Air adalah komponen utama tinta dimana komponen lainnya bergantung. Garam-garam endapan dari air akan dapat menyumbat nozzle dan air yang mengandung bakteri/jamur akan membuat umur penyimpanan tinta lebih pendek. Jadi untuk membangun sistem yang stabil, diperlukan air semurni mungkin. 4.2 Air De-ion Air de-ion atau deionized water atau air suling adalah air yang kekurangan ion seperti kationkation dari sodium, kalsium, besi, tembaga, dan anion-anion seperti klorida dan bromida. Artinya air telah dimurnikan dari ion-ion lain kecuali H3O- dan OH- . Tipe air ini diproduksi dengan proses ionexchange. Kekurangan ion menyebabkan resisitivitas air meningkat. Air deion ultrapure dapat memiliki resistivitas teoritis maksimal diatas 18,31 MΩ·cm, dibandingkan dengan air biasa/air pam yang memiliki resistivitas sekitar 15 MΩ·cm.
Gambar 4.1 Molekul air
Air murni jika dibandingkan dengan cairan lain (dengan komposisi yang sama), memiliki sifat yang khas dan luar biasa. Hal ini merupakan hasil dari struktur molekul air (H2O), dimana atom-atom hidrogen yang membawa 1 muatan atom positif dan oksigen yang membawa 2 muatan atom negatif membentuk sebuah molekul sedemikian rupa dimana muatan-muatan atom tersebut tidak ternetralisir karena sudut yang terbentuk antara dua atom hidrogen hanya sebesar 105o (kondisi netral akan terbentuk jika sudut yang terbentuk adalah 180o). Akibatnya, air murni memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1. Molekul air merupakan dipol elektrik, yang membentuk suatu kumpulan molekul (polimer) dengan rata-rata 6 molekul pada temperatur 20oC. Oleh karena itu air bereaksi lebih lambat (untuk berubah) daripada molekul-molekul individunya. 2. Air memiliki daya pisah yang luar biasa besar, akibatnya material terlarut akan memperbesar daya hantar listrik air. Air murni memiliki daya hantar listrik yang relatif rendah, tetapi air laut memiliki daya hantar antara air murni dan tembaga. Pada temperatur 20oC, daya hambat (resistensi) air laut 1,3 kilometer (dengan kandungan garam 3,5%) sebanding dengan air murni 1 milimeter. 3. Sudut 105o dekat dengan sudut tetrahedron, yaitu struktur dengan 4 lengan yang keluardari atom pusat dengan sudut seragam (sebesar 109o28') . Akibatnya, atom oksigen di dalam air berusaha untuk mendapatkan 4 atom hidrogen dalam suatu susunan tetrahedral. Ini disebut sebagai ikatan hidrogen (hydrogen bond) yang membutuhkan energi ikat 10 hingga 100 kali lebih kecil daripada ikatan-ikatan molekul sehingga air bersifat lebih fleksibel dalam reaksinya merubah kondisi-kondisi kimiawi. 4. Tetrahedron memiliki sifat dasar jaringan yang lebih lebar dibanding susunan kumpulan molekuler yang terdekat. Mereka membentuk kumpulan satu, dua, empat dan delapan molekul. Pada temperatur tinggi kumpulan molekul satu dan dua lebih dominan; sementara itu dengan turunnya temperatur, cluster
22
yang lebih besarlah yang akan dominan. Cluster yang lebih besar mengisi ruang yang lebih kecil daripada jumlah molekul yang sama dengan cluster yang lebih kecil. Akibatnya, kerapatan (densitas) air mencapai nilai maksimumnya pada temperatur 4oC. Tabel 4.1 Data teknis air Umum Nama Sistematik Air Nama lain
AquaHydrogen oxideHydrogen hydroxideHydrate Oxidane,Hydric acid,Dihydrogen monoxide,Hydrohydroxic acid,μ-Oxido dihydrogen
Molecular formula
HOH or H2O
Massa molar
18.01524 g·mol−1
Tampilan
Transparan, tak berwarna
Nomor CAS
[7732-18-5]
Properti Densitas dan fase
1000 kg·m−3, cair (4 °C)917 kg·m−3, solid
Titik leleh
0 °C, 32 °F (273.15 K)[2]
Titik didih
100 °C, 212 °F (373.15 K) [2]
Keasaman (pKa)
15.74
Kebasaan(pKb)
15.74
Viskositas
0.001 Pa·s at 20 °C
Surface Tension pada
20 °C 7.28 N·m−1
Struktur Bentuk molekul
non-linear bent
Struktur kristal
Hexagonal
Solvent yang berhubungan
acetone methanol
Data diberikan pada kondisi 250C pada 100 kPa
23
BAB V PEWARNA 5.1 Pendahuluan Penyedia warna pada suatu tinta dapat menggunakan pigment dan dapat pula menggunakan dye. Pigment adalah campuran kimia yang menyediakan warna dan tidak larut dalam air. Tinta pigment based 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. Semua pewarna dapat diklasifikasikan menjadi dua kriteria yaitu: (1) alami atau sintetis, dan (2) organik atau non organik. Arti kata natural berarti molekul pewarna diekstrak dari suatu mineral, tumbuhan, atau binatang yang terjadi atau ada di alam, dan hanya dimodifikasi dengan cara digiling, dicuci, disaring atau dipanaskan. Arti kata sintetis berarti molekul pigmen didapat atau diolah dengan cara kimia atau proses kimia. Pewarna alami sudah banyak diganti dengan pigmen sintetis yang lebih superior dalam kekuatan dan variasi warnanya. Arti kata non organik berarti pewarna tersebut adalah suatu mineral atau campuran mineral, seperti oxide, sulfide, metal atau earth. Organik artinya bahwa pewarna tersebut adalah molekul karbon dikombinasi dengan hidrogen, nitrogen atau oksigen. Dua kriteria tersebut dapat dikombinasikan untuk mendefinisikan kategori 4 pigmen, yaitu non organik sintetis, non organik alami, organik sintetis dan organik alami. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa : 1.Pewarna non organik alami adalah : Pewarna logam atau batuan yang diekstrak dari bahan tambang / mineral. 2.Pewarna non organik sintetis adalah : Pewarna logam atau batuan yang dibuat dengan mengkombinasikan bahan kimia dengan logam atau batuan mineral melalui proses kimia. 3.Pewarna organik alami adalah : Pewarna yang dibuat dari ekstrak dari tumbuhan atau binatang. 4.Pewarna organik sintetis adalah : Pewarna berbasis karbon, seringkali dibuat dari turunan minyak bumi melalui proses kimia yang menyerupai sifat kimiawi dari pewarna hewan atau tumbuhan. Hampir seluruh pewarna di dunia industri adalah sintetik. Dengan beberapa pengecualian, pewarna alami non organik sudah lama tak digunakan, pada dasarnya karena sulit dan mahal untuk diekstrak dan tidak menghasilkan warna yang bagus. Banyak pigmen non-organik masih digali dari bumi kemudian dipecah-pecah, digiling, dicuci dan diklasifikasi ke berbagai ukuran. Kebanyakan, pigmen-pigmen tersebut mempunyai ekivalen sintetisnya, nampak sama secara kimia, namun mempunyai fitur yang berbeda.
24
DYE
PIGMEN
Biasanya organik
Non-organik atau organik
Sebagai solusi pada aplikasinya Mewarnai dengan absorbsi (penghamburan)
Sebagai dispersi pada aplikasinya Mewarnai dengan absorbsi dan scattering
Tekstil, kertas, rambut, makanan
Cat, plastik, kosmetik, tinta
Tabel 5.1 Dye vs Pigment
5.2 Index Warna PIGMEN Untuk memudahkan aplikasi semua pigmendiklasifikasikan secara internasional ke dalam satu standar klasifikasi yang dinamakan Colour Index International. Colour Index International adalah database referensi yang diatur oleh Society of Dyers and Colourist (Inggris/Eropa) dan American Association of chemist and Colorist (AS). Pertama kali dicetak pada tahun 1925. Klasifikasi ini banyak dipakai oleh : industri tekstil, pabrikan cat dan tinta, artis/seniman, pabrik dye dan pigment, pelajar, peneliti, dan lainnnya. Tahun Isi 1924 1956
Edisi pertama Edisi kedua
1971
Edisi ketiga
1982
Pigment dan dye solvent
1998
Pigment dan dye solvent (CD-ROM)
Tabel 5.2 Colour Index terbitan Society of Dyers and Colourist Tahun Isi
Klasifikasi ini meliputi sumber, struktur, warna, aplikasi, substrat, fastness, pabrikan, sintesa, bentuk fisik, tanggal penemuan, toxicity, dan harga.
Gambar 5.1 Nama generik suatu pewarna
CI Vat Blue 1 (7300) atau biasanya di pasaran disebut dengan CI VB 1, huruf VB dalam colour index adalah susunan 2 huruf dimana huruf pertama mewakili kategori aplikasi yaitu : A : Acid dye B : Basic dye P : Pigment F : Food Pigment L : Lake N : Natural pigment V : Vat pigment
25
dan huruf kedua menunjukkan warna/hue, yaitu : B Bk/Bl Br G M O R Y
: blue : black : brown : green : metal : orange : red : yellow
Nomor identifikasi mewakili variasi/peningkatan properti dari suatu pewarna dari kelas kimia yang sama. Contohnya CI Pigment Yellow 1, 3, 73, 74, 97, dan 111. Adalah pigmen kuning dari grup arylamide, namun nomor 74 memiliki ketahanan terhadap cahaya yang paling baik. Lima digit angka dibelakang dalam kurung (nomor konstitusi) menunjukan kelas kimia dari pewarna dimulai dari angka 10000-10299 untuk grup nitroso sampai 77000-77999 untuk pigmen non organik. Untuk lebih jelasnya, pembagian kategori pigmen akan dijelaskan pada bab 5.3.1 dan 5.3.2. 5.3.1 Kategori aplikasi 1. Acid dye Dye larut air anionik yang diaplikasikan ke serat seperti fiber seperti sutra, wool, nilon, dan serat akrilik dalam bath netral ke asam. Setidaknya secara parsial terbentuk garam antara grup anionik dalam dye dan grup kationik dalam serat. Grup ini mengandung compund azo, anthraquinone, dan triarymethane. 2. Basic dye Dye larut air kationik yang diaplikasikan ke serat seperti fiber seperti sutra, wool, katun, dan serat akrilik. Dye basa ini juga digunakan untuk pewarnaan kertas. Grup ini adalah diarylmethane, triarylmethane, anthraquinone, dan azo. 3. Direct dye Dyeing dengan menggunakan direct dye dilakukan dalam bath yang netral atau sedikit alkali, atau mendekati mendidih, dengan penambahan Sodium Klorida atau Sodium Sulfat. Dye ini diaplikasikan ke katun, kertas, kulit, sutra dan nilon. Direct dye mengandung multi azo, phtalocyanine, stilbene, dan oxazine. 4. Mordant dye Dye ini memerlukan mordant (fiksatif) untuk aplikasinya. Ini meningkatkan fastness dye pada serat. Pemilihan mordant sangat penting karena mordant dapat mempengarhi warna. Kebanyakan dye natural adalah dye mordant. 5. Vat dye Dye ini tidak larut dalam air dan tidak bisa mewarnai serat secara langsung.Namun, reduksi pada larutan alkali memproduksi garam logam alkali larut air dye ini. Pada larutan ini, dye mempunyai gaya tarik terhadap serat tekstil. Oksidasi mengembalikan bentuk dye ke aslinya yaitu tak larut air. Grup dye ini mengandung anthraquinone dan indigo.
26
6. Reactive dye Pertama kali muncul pada 1956 dan dipakai untuk mewarnai sera selulose. Dye ini mengandung grup reaktif, yaitu ketika diaplikasikan ke fiber dalam bath alkali lemah, membentuk ikatan kimia dengan serat. Dye reaktif dapat juga digunakan untuk mewarnai wool dan nilon, dalam kasus ini bath dalam kondisi asam lemah. Metal complex azo, anthraquinone, dan phtalocyanine adalah dye reaktif. 7. Disperse dye Awalnya dikembangkan untuk mewarnai cellulose acetate. Mereka secara substansial adalah tak larut air. Dyes tersedia dalam bentuk dispersi dengan keberadaan dispersing agent (pasta), dan hasil spray dried (serbuk). Disperse dyemengandung sedikit compound azo atau nitro, metal complex, dan anthraquinone. 8. Azoic dye Teknik dyeing dimana didalamnya sebuah dye azo tak larut dibuat secara langsung kedalam serat. Ini didapat dengan men treatmen serat dengan komponen diazo dan coupling agent. Dengan penyesuaian kondisi bath, dua komponen bereaksi dan memproduksi dye azo yang tak larut. 9. Food Dye Food dye termasuk sub kelas acid dye. Dye ini dapat diaplikasikan pada wool, sutra, dan kadangkala nilon. Berikut beberapa food dye yang ada di pasaran. 10. Pigmen Pewarna yang tak larut pada air/carriernya. Pigmen dapat berupa non-organik dan organik. 11. Lake Dye organik yang diendapkan sebagai pigmen tak larut dalam keberadaan substrat lemah contohnya alumina. Sehingga memberikan pewarna dan substrat. 12. Toner Dye organik yang diendapkan sebagai garam logam tak larut contohnya barium atau kalsium atau dye kationik yang diendapkan dengan asam non organik kompleks seperti phospho-tungstomolybdic acid. 5.3.2 Kategori kelas kimia Kategori ini membagi pigmen berdasarkan kelas kimianya, tabel 5.3 menunjukan kelas kimia dari pewarna dimulai dari angka 10000-10299 untuk grup nitroso sampai 77000-77999 untuk pigmen non organik. Gambar 5.2 menunjukkan beberapa strukutur dasar suatu pewarna. Nomor Konstitusi 10000-10299
Grup Nitroso
10300-10999
Nitro
11000-19999
Monoazo
20000-29999
Disazo
40000-40799
Stilbene
41000-41999
Diphenylmethane
42000-44999
Triarylmethane
45000-45999
Xanthene
46000-46999
Acridine
47000-47999
Quinoline
48000-48999
Methine
49000-49399
Thiazole
49400-49699
Indamine
47000-49999
Indophenol
50000-50999
Azine
Tabel 5.3 Kelas Kimia
27
51000-51999
Oxazine
52000-52999
Thiazine
58000-72999
Anthraquinone
73000-73999
Indigoid
74000-74999
Phtalocyanine
77000-77999
Pigmen non organik
Tabel 5.3 Lanjutan
Gambar 5.2 Contoh kelas kimia suatu pewarna
5.3 Pewarna Organik Pewarna organik ada dapat larut pada carriernya (dye) dan ada juga yang tak dapat larut pada carriernya (pigmen). Seperti dijelaskan pada tabel 5.3, kelas kimia pewarna organik menempati kelas 10000 sampai 74999, pigmen non-organik menempati kelas 77000-77999. P ada gambar 5.3 ditunjukkan struktur kimia pewarna organik jenis acid dye warna kuning (azo dye CI Acid Yellow 36) dan pada gambar 5.4 ditunjukkan struktur kimia pewarna organik jenis pigmen warna kuning (arylide CI Pigment Yellow 65).
Gambar 5.3 CI Acid Yellow 36
Gambar 5.4 CI Pigment Yellow 65
5.4 Pewarna Non-Organik Pewarna non-organik tidak ada yang dapat larut pada carriernya, oleh karena itu pewarna nonorganik semuanya masuk kategori pigmen. Hampir semua pigmen non-organik yang digunakan dalam dunia industri adalah sintetik. Pigmen non-organik digali dari dalam tanah, digiling, dicuci, dan di grading ke berbagai ukuran. Pigmen non-organik tidak digunakan pada tinta inkjet kecuali carbon black, pigmen ini banyak digunakan untuk aplikasi cat. Tabel 5.5 menunjukkan perbandingan antara pigmen organik dan non-organik, nama pigmen non-organik dan warnanya dapat dilihat pada tabel 5.6.
28
5.5 Pewarna Dalam Tinta Inkjet Pewarna dalam tinta inkjet dapat sebagai dye dan dapat pula sebagai pigmen. Dalam hal properti tinta, tinta inkjet dye-based mempunyai kroma warna yang lebih baik dari pigmen based, namun dalam hal ketahanan terhadap air dan cahaya, tinta inkjet pigment-based lebih baik. Pada bab ini akan dijelaskan dye-dye dan pigmen-pigmen apa saja yang dapat digunakan dalam komposisis tinta inkjet. Tentunya proses pembuatnnya memerlukan perlakuan yang berbeda, proses ini akan dijelaskan pada bab selanjutnya. 5.5.1 Pigment Cyan C.I. Pigment Blue 1, 2, 9, 10, 14, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 15, 16, 18, 19, 24:1 ,25, 56, 60, 61, 62, 63, 64, 66. 5.5.2 Dye Cyan C.1. Acid Blue C.I. Reactive Blue C.1. Basic Blue C.I. Direct Blue
: 1, 7, 9, 29, 87, 126, 234, 236, 249 : 7, 14, 15, 18, 21, 25 : 3, 9, 24, 23 : 1, 2, 6, 8, 15, 22, 25, 71, 76, 78, 80, 86, 87 ,90, 98, 106, 108, 120, 123, 163, 165, 192, 193,194, 195, 196, 199, 200, 201, 202, 203, 207, 236, 237
29
5.5.3 Pigment Magenta C. 1. Pigment Red 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 31, 32, 38, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 49:1, 49:2, 49:3, 50:1, 51, 52:1, 52:2, 53:1, 57:1, 60:1, 63:1, 66, 67, 68, 81, 95, 112, 114, 119, 122, 136, 144, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 164, 166, 168, 169, 170, 171, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 181, 184, 185, 187, 188, 190, 192, 194, 200, 202, 204, 206, 207, 210, 211,212, 213, 214, 216, 220, 222, 237, 238, 239, 240, 242, 243, 245, 247, 248, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 258, 261, 264. 5.5.4 Dye Magenta C.1. Acid Red C.I. Reactive Red C.I. Basic Red C.I. Direct Red
: 1, 8, 14, 18, 26, 32, 80, 87, 115,119, 131,133, 134, 254, 256 : 2, 6, 11, 23, 36 : 1, 2, 9, 12, 13 : 1, 2, 4, 9, 11, 13, 17, 20, 23, 24,28, 31, 33,37,39,44,47,48,51,62, 63,75,79,80,81,83.89, 90, 94, 95, 99, 220, 224, 227, 243
5.5.5 Pigment Yellow C. I. Pigment Yellow 1, 2, 3, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 62, 65, 73, 74, 75, 81, 83, 87, 90, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 111, 113, 114, 116, 117, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 128, 129, 130, 133, 136, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 188, 190, 191, 192, 193, 194.
5.5.6 Dye Yellow C.I. Acid Yellow C.I. Reactive Yellow C.I. Basic Yellow C.I. Direct Yellow
: 2, 3, 17, 19, 23, 25,61, 72,99 : 1, 2, 3, 13, 14, 15, 17 : 11, 14, 21, 32 : 1, 4, 8, 11, 12, 24, 26, 27, 28, 33, 39,44, 50, 58, 85, 36, 100, 110, 142, 144
5.5.7 Pigment Black 1. Mitsubishi Chemical Corporation , No . 2 3 0 0 , No . 9 0 0 , MCF 88, No. 33, No. 40, No. 45, No. 5 2 , MA 7, MA 8, MA 100 dan No. 2200 B. 2. Columbian Carbon Co . , Ltd . , contoh ; Raven TM 5 7 5 0 , Raven TM 5250, Raven TM 5 0 0 0 , Raven TM 3 5 0 0 , Raven TM 1255 dan Raven TM 700; 3. Dll 5.5.8 Dye Black C.I. Acid Black C.I. Direct Black
: 1, 2, 7, 24, 26, 48, 109, 110, 119,131, 155 : 2, 3, 7, 17, 19, 22, 32, 38, 51, 56, 62,71, 74, 75, 77, 105, 108, 112, 117, 154
30
BAB VI CO-SOLVENT 6.1 Pendahuluan Pada tinta inkjet waterbased, solvent utamanya adalah air dengan komposisi 50-90% dari total berat tinta, namun untuk menambah properti tinta seperti karakterisitik pengeringan dan sebagai penetrating agent/penetrant, diperlukan solvent pembantu atau co-solvent. Co-solvent dalam tinta inkjet ini adalah bahan organik volatil (VOC) yang larut air, komposisi co-solvent mengambil 10-40% dari total berat tinta. 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 takberwarna 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. 6.2 Klasifikasi solvent 6.2.1 Bahan Dasar 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. 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 aromatik. Contoh dari tipe-tipenya dapat dilihat pada tabel 6.1 Tipe Solvent Straight run petroleum fraction
Kandungan Paraffin linier Parafin bercabang,Naphtena,Aromatik
SBP (special boiling point) naphta White Spirit
Dearomatized petroleum
Paraffin linier Parafin bercabang
Exxsol D (Exxon Chemical Shellsol D (Shell Chemical)
fraction
Naphtena Aromatik 1%
Isopar (Exxon Chemical)
Isoparaffinic fraction Aromatic Fraction Naphtenic fraction
Isoparaffin Naphtena 5% Aromatik 99% Naphtena 95%
Shellsol T (Shell Chemical) Toluene, Xylene Solvesso (Exxon Chemical), Cyclohexane Methyl cyclohexane,Nappar (Exxon Chemical) Tabel 6.1 Solvent hidrokarbon komersial
31
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 6.2. 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.
Tipe solvent
Formula
Contoh
Merk Dagang
Keton
methyl ethyl ketone
Ester
n-butyl acetate
Alkohol
isopropyl alcohol
Glikol eter
ethylene glycol monobutyl ether
Butyl cellosolve
Glikol eter acetate
propylene glycol monomethyl ether acetate
Dowanol PMA
Tabel 6.2 Solvent oxygenated
6.2.2 Polaritas Kriteria kedua adalah “serupa melarutkan serupa”. Bahan polar kuat seperti garam meja atau gula hanya akan larut di solvent yang sangat polar, seperti air. Dimana bahan yang sangat tidak polar seperti lilin atau minyak hanya akan larut pada solvent yang sangat tidak polar seperti heksana. Sama dengan reaktannya, sesama solvent yaitu air dan heksana juga tidak saling larut satu sama lain. Terdapat 3 pengukuran untuk polaritas suatu solvent yaitu : 1. Momen Dipole 2. Konstanta Dielektrik 3. Kelarutannya dengan air Molekul dengan momen dipole yang besar dan konstanta dielektrik yang tinggi disebut polar. Mereka yang mempunyai momen dipole dengan konstanta dielektrik rendah diklasifikasikan sebagai nonpolar. Pada dasar operasionalnya, solvent yang larut air adalah polar, dan yang tidak larut adalah non polar.
32
Para kimiawan telah mengklasifikasikan solvent ke dalam tiga kategori menurut polaritasnya, yaitu : 1. Polar Protik 2. Dipolar Protik 3. Non Polar 6.2.2.1 Polar Protik Dimulai dari kata sifat protik, pada konteks yang digunakan disini, protik adalah atom hidrogen yang diikatkan ke sebuah atom elektronegatif. Untuk tujuan ini, atom elektronegatif adalah oksigen. Dengan kata lain, solvent polar protik adalah bahan yang dapat direpresentasikan dengan formula umum ROH. Polaritas dari solvent polar protik dimulai dari ikatan dipole dari ikatan O—H. Perbedaan besar pada elektronegativitas dari atom oksigen dan atom hidrogen, dikombinasi dengan hidrogen atom yang berukuran kecil, menjamin memisahnya molekul yang mengandung grup O—H dari bahan polar yang aslinya tidak. Contoh dari solvent polar protik adalah : air (HOH), methanol (CH3OH), dan acetic acid (CH3CO2H) 6.2.2.2 Dipolar Aprotik Kata kunci di kategori ini adalah aprotik, pada konteks yang dignakan disini, aprotik menjelaskan sebuah molekul yang tidak mengandung sebuah ikatan O—H. Solvent pada kelas ini semuanya mengandung sebuah ikatan yang mempunyai sebuah ikatan dipole yang besar. Ikatan ini adalah ikatan jamak antara karbon dengan oksigen atau nitrogen. Hampir semua solvent dipolar aprotik mempunyai sebuah ikatan ganda C—O. Contohnya adalah acetone [(CH3)2C=O] dan ethyl acetate (CH3CO2CH2CH3). 6.2.2.3 Non-Polar Solvent non polar adala bahan yang mempunyai konstantadielektrik rendah dan tidak larut air. Contohnya adalah benzene(C6H6), carbon tetrachloride (CCl4), dan diethyl ether(CH3CH2OCH2CH3). 6.3 Co-Solvent Pada Tinta Inkjet 6.3.1 Alkohol
Gambar 6.1 Grup fungsional molekul alkohol
Dalam kimia, alkohol (diterjemahkan dari bahasa arab alkohol) adalah suatu compound/bahan organik dimana sebuah grup hiroksil (-OH) diikatkan pada atom karbon dari sebuah grup alkyl atau grup alkyl tersubstitusi. Formula umum untuk sebuah alkohol asiklik sederhana adalah CnH2n+1OH. Grup hidroksil secara umum membuat molekul alkohol polar. Grup-grup tersebut dapat membentuk ikatan hidrogen dari satu ke lainnya dan ke compound lain. Ikatan hidrogen artinya alkohol dapat digunakan sebagai solvent protik. Dua tren kelarutan alkohol adalah : kecenderungan OH polar untuk membuatnya larut air , dan rantai karbon untuk menahannya.
33
Gambar 6.2 Struktur alkohol
Methanol, ethanol, propanol, adalah larut air karena grup hidroksil lebih kuat dari rantai karbon pendek. Butanol, dengan 4 karbon atom, sedikit larut dalam air karena keseimbangan grup hidroksil dan rantai karbon. Alkohol yang mempunyai lima atau lebih rantai karbon (pentanol dan selebihnya) adalalah tak larut air karena dominasi rantai hidrokarbon. 6.3.2 Glykol
Gambar 6.3 Ethylene Glycol
Glikol atau diol adalah bahan kimia yang mengandung dua grup hidroksil (grup -OH). Diol vicinal mempunyai grup hidroksil yang dirangkaikan ke atom sebelahnya. Contoh dari diol vicinal adalah ethylene glycol dan propylene glycol. Diol geminal mempunyai grup hidroksil terikat pada atom yang sama contohnya carbonic acid. 1, 4-butanediol dan bisphenol-A adalah contoh dari glikol yang grup hidroksi fungsionalnya terpisah lebih jauh. 6.3.3 Glycol Ether Glikol ether adalah grup dari solvent yang berbasis alkyl ether dari ethylene glycol, juga dikenal dengan cellosolve. Solvent ini mempunyai titik didih yang tinggi. Glikol ether yang asli adalah ethyl cellosolve. Glycol ether juga dapat diturunkan dari ethylene glycol. Glikol ether meliputi : ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀ ∀
Ethylene glycol monomethyl ether (2-methoxyethanol,CH3OCH2CH2OH) Ethylene glycol monoethyl ether (2-ethoxyethanol, CH3CH2OCH2CH2OH) Ethylene glycol monopropyl ether (2-propoxyethanol, CH3CH2CH2OCH2CH2OH) Ethylene glycol monoisopropyl ether (2-isopropoxyethanol, (CH3)2CHOCH2CH2OH) Ethylene glycol monobutyl ether (2-butoxyethanol, CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OH) Ethylene glycol mono phenyl ether (2-phenoxyethanol, C6H5OCH2CH2OH) Ethylene glycol monobenzyl ether (2-benzyloxyethanol, C6H5CH2OCH2CH2OH) Diethylene glycol monoethyl ether (2-(2-ethoxyethoxy) ethanol, carbitol cellosolve, CH3CH2OCH2CH2OCH2CH2OH) Diethylene glycol mono-n-butyl ether (2-(2-butoxyethoxy)ethanol, CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH)
34
6.3.4 Lactam
Gambar 6.4 Struktur umum lactam dari β-lactam, a γ-lactam and a δ-lactam.
Lactam berasal dari kata lactone amide, adalah sebuah amida siklik. Huruf awal mengindikasikan ukuran lingkar : β-lactam (4-membered), γ-lactam (5-membered), δ-lactam(6membered). Grup lactam yang dipakai sebagai co-solvent pada tinta inkjet contohnya adalah N-Methyl-2pyrrolidone (NMP) dan 2-Pyrrolidone.
NMP N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) adalah bahan kimia dengan strukur lactam 5-membered. Adalah cairan bening sedikit kekuningan yang larut dengan air dan solvent seperti ethyl acetate, chloroform, benzena, alkohol rendah dan keton. Nama lainnya adalah : 1-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl2-pyrrolidinone and m-pyrrole. Methylpyrrolidone
Nama kimia Formula kimia Berat Molekul CAS number Densitas Titik leleh Titik didih
1-Methyl-2-pyrrolidone C5H9NO 99.13 g/mol [872-50-4] 1.028 g/cm3 −24 °C 202 °C
2-Pyrrolidone 2-Pyrrolidone adalah bahan organik yang mengandung lactam 5-membered. Adalah cairan bening yang bertitik didih tinggi, solvent polar non-korosif, dan untuk aplikasi yang luas. Adalah larut pada bermacam-macam solvent seperti air, ethanol, diethyl ether, chloroform, benzene, ethyl acetate dan carbon disulfide.
35
2-Pyrrolidone
Nama kimia Formula kimia Berat Molekul CAS number Densitas Titik leleh Titik didih
2-Pyrrolidone C4H7NO 85.11 g/mol [616-45-5] 1.116 g/cm³ <25 °C 245 °C
36
BAB VII SURFACTANT 7.1 Pendahuluan Surfactant adalah suatu bahan yang dapat mempengaruhi atau merubah tegangan permukaan dari suatu cairan atau padatan dalam hubungannya dengan cairan, padatan lain dan gas. Surfactant secara umum tersusun atas sebuah molekul dimana salah satu ujungnya hidrofili dan salah satu ujungnya hidrofob / hidrofili. Garam sodium dan asam lemak (sabun biasa) adalah salah satu contoh dari surfactant.
Gambar 7.1 Struktur surfactant
Ketika sebuah sabun dilarutkan ke air, dia mereduksi tegangan permukaan (maksudnya adalah menurunkan tegangan antar muka antara air dan udara) sehingga dapat membasahi suatu padatan, mencampur bahan yang tak larut dalam air seperti minyak dan menghasilkan busa. Surfactant adalah sebuah bahan dimana satu bagian dari tiap molekulnya adalah hidrofili (suka air) dan bagian satunya adalah lipofili (suka minyak). Bagian hidrofilia dari suatu molekul dapat sebagai karboksilat, sulfat, sulfonat, alkohol atau eter alcohol. Bagian lipofil dapat sebagai rantai hidrokarbon panjang dalam suatu asam lemak, rantai lurus, rantai cabang atau rantai siklik hidrokarbon dari minyak bumi, atau hidrokarbon aromatic yang mempunyai rantai alkyl disamping. 7.2 Tipe-tipe Surfactant 7.2.1 Anionik Surfactant anionik membawa ion negatif dan bermigrasi ke anoda atau kutub positif, ketika dalam suatu campuran. Ini adalah surfactant tertua dan paling kuat.
7.2.2 Kationik Surfaktant kationik adalah kawan / kebalikan dari anionik. Aktivitas permukaan tergantung dari keberadaan kation rantai panjang larut minyak. Surfactant kationik dipakai sedikit sekali pada cat latex karena dapat menetralisir sharge dari surfactant anionik yang mungkin ada dalam cat latex dan menyebabkan rusaknya emulsi. Surfaktant ini baik dipakai untuk emulsifikasi aspal. Berikut adalah struktur surfactant kationik :R melambangkan grup hidrofobik seperti alifatik atau aromatik rantai panjang. X melambangkan ion negatif seperti Cl, Br, I atau lainnya. Dan A1, A2, dan A3 melambangkan hydrogen alkyl, aryl atau grup heterosiklik.
37
7.2.3 Nonionik Surfaktan ini bergantung dari grup hidroxilnya dan grup ethernya untuk menciptakan aksi hidrofilinya.
7.2.4 Amfoterik Surfaktant ini mengandung kedua - duanya yaitu negatif dan positif charge. Charge dapat menetralisir satu sama lain, sehingga pada pH tertentu surfactant ini berperilaku seperti non ionik. Surfaktant ini biasanya menjadi surfactant kationik jika berada dalam suasana asam dan menjadi anionik jika berada dalam suasana basa.
38
Produksi Tinta inkjet berkualitas
Extraface Tech ____________________________________________________
Komponen penyusun tinta inkjet Komponen utama 1. Air 2. Solvent organik larut air 3. Pewarna 4. Co-solven atau humectant Komponen pendukung 1. Penetrant 2. Surfactant 3. Resin 4. Biocides atau fungicides 5. Buffering agent Komponen tambahan 1. Antioksidant 2. Chelating agent 3. Corosion inhibitor 4. Ultraviolet absorber 5. Viscosity adjuster
z z z z z z z z z z z
Water-Based Ink Jet Ink formulation Ingredients Amount Function Water 50%-90% Ink Solvent Colorant 1%-15% Color Source Co-Solvent or Humectant 2%-20% Ink vehicle, prevents evaporation Fixative or Penetrant 0%-10% Assist fixing the ink to the substrate Surfactan 0.1%-6% Surface tension and wetting Resin 0.2%-10% Durability and adhesion Biocide 0.02%-0.4% Prevents bacterial growth Fungicide 0.01%-0.4% Prevents fungal growth Buffering Agent 0.05%-1% Control ink pH level Other 0.01%-1% Controls ink specific characteristics
Diagram produksi 1. INSTALASI PEMURNIAN AIR Air merupakan komponen terbesar penyusun tinta berfungsi sebagi solvent atau pelarut dari pewarna, baik berupa dyes atau pigment. CONTOH : 1.
reverse osmosis water
2.
ion exchange water
3. aquades 4. de ionized water
MIXING Berfungsi sebagai alat untuk mencampur semua komponen penyusun tinta inkjet seperti; air, co–solvent dan humectant, pewarna, dan aditif lain. Diaduk menjadi satu sampai semua homogen, dan menjadi tinta. Peralatan yang dibutuhkan adalah bak penampung dan mixer. Kemudian berlanjut pada proses berikutnya.
FILTERING Salah satu faktor terpenting dalam proses produksi inkjet adalah filtering (penyaringan). Proses penyaringan dilakukan sampai kerapatan filter mulai dari 10 micron sampai 0.1 micron. Hal ini tentunya untuk memastikan bahwa tinta benar-benar bebas dari kontaminan yang dapat merusak print head atau cartridge..
pH meter digital berfungsi untuk mengukur keasaman tinta. Jika terlalu asam atau terlalu basa akan merusak cartridge. pH tinta inkjet berkisar antara 8-9.5. Viscometer digunakan untuk mengukur kekentalan tinta satuan ukurnya mpas (cp) viskositas tinta inkjet berkisar antara 2-3 mPas (cp)
Conductivity meter berfungsi untuk mengukur hantaran arus listrik pada suatu cairan tinta
Tensiometer adalah alat untuk mengukur tegangan permukaan tinta. Karakteristik surface tension tinta inkjet adalah 30 Nm/m untuk piezo dan 35-40 Nm/m unteuk thermal.
epson No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes black Etilen glikol Glicerin Butil cellosolve Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 20 gram 2.5 gram 10 gram 5 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 61.6 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes cyan Etilen glikol Glicerin Butil cellosolve Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 15 gram 2.5 gram 10 gram 5 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 66.6 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes magenta Etilen glikol Glicerin Butil cellosolve Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 15 gram 2.5 gram 10 gram 5 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 66.6 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes yellow Etilen glikol Glicerin Butil cellosolve Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 25 gram 2.5 gram 10 gram 5 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 56.6 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes black Etilen glikol Dietilen glikol Butanol Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 20 gram 2.5 gram 12.5 gram 2 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 62.1 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes cyan Etilen glikol Dietilen glikol Butanol Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 15 gram 2.5 gram 12.5 gram 2 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 67.1 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes magenta Etilen glikol Diethilen glikol Butanol Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 15 gram 2.5 gram 12.5 gram 2 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 67.1 gram
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Nama Dyes yellow Etilen glikol Dietilen glikol Butanol Surfactant Trietanolamin (TEA) Formalin Air
Komposisi 25 gram 2.5 gram 12.5 gram 2 gram 0.5 gram 0.2 gram 0.2 gram 57.1 gram
