Perancangan Tangki Premixing Tangki Premixing untuk untuk Pembuatan Powder Pembuatan Powder Coatings dengan Coatings dengan Atomisasi
Tony Handoko, ST, Ryan Varyan, Natalia Synta Dewi, Dr. Ir. Budi Husodo Bisowarno, M.Eng. Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan Ciumbuleuit 94, Bandung 40141 Telp/Fax. (022)2032700; email :
[email protected] ,
[email protected] [email protected],,
[email protected]..
[email protected]
Abstrak Coatings adalah suatu proses pelapisan suatu bahan menggunakan zat lain dengan tujuan dekoratif dan fungsional. Pada mulanya digunakan coatings jenis liquid. Karena solvent yang digunakan menghasilkan polusi maka dikembangkan coatings yang berbentuk serbuk dinamakan powder coatings. Powder coatings adalah suatu serbuk pelapis yang tidak mengandung pelarut.Pembuatan powder coatings ada beberapa cara. Pada saat ini proses yang biasa digunakan umumnya ialah dengan menggunakan ekstruder. Tahapan pembuatan powder coatings dengan ekstruder ialah premixing, ekstrusi, grinding, dan sieving. Selain menggunakan ekstruder, ada pula yang menggunakan proses VAMP. Proses ini menggunakan CO 2 pada titik superkritisnya sebagai medium untuk melelehkan resin. Saat ini akan dicoba suatu metode baru yang memiliki jumlah tahap lebih sedikit bila dibandingkan dengan proses ekstruder dan tidak perlu menggunakan CO2 untuk melelehkan resinnya. Proses ini dinamakan proses atomisasi. Proses ini akan menggabungkan tahap premixing dan ekstrusi menjadi satu tahap tanpa mengurangi kualitas powder coatings yang dibuat dengan ekstruder. Pada penelitian ini akan dirancang suatu tangki premixing untuk digunakan pada pembuatan powder coatings dengan menggunakan atomisasi.Bahan penyusun powder coatings terdiri dari resin, pigmen, curing agent, filler, dan bahan aditif. Pada penelitian ini akan digunakan dua macam resin yaitu resin epoksi dan poliester, pigmen menggunakan titanium dioksida, filler BaSO 4 , bahan b ahan aditif uni resi flow dan Benzoin. Untuk variasi yang akan dilakukan pada penelitian ini meliputi jumlah pengaduk dan lama pengadukan. Powder coatings yang telah jadi akan dianalisis ukurannya, ketebalannya, kekilapannya, dan daya tahan terhadap impact. Kata kunci : powder, tangki premixing, atomisasi
1.
Pendahuluan
Proses coatings adalah suatu proses pelapisan terhadap suatu permukaan bahan. Tujuan dari pelapisan ini adalah untuk dekoratif, memberikan perlindungan terhadap korosi dan sinar ultraviolet, dan untuk insulasi. Beberapa contoh coatings adalah cat, enamel, varnish, dan lain-lain. Pada mulanya coatings dibuat dalam bentuk liquid dengan menggunakan suatu pelarut yang disebut solvent based coatings. Solvent based coatings menimbulkan polusi pada pembuatannya dan juga pada saat pengaplikasiannya. Polusi ini disebabkan oleh penggunaan pelarut organik. Oleh karena masalah tersebut maka penggunaan solvent based ini digantikan oleh water based . Namun pemakaian water based coatings ini juga belum memberikan hasil yang maksimal untuk pelapisan suatu bahan, maka dikembangkan coatings berbentuk bubuk ( powder powder ) dan tidak mengandung pelarut, yang disebut powder coatings. Powder coatings adalah proses finishing kering yang menggunakan bahan dasar pigmen dan resin. Pengaplikasian powder coatings ini adalah dengan cara pengisian powder dengan muatan elektrostatis kemudian disemprotkan ke permukaan bahan yang akan dilapisi. Proses coatings dapat dilakukan secara manual atau otomatis dengan jenis peralatan yang bermacam-macam.. Sekarang ini pembuatan powder coatings yang umum digunakan dalam skala industri adalah dengan menggunakan alat ekstruder. Seiring kemajuan teknologi, mulai dikembangkan produksi powder coatings dengan proses VAMP (Valve And Micro Pump). Proses ini menggunakan gas karbondioksida yang dipanaskan hingga titik superkritisnya untuk melelehkan resin sebagai bahan baku utama. Namun,
dilihat dari segi ekonomi, proses ini tidak efisien karena harga gas karbondioksida yang mahal dan jumlah yang diperlukan juga sangat banyak. Oleh karena itu, dikembangkan teknologi baru, yaitu dengan cara atomisasi yang hanya menggunakan udara biasa sebagai media. Proses ini diharapkan dapat memproduksi powder coatings dengan lebih efisien dan kualitas coatings yang maksimal. Tahap yang paling penting dalam pembuatan powder coatings dengan atomisasi adalah pada tahap premixing, karena pengadukan dan pencampuran bahan-bahan penyusun powder coatings hanya terjadi pada tahap ini. Oleh sebab itu, pada tahap ini pencampuran harus dilakukan dengan baik sehingga campuran benar-benar homogen. Proses produksi powder coatings dengan atomisasi yang telah dilakukan saat ini mempunyai kelemahan. Kelemahan ini terletak pada proses mixingnya yang masih gagal, yaitu bentuk campuran pada saat premixing telah memadat sebelum memasuki spray chamber . Padahal seharusnya campuran yang akan memasuki spray chamber berbentuk pasta. Tahap premixing ini sangat menentukan hasil powder yang dihasilkan. 2.
Pembuatan Powder Coatings
Pada penelitian ini terdapat dua buah proses yang sangat penting, yaitu premixing dan atomisasi. Kedua proses ini dianggap penting karena pada tahap premixing resin harus dapat meleleh sehingga bahan-bahan baku penyusun powder coatings dapat bercampur secara homogen. Namun pada penelitian ini hanya dibatasi pada tahap premixing saja. Setelah bercampur, campuran yang berupa pasta seharusnya dimasukkan ke dalam atomizer dengan dialirkan lewat nozzle dan dikontakkan dengan udara biasa (temperatur kamar), tetapi pada penelitian ini pasta tidak dialirkan ke atomizer melainkan dialirkan melalui saluran keluaran dan digiling menjadi lembaran tipis. Langkah-langkah prosedur percobaan dapat dilihat pada Gambar 2.1. Hasil akhir dari percobaan ini berupa powder akan digunakan untuk melapisi permukaan seng. Powder disebarkan di atas seng hingga merata, kemudian dipanaskan di dalam oven hingga powder meleleh.
Gambar 2.1. Diagram Prosedur Percobaan
Tangki premixing yang akan digunakan pada penelitian ini akan dirancang sedemikian rupa agar bahan-bahan penyusun powder coatings dapat tercampur dengan homogen dan pasta yang terbentuk dapat dialirkan ke spray chamber untuk diatomisasi. Langkah-langkah perancangan tangki premixing dapat dilihat pada Gambar 2.2
Menentukan jumlah campuran berdasarkan formula yang digunakan
Menghitung volume tangki
Menentukan tangki besar dan alat pemanas
Menentukan media pemanas yang sesuai
Melakukan uji coba tangki premixing
Menyempurnakan alat dari kekurangan-kekurangan yang telah diketahui
Melakukan tempuhan
Bagan Prosedur Desain Tangki Premixing
Gambar 2.2.
3.
Bahan dan Alat
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung. Lama penelitian adalah sekitar lima bulan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi bahan baku utama dan bahan baku penunjang. 3.1.
Bahan Baku Utama
Bahan baku utama yang akan digunakan dalam percobaan ini ialah resin poliester, resin epoksi, bahan aditif (Benzoin dan uni resi flow), pigmen putih (TiO2), pigmen biru, dan filler ( Blanc fixe). Formulasi yang digunakan pada penelitian ini disajikan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Formulasi powder coatings
Material
Jumlah (%)
Resin polyester
Binder
35.8
Resin epoksi
Binder (CA)
23.2
Uni Resi Flow
Flow agent
0.5
Benzoin
Degassing Agents
0.3
Titanium dioksida
Pigmen
12
Pigmen biru
Pigmen
18
Blanc fixe (BaSO4)
3.2.
Spesifikasi
Microbytes (Filler)
10.2
TOTAL
100
Bahan Baku Penunjang dan Alat
Bahan baku penunjang adalah bahan yang bukan merupakan variabel percobaan namun digunakan untuk membantu berlangsungnya percobaan. Pada penelitian ini akan digunakan bahan baku penunjang berupa oli yang akan digunakan sebagai media pemanas.
4.
PEMBAHASAN
4.1
Pembahasan Desain
Fokus penelitian pembuatan powder coatings dengan atomisasi ini adalah pada tahap premixing. Tahap premixing adalah tahap yang paling penting pada pembuatan powder coatings karena pencampuran bahan-bahan penyusun powder coatings hanya terjadi pada tahap ini. Semua bahan baku dicampur dan dilelehkan hingga homogen. Kehomogenan campuran sangat mempengaruhi kualitas powder yang dihasilkan. Alat premixing ini terdiri dari beberapa macam peralatan yang dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat mencampur bahan-bahan penyusun powder coatings dengan homogen serta dapat menjaga temperatur campuran selama berada di dalam tangki tersebut. Alat-alat ini terdiri dari : 1.Tangki stainless steel besar 30 cm. 2.Tangki stainless steel kecil 14 cm. 3. Mixer dan pengaduk. 4.Pemanas 1 (880 W). 5.Pemanas 2 (600 W). 6.Pengontrol temperatur. Rancangan skema alat premixing dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2
Gambar 4.1.
Gambar 4.2.
Skema Peralatan Premixing
Tangki Premixing dengan pengontrol temperatur
Tangki yang digunakan untuk tangki premixing ini terdiri dari dua macam tangki yang berbeda ukuran. Tangki besar diisi dengan media pemanas yang akan memanaskan tangki kecil yang diletakkan di dalam tangki besar. Tangki kecil akan diisi dengan bahan-bahan penyusun powder coatings. Pada tangki
kecil dibuat sebuah lubang di pinggir dengan diameter sekitar 22 mm untuk saluran keluaran pasta. Sebelum campuran benar-benar homogen, lubang ini akan disumbat dahulu. Campuran bahan-bahan penyusun powder coatings ini kemudian dipanaskan agar resin dapat meleleh, namun campuran ini tidak langsung kontak dengan pemanas untuk menjaga agar temperaturnya konstan. Heater akan memanaskan media pemanas yang kemudian akan memanaskan campuran bahan penyusun powder coatings. Media pemanas tersebut diharapkan dapat menyerap panas yang masih tersisa di heater walaupun telah dimatikan. Mixer yang digunakan ialah jenis mixer yang biasa digunakan untuk membuat adonan roti atau kue. Mixer untuk adonan roti atau kue telah dirancang khusus untuk mengaduk campuran seperti pasta. Pemanas yang digunakan untuk memanaskan campuran ada 2 macam. Pemanas pertama diletakkan di bawah tangki besar, sedangkan pemanas kedua dimasukkan ke dalam media pemanas. o Dengan digunakannya dua buah pemanas, waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu oli sekitar 180 C hanya perlu waktu 1 jam. Media pemanas yang digunakan ialah oli karena oli memiliki titik didih sekitar 200 oC sehingga dapat digunakan untuk memanaskan campuran hingga suhu di atas 100oC. Pengontrol temperatur memegang peranan yang sangat penting. Pengontrol ini akan bertugas untuk menjaga suhu media pemanas agar tetap konstan. Bila suhu media pemanas konstan, maka dapat dipastikan bahwa suhu di dalam tangki kecil juga konstan. Jenis pengontrol yang digunakan ialah PID. 4.2
Pembahasan Hasil
Pasta yang terbentuk diaduk dengan memvariasikan waktu pengadukan, yaitu 5 menit, 10 menit, dan 20 menit. Setelah diaduk selama waktu tertentu, pasta dialirkan dari tangki premixing melalui saluran keluaran. Pasta tersebut kemudian digiling sehingga menghasilkan lembaran tipis. Setelah keras, lembaran tipis tersebut kemudian dihancurkan hingga berbentuk potongan-potongan yang lebih kecil. 4.3
Pembahasan Analisis
Pengaduk yang digunakan pada pembuatan powder coatings ini ada 2 macam, yaitu dengan menggunakan 1 buah pengaduk dan dengan 2 buah pengaduk. Powder coatings kemudian diaplikasikan dan dianalisis di laboratorium milik PT. International Coatings. Analisis yang dilakukan meliputi analisis fisik, analisis ketebalan, analisis gloss / kekilapan, dan analisis daya tahan terhadap impact (benturan). Dari hasil analisis fisik diperoleh ukuran powder sekitar 100 mesh dan berwarna biru muda yang merata di setiap butiran powder . Hasil analisis lainnya dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Analisis Powder
No. Plat
Analisis Ketebalan
(µm) 5'A 35-45 10'A 70-82 20'A 66-73 5'B 60-81 10'B 78-81 20'B 81-86 Keterangan : A: Menggunakan 1 pengaduk. B : Menggunakan 2 pengaduk. 4.3.1
Analisis Gloss 2.4 - 2.4 30.1 - 29 36.6 - 35.7 69.2 - 56.4 75.8 - 75.7 77.3 - 76.8
Analisis Impact Keterangan Tidak Lulus Tidak dilakukan Tidak Lulus Tidak Lulus Tidak Lulus Tidak Lulus
Beban (kg) 30 40 40 40 40
Analisis Fisik
Ukuran powder harus diperhatikan keseragamannya, tujuannya adalah agar memiliki kualitas yang baik setelah diaplikasikan. Powder harus memiliki ukuran sekitar 100 mesh. Dengan ukuran ini, powder akan membentuk lapisan film yang merata di atas plat besi dan permukaan yang halus. Selain ukuran powder , pada analisis fisik ini juga dilakukan pengamatan terhadap kehomogenan warna. Pigmen biru dan pigmen putih yang digunakan terdispersi secara merata dalam setiap butir powder . Hal ini dapat diketahui dari warna powder yang sama setiap bagiannya. Dari hasil analisis fisik diketahui bahwa jumlah pengaduk dan lama pengadukan tidak mempengaruhi ukuran powder dan warna powder yang dihasilkan.
4.3.2
Analisis Ketebalan
Setelah diaplikasikan, lapisan film tersebut dianalisis ketebalannya. Alat pengukur ketebalan lapisan film yang digunakan adalah Thicknessmeter Sheen. Jumlah pengaduk yang digunakan juga mempengaruhi kualitas powder. Lapisan film pada powder yang dihasilkan dengan 2 pengaduk mempunyai tekstur yang lebih halus daripada lapisan film yang dihasilkan dengan 1 pengaduk saja. Lapisan film yang dihasilkan dari 1 pengaduk memberikan permukaan yang bergelombang menyerupai kulit jeruk. Hal ini dapat disebabkan dari pengadukan yang kurang merata, sehingga zat aditif tidak terdispersi secara merata pada setiap butiran powder . Sedangkan pada lapisan film yang dihasilkan dengan 2 pengaduk tidak memberikan permukaan yang bergelombang. 4.3.3
Analisis Gloss
Setelah dianalisis ketebalannya, kemudian dilakukan analisis gloss untuk mengetahui derajat kekilapan lapisan film yang dihasilkan. Alat pengukur derajat kekilapan lapisan film adalah MicroGloss 60 Sheen. Dari hasil analisis gloss, diketahui bahwa lapisan film yang diperoleh dengan menggunakan 2 buah pengaduk mempunyai kekilapan yang baik. Sedangkan pada pengadukan dengan 1 pengaduk, rentang gloss yang dihasilkan jauh di bawah standar. Hal ini dapat disebabkan oleh pengadukan yang kurang merata sehingga campuran menjadi kurang homogen dan bahan aditif tidak terdispersi secara merata ke seluruh bagian pasta. Selain itu, waktu pengadukan juga mempengaruhi derajat gloss lapisan film. Semakin lama waktu pengadukan semakin baik pula gloss pada lapisan film yang d ihasilkan. 4.3.4
Analisis Daya Tahan Terhadap Impact
Setelah dilakukan analisis gloss terhadap permukaan film, dilakukan juga analisis daya tahan terhadap impact . Analisis ini dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut Tubular Impact Tester . Dari hasil analisis impact , dapat diketahui bahwa semua plat tidak lulus uji terhadap beban yang digunakan, padahal seharusnya lapisan film pada permukaan plat tersebut mampu menahan benturan yang disebabkan oleh beban. Semua plat yang permukaannya terkena beban, lapisan filmnya retak. Hal ini disebabkan oleh formula yang digunakan pada saat penelitian kurang baik dan terlalu umum, sehingga kualitas powder yang dihasilkan juga kurang baik. Seharusnya jumlah bahan aditif yang digunakan diperbanyak lagi, sehingga diperoleh kualitas powder yang baik dan memiliki sifat adhesitivitas yang lebih baik lagi. Dengan demikian, powder tersebut mampu menahan beban yang diberikan pada saat dilakukan uji ketahanan terhadap impact . 5. 5.1
5.2
Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah: 1. Alat premixing baru yang telah dirancang dapat digunakan untuk pembuatan powder coatings dengan baik. 2. Tangki yang cocok digunakan untuk tangki premixing adalah tangki dengan spesifikasi : a. 2 buah tangki stainless steel dengan ukuran yang berbeda,yang dilengkapi pemanas dan pengontrol temperatur. b. Jenis pengaduk yang cocok untuk penelitian ini adalah pengaduk yang biasa digunakan untuk membuat kue dan jumlahnya 2 buah 3. Media pemanas yang digunakan pada penelitian ini adalah air dan oli, namun yang paling cocok untuk penelitian ini adalah oli. o 4. Titik leleh campuran pada formula yang digunakan pada penelitian ini adalah 110 C. 5. Variasi waktu pengadukan adalah 5, 10, dan 20 menit. Yang memberikan hasil terbaik adalah pengadukan dselama 20 menit karena lebih homogen. 6. Hal yang mempengaruhi ketebalan lapisan film adalah ukuran powder dan teknik aplikasi. 7. Hal yang mempengaruhi gloss adalah jumlah pengaduk dan waktu pengadukan. 8. Hal yang mempengaruhi daya tahan terhadap impact adalah formula powder coatings.
Saran Saran yang dapat diajukan untuk kelanjutan dari penelitian ini antara lain:
1. 2. 3. 4. 5.
Mixer yang digunakan sebaiknya diberi dudukan khusus sedemikian rupa pada tangki premixing sehingga tidak perlu dipegang dengan tangan. Sebaiknya pada saat diaduk tangki kecil diberi penutup sehingga campuran yang masih berbentuk serbuk tidak berhamburan keluar. Untuk memperoleh kualitas powder yang lebih baik, sebaiknya dicari formula lain dengan jumlah zat aditif yang lebih banyak. Untuk memperoleh hasil yang lebih homogen, sebaiknya bahan-bahan penyusun powder coatings diaduk terlebih dahulu sebelum dimasukkan dalam tangki k ecil. Untuk membersihkan peralatan, dapat digunakan pelarut MEK (Metil Etil Keton).
Daftar Pustaka
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]
Franz, Peter and Meier, Edmund: Processing of Powder Coatings in a Reciprocating Single Screw Extruder, ECN Journal, Switzerland, 2002. Howard, J.P. Paint and Resin Technology, Vol 27, No. 2, hal 77-80, 1998. Howell, David, M: The Technology, Formulation and Application of Powder Coatings, Volume 1, John Wiley and Sons, London, 2000. Pennisi S, Mario, Powder Coatings, www.Finishing.com, Queensland, 2002. Picecky, J. Bulletin S-217. Milk droplets : Their creation and drying. Niro Atomizer Ltd. Copenhagen, 305 Gladsaxevej. DK-2860, Søborg Denmark. Bull. S-217 Powder R&D, The Role of Additives in Powder Coatings , Industrial of Paint and Powder , www.ippmagazine.com, Vol. 1, No. 1, 1990. th Robert H. Perry and Don Green, Perry’s Chemical Engineers Handbook , 6 ed., McGraw Hill Book Co., New York, 1985. Satas, D and Tracton, A, Arthur: Coatings Technology Handbook , 2 nd ed., Marcel Dekker, Inc. New Jersey, 2001. th Walas. M. Stanley, Chemical Process Equipment , 10 ed., Butterworth Publishers., Stoneham MA, 1988.
