Pembuatan Cat Sebagai Aplikasi Sistem Koloid 1ny3n

KOLOID PENGERTIAN KOLOID Koloid memiliki banyak sifat-sifat dengan beraneka macam jenis-jenis koloid

yang

perlu

mengenai pengertian

diketahui

koloid. Secara

dalam

melanjutkan

pembahasan

umum,

Pengertian

Koloid adalah

campuran zat heterogen antara dua zat atau lebih dimana partikel-partikel zat koloid tersebar merata dalam zat lain. Istilah koloid berasal dari kata "kolia"dalam bahasa yunani berarti "lem". Koloid sendiri diperkenalkan pada tahun 1861 oleh Thomas Graham. Dari hasil pengamatannya mengenai gelatin yang merupakan kristal yang sukar mengalami difusi, padahal umumnya kristal itu mudah mengalami difusi. Sehingga zat semacam gelatin tersebut dinamakan koloid. Pengertian Koloid atau disebut dispersi koloid atau sistem koloid adalah sistem dispersi yang memiliki ukuran partikel lebih besar dari larutan, tetapi lebih kecil daripada suspensi. Umumnya koloid mempunyai ukuran partikel sekitar 1 nm-100 nm.

Berdasarkan komposisi penyusunnya, zat dapat dikelompokkan menjadi zat murni (unsur dan senyawa) dan campuran. Campuran dapat dikelompokkan dengan berdasarkan fase yang terbentuk dari campuran homogen (larutan) dan campuran heterogen. Pencampuran gula dan air yang akan menghasilkan campuran homogen karena akan membentuk satu fase. Gula tercampur dengan air secara merata (homogen) sehingga menjadikan butiran gula

tidak terlihat dalam larutan. Larutan gula tersebut tidak dapat dipisahkan baik dengan cara penyaringan. Contoh-Contoh larutan lainnya adalah seperti larutan garam, larutan alkohol, larutan cuka, dan larutan gas dalam udara. Berbeda dari campuran gula dan air, pencampuran antara pasir dan air akan membentuk dua fase. Pasir bercampur dengan air terjadi secara tidak merata (heterogen) sehingga butiran pasir dapat dilihat dalam campuran. Campuran pasir dan air disebut dengan suspensi. Bila campuran suspensi tersebut didiamkan, maka yang terjadi adalah pasir akan mengendap sehingga pasir dapat dipisahkan dari air dengan cara menyaring. Jenis suspensi lainnya adalah seperti campuran tanah liat dengan air, kopi dengan air, serta minyak dan air.

Pencampuran susu dan air akan membentuk dua fase, walaupun sepertinya campuran tersebut bersifat merata (homogen). Jika diamati lebih teliti, butiran susu bubuk masih dapat terlihat dalam campuran. Butiran susu bubuk tersebut dikatakan sebagai terdispersi (tersebar) dalam air. Campuran susu dan air

dikenal

dengan

istilah koloid. Zat

terdispersi

disebut fase

terdispersi, sedangkan pada medium yang digunakan untuk mendispersikan disebut dengan medium pendispersi. Zat terdipersi tersebut akan berupa fase jika dicampur dengan fase yang berbedam sedangkan fase medium pendispersinya tidak berubah. Campuran Koloid adalah fase peralihan dari campuran homogen menjadi campuran heterogen. Jika didiamkan, butiran susu tersebut akan mengendap. Bagaimana jika disaring ?.. jika disaring, susuk bubuk tidak dapat dipisahkan. Susu bubuk hanya dapat dipisahkan dengan kertas saring yang ukuran pori-porinya sangat kecil.

JENIS-JENIS KOLOID Sistem koloid terdiri atas 2 fasa, yaitu fasa terdispersi dan fasa pendispersi (medium dispersi). Berdasarkan jenis fasa terdispersi dan fasa pendispersinya koloid dapat dibedakan menjadi 8 jenis sebagai berikut: N

Fase

Fase

Jenis Contoh

o.

Terdispersi

Pendispersi

(nama koloid)

1

Mutiara, kaca Padat

Padat

Sol padat

.

warna 2

Emulsi Cair

Padat

.

Keju, mentega padat

3

Busa Gas

Batu

apung,

Padat

.

padat

kerupuk

4

Pati dalam air, Padat

Cair

Sol, gel

.

cat, jeli 5

Susu, santan Cair

Cair

Emulsi

.

Manyonaise 6 Gas

Cair

Padat

Gas

Busa

Krim, pasta

. 7

Aerosol

.

Debu, asap padat

8

Aerosol Cair

.

Gas

Awan kabut cair

1. Aerosol Sistem koloid dari partikel padat atau cair yang terdispersi dalam gas disebut aerosol. Jika zat yang terdispersi berupa zat padat, disebut aerosol padat; jika zat yang terdispersi berupa zat cair, disebut aerosol cair. Banyak produk dibuat dalam bentuk aerosol, seperti hair spray, obat nyamuk semprot, parfum, cat semprot, dan lain-lain. Untuk menghasilkan aerosol diperlukan suatu bahan pendorong (propelan aerosol). 2. Sol Sistem koloid dari pertikel padat yang terdispersi dalam zat cair disebut sol. Koloid jenis sol banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. 3. Emulsi Sistem koloid dari zat cair yang terdispersi dalam zat cair disebut emulsi. Syarat terjadinya emulsi ini adalah dua jenis zat cair itu tidak saling melarutkan. Emulsi dapat digolongkan kedalam dua bagian, yaitu emulsi minyak dalam air (M/A) dan emulsi air dalam minyak (A/M). 4. Buih Sistem koloid dari gas yang tedispersi dalam zat cair disebut buih. Seperti halnya dengan emulsi,untuk menstabilkan buih diperlukan zat pembuih. 5. Gel Koloid yang setengah kaku (antara padat dan cair) disebut gel.

SIFAT-SIFAT KOLOID 1. Efek Tyndall Efek Tyndall ialah gejala penghamburan berkas sinar (cahaya) oleh partikelpartikel koloid. Hal ini disebabkan karena ukuran molekul koloid yang cukup besar. Efek tyndall ini ditemukan oleh John Tyndall(1820-1893), seorang ahli fisika Inggris. Oleh karena itu sifat itu disebut efek tyndall. Efek tyndall adalah efek yang terjadi jika suatu larutan terkena sinar. Pada saat larutan sejati disinari dengan cahaya,maka larutan tersebut tidak akan menghamburkan cahaya, sedangkan pada sistem koloid, cahaya akan dihamburkan. hal itu terjadi karena partikel-partikel koloid mempunyai partikel-partikel yang relatif besar untuk dapat menghamburkan sinar tersebut.Sebaliknya, pada larutan sejati, partikelpartikelnya relatif kecil sehingga hamburan yang terjadi hanya sedikit dan sangat sulit diamati.

2. Gerak Brown Gerak

Brown

ialah

gerakan

partikel-partikel

koloid

yang

senantiasa bergerak lurus tapi tidak menentu (gerak acak/tidak beraturan). Jika kita amati koloid dibawah mikroskop ultra, maka kita akan melihat bahwa partikel-partikel tersebut akan bergerak membentuk zigzag. Pergerakan zigzag ini dinamakan gerak Brown. Partikel-partikel suatu zat senantiasa bergerak. Gerakan tersebut dapat bersifat acak seperti pada zat cair dan gas, atau hanya bervibrasi di tempat seperti pada zat padat. Untuk koloid dengan medium pendispersi zat cair atau gas, pergerakan partikel- partikel akan menghasilkan tumbukan dengan partikel-partikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut berlangsung dari segala

arah. Oleh karena ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan yang terjadi cenderung tidak seimbang. Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan perubahan arah gerak partikel sehingga terjadi gerak zigzag atau gerak Brown. Semakin kecil ukuran partikel koloid, semakin cepat gerak Brown terjadi. Demikian pula, semakin besar ukuran partikel koloid, semakin lambat gerak Brown yang terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak ditemukan dalam zat padat (suspensi). Gerak Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu sistem koloid, maka semakin

besar

energi

kinetik

yang

dimiliki

partikel-partikel

medium pendispersinya. Akibatnya, gerak Brown dari partikel-partikel fase terdispersinya semakin cepat. Demikian pula sebaliknya, semakin rendah suhu sistem koloid, maka gerak Brown semakin lambat.

3. Adsorpsi Adsorpsi ialah peristiwa penyerapan partikel atau ion atau senyawa lain pada permukaan partikel koloid yang disebabkan oleh luasnya permukaan partikel. (Catatan : Adsorpsi harus dibedakan dengan absorpsi yang artinya penyerapan yang terjadi di dalam suatu partikel). Sifat adsorbsi digunakan dalam proses: 1. Pemutihan gula tebu. 2. Norit. 3. Penjernihan air.

Contoh: - koloid antara obat diare dan cairan dalam usus yang akan menyerap kuman penyebab diare. - Koloid Fe(OH)3 akan mengadsorbsi ion H+ sehingga menjadi bermuatan +. Adanya muatan senama maka koloid Fe(OH), akan tolak-menolak sesamanya

sehingga

partikel-partikel

koloid

tidak

akan

saling

menggerombol.

4. Elektroforesis Elektroforesis adalah suatu proses untuk menghitung berpindahnya ion atau partikel koloid bermuatan dalam medium cair yang dipengaruhi oleh medan listrik. Yaitu, pergerakan partikel-partikel koloid dalam medan listrik ke masingmasing elektrode. Prinsip kerja elektroforesis digunakan untuk ihkan asap hasil industri dengan alat Cottrell. 5. Koagulasi Koagulasi adalah penggumpalan partikel koloid dan membentuk endapan. Dengan terjadinya koagulasi, berarti zat terdispersi tidak lagi membentuk koloid. Koloid akan mengalami koagulasi dengan cara: Mekanik Cara mekanik dilakukan dengan pemanasan, pendinginan atau pengadukan cepat. Kimia. Dengan penambahan elektrolit (asam, basa, atau garam). Contoh: susu, sirup masam-masam.

PROSES PEMBUATAN KOLOID 1. Cara Kondensasi Pembuatan sistem koloid dengan cara kondensasi dilakukan dengan cara penggumpalan partikel yang sangat kecil. Penggumpalan partikel ini dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut: a. Reaksi Pengendapan Pembuatan sistem koloid dengan cara ini dilakukan dengan mencampurkan larutan elektrolit sehingga menghasilkan endapan. Contoh: AgNO3 + NaCl —> AgCl(s) + NaNO3 b. Reaksi Hidrolisis Reaksi hidrolisis adalah reaksi suatu zat dengan air. Sistem koloid dapat dibuat dengan mereaksikan suatu zat dengan air. Contoh: AlCl3 +H2O —> Al(OH)3(s) + HCl c. Reaksi Redoks Pembuatan koloid dapat terbentuk dari hasil reaksi redoks. Contoh: pada larutan emas Reaksi: AuCl3 + HCOH —> Au + HCl + HCOOH Emas formaldehid d. Reaksi Pergeseran Contoh: pembuatan sol As2S3 dengan cara mengalirkan gas H2S ke dalam laruatn H3AsO3 encer pada suhu tertentu. Reaksi: 2 H3AsO3 + 3 H2S —> 6 H2O + As2S3 e. Reaksi Pergantian Pelarut

Contoh: pembuatan gel kalsium asetat dengan cara menambahkan alkohol 96% ke dalam larutan kalsium asetat jenuh.

2. Cara Dispersi Pembuatan sistem koloid dengan cara dispersi dilakukan dengan memperkecil partikel suspensi yang terlalu besar menjadi partikel koloid, pemecahan partikel-partikel kasar menjadi koloid. a. Cara Mekanik Ukuran partikel suspensi diperkecil dengan cara penggilingan zat padat, dengan menghaluskan butiran besar kemudian diaduk dalam medium pendispersi. Contoh: -Gumpalan

tawas

digiling,

dicampurkan

ke

dalam

air

akan

membentuk koloid dengan kotoran air. -Membuat tinta dengan menghaluskan karbon pada penggiling koloid kemudian didispersikan dalam air. -Membuat sol belerang dengan menghaluskan belerang bersama gula pada penggiling koloid, kemudian dilarutkan dalam air, gula akan larut dan belerang menjadi sol. b. Cara Peptisasi Pembuatan koloid dengan cara peptisasi adalah pembuatan koloid dengan menambahkan ion sejenis, sehingga partikel endapan akan dipecah. Contoh: 1. Sol Fe(OH)3 dengan menambahkan FeCl3. 2. Sol NiS dengan menambahkan H2S.

3. Karet dipeptisasi oleh bensin. 4. Agar-agar dipeptisasi oleh air. 5. Endapan Al(OH)3 dipeptisasi oleh AlCl3.

c. Cara Busur Bredia/Bredig Pembuatan koloid dengan cara busur Bredia/Bredig dilakukan dengan mencelupkan 2 kawat logam (elektroda) yang dialiri listrik ke dalam air, sehingga kawat logam akan membentuk partikel koloid berupa debu di dalam air. d. Cara Ultrasonik Yaitu penghancuran butiran besar dengan ultrasonik (frekuensi > 20.000 Hz).

Campuran homogen disebut larutan, contoh: larutan gula dalam air. Campuran heterogen dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu: Sistem koloid termasuk dalam bentuk campuran. Campuran terbagi menjadi 2, yaitu: 1. Suspensi, contoh: pasir dalam air. 2. Koloid, contoh: susu dengan air.

PEMANFAATAN KOLOID DALAM KEHIDUPAN SEHARI - HARI Sistem koloid banyak digunakan pada kehidupan sehari-hari. Hal ini disebabkan sifat karakteristik koloid yang penting, yaitu dapat digunakan untuk

mencampur zat-zat yang tidak dapat saling melarutkan secara homogen dan bersifat stabil untuk produksi dalam skala besar. Berikut ini adalah tabel aplikasi koloid : Jenis industry

Contoh aplikasi

Industri makanan

Keju, mentega, susu, saus salad

Industri kosmetika dan perawatan

Krim, pasta gigi, sabun

tubuh Industri cat

Cat

Industri kebutuhan rumah tangga

Sabun, deterjen

Industri pertanian

Peptisida dan insektisida

Industri farmasi

Minyak ikan, pensilin untuk Suntikan

1. Industri Kosmetik Bagi kalian para wanita, mungkin tak ada yang asing dengan kosmetik.Bahkan, saat ini kosmetik tidak hanya digunakan oleh kaum wanita saja, akan tetapi kaum pria pun mulai menggunakannya. Hal ini ditunjukkan dengan beragamnya kosmetik yang diperuntukkan khusus pria maupun khusus wanita.Dalam bidang kosmetik, kita sering menggunakan koloid dalam pelarut tertentu seperti pembersih muka, pewangi badan berbentuk spray,semprot rambut, jell untuk rambut, dan produk kosmetik lainnya. 2. Industri Tekstil

Pada proses pencelupan bahan (untuk pewarnaan) yang kurang baik daya serapnya terhadap zat warna dapat menggunakan zat warna koloid karena memiliki daya serap yang tinggi sehingga dapat melekat pada tekstil 3. Industri Farmasi Banyak obat-obatan yang dikemas dalam bentuk koloid agar stabil atau tidak mudah rusak. 4. industry detergen Sabun dan detergen merupakan emulgator untukmembentuk emulsi antara kotoran (minyak) dengan air, sehingga sabun dan detergen dapat ihkan kotoran, terutama kotoran dari minyak 5. industry makanan Makanan yang kita konsumsi sehari-hari ada yang berbentuk padatan ataupun cairan. Akan tetapi, terkadang beberapa makanan yang berbentuk padatan sulit untuk dicerna. Sehingga oleh pabrik, produkproduk makanan dibuat dalam bentuk koloid. Produk-produk makanan yang menggunakan sistem koloid antara lain kecap, saus,keju, mentega, dan krim

6. Pemutihan Gula Gula tebu yang masih berwarna dapat diputihkan. Dengan melarutkan gula ke dalam air, kemudian larutan dialirkan melalui sistem koloid tanah diatomae atau karbon. Partikel koloid akan mengadsorpsi zat warna tersebut. Partikelpartikel koloid tersebut mengadsorpsi zat warna dari gula tebu sehingga gula dapat berwarna putih.

7. Penggumpalan Darah Darah mengandung sejumlah koloid protein yang bermuatan negatif. Jika terjadi

luka, maka luka tersebut dapat diobati dengan pensil stiptik atau tawas

yang mengandung ion-ion Al3+ dan Fe3+. Ion-ion tersebut membantu agar partikel koloid di protein bersifat netral sehingga proses penggumpalan darah dapat lebih mudah dilakukan. 8. Penjernihan Air Air keran (PDAM) yang ada saat ini mengandung partikel-partikel koloid tanah liat,lumpur, dan berbagai partikel lainnya yang bermuatan negatif. Oleh karena itu, untuk menjadikannya layak untuk diminum, harus dilakukan beberapa langkah agar partikel koloid tersebut dapat dipisahkan. Hal itu dilakukan dengan cara menambahkan tawas (Al2SO4)3.Ion Al3+ yang terdapat pada tawas tersebut akan terhidroslisis membentuk partikel koloid Al(OH)3 yang bermuatan positif melalui reaksi: Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ Setelah itu, Al(OH)3 menghilangkan muatan-muatan negatif dari partikel koloid tanah liat/lumpur dan terjadi koagulasi pada lumpur. Lumpur tersebut kemudian mengendap bersama tawas yang juga mengendap karena pengaruh gravitasi. Berikut ini adalah skema proses penjernihan air secara lengkap: 9. Pembentukan delta di muara sungai Air sungai mengandung partikel-partikel koloid pasir dan tanah liat yang bermuatan negatif. Sedangkan air laut mengandung ion-ion Na+, Mg+2, dan Ca+2 yang bermuatan positif. Ketika air sungai bertemu di laut, maka ion-ion positif

dari air laut akan menetralkan muatan pasir dan tanah liat. Sehingga, terjadi koagulasi yang akan membentuk suatu delta. 10. Pengambilan endapan pengotor Gas atau udara yang dialirkan ke dalam suatu proses industri seringkali mengandung zat-zat pengotor berupa partikel-partikel koloid. Untuk memisahkan pengotor ini, digunakan alat pengendap elektrostatik yang pelat logamnya yang bermuatan akan digunakan untuk menarik partikel-partikel koloid. (#HF)

CONTOH PEMANFAATAN KOLOID

A. DALAM BIDANG INDUSTRI CAT

1. CAT Banyak industri menggunakan sistem koloid untuk menghasilkan produk yang diinginkan misalnya, pembuatan cat. Cat adalah suatu cairan yang dipakai untuk melapisi permukaan suatu bahan dengan tujuan memperindah (decorative), memperkuat (reinforcing) atau melindungi (protective) bahan tersebut. Setelah dikenakan pada permukaan dan mengering, cat akan membentuk lapisan tipis yang melekat kuat dan padat pada permukaan tersebut. Pelekatan cat ke permukaan dapat dilakukan dengan banyak cara: diusapkan (wiping), dilumurkan, dikuas, disemprotkan (spray), dicelupkan (dipping) atau dengan cara yang lain.

Cat adalah istilah umum yang digunakan untuk keluarga produk yang digunakan

untuk

melindungi

dan

memberikan warna pada

suatu objek ataupermukaan dengan melapisinya dengan lapisan berpigmen. Cat dapat digunakan pada hampir semua jenis objek, antara lain untuk menghasilkan karya industri (industrial

seni (olehpelukis untuk coating),

bantuan

membuat lukisan), salutan

pengemudi

(marka

jalan),

atau pengawet (untuk mencegah korosi atau kerusakan oleh air). Cat merupakan bahan yang digunakan untuk melindungi dan menambahkan warna pada permukaan objek dengan melapisinya menggunakan lapisan berpigmen.Pada dasarnya pembuatan cat menggunakan teknologi yang berkaitan dengan teknologi kimia organik dan kimia polimer. Prosesnya dengan memanfaatkan kimia antar permukaan, kimia koloid, elektrokimia dan petrokimia. Rancangan polimer untuk cat berupa komposit dengan persyaratn tinggi untuk mencapai tinggi untuk mencapai berbagai fungsi, sebagai aplikasi utama dari kimia polimer. Resin sintetis untuk cat berupa polimer yang dibuat dengan menggabung beberapa monomer untuk mencapai berbagai karakteristik. Ada banyak jenis resin seperti resin linier termoplastik, resin thermosetting yang dapat ditaut silang, resin tak jenuh, dan masih banyak lagi jenis yang lain. Yang diterapkan terutama teknologi sintetis resin, polimerisasi tambahan dan polimerisasi kondensasi, sementara teknologi polimerisasi baru lainnya saat ini banyal dikembangkan oleh para ahli kimia. Untuk mencapai mutu mendasar sebagai cat, yang sangat penting adalah berbagai faktor yang terkait dengan kimia antara cat dan substract, kadar basah (wettability) cat, adhesi dan absorpsi, serta reologi. Kurang lebih 75%

dari bahan utama cat seperti resin, aditif dan pelarut bergantung pada produk minyak bumi, sehingga petrokimia dan kimia organik sangat terkait erat dengan cat. Cat didefinisikan sebagai tebaran koloid dari pigmen dalam sarana (resin dan pelarut). Dengan demikian properti cat sangat tergantung pada ukuran partikel dan permukaan pigmen. Tebaran pigmen adalah proses untuk membasahi dan melepas partikel utama pigmen dan menebarkannya ke dalam sarana secara merata. Untuk menghindari koagulasi dan menjaga agar kondisi tetap stabil, yang sangat penting adalah kontrol yang didasarkan atas kimia koloid dan kimia antar permukaan. Berbagai properti cat, seperti fluiditas, kehalusan, kilap, kekuatan menyembunyikan dan stabilitas penyimpanan sangat dipengaruhi oleh penebaran pigmen ini.

Bahan-Bahan Penyusun Cat 1.

Resin Atau Binder

Resin atau binder merupakan komponen utama dalam cat. Resin berfungsi merekatkan komponen-komponen yang ada dan melekatkan keseluruhan bahan pada permukaan suatu bahan (membentuk film). Resin pada dasarnya adalah polymer dimana pada temperatur ruang bentuknya cair, bersifat lengket dan kental. Ada banyak jenis resin, seperti: Natural Oil, Alkyd, Nitro Cellulose, Polyester, Melamine, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Silicone, Fluorocarbon, Venyl, Cellolosic, dll. Resin dibagi berdasarkan mekanisme mengering atau mengerasnya (pembentukan film), yaitu :

a.

Penguapan Solvent (Lacquer dan Duco)

Mengering atau mengerasnya resin terjadi karena penguapan solvent yang ada. Bahan yang padat akan tertinggal dan menempel merata pada seluruh permukaan bahan yang dicat. Selama solventnya masih ada maka resin ini belum mengeras. Untuk mempercepat proses menguapnya solvent, biasanya dibantu dengan pemanasan. Resin jenis ini secara alamiah polymer-nya sudah cukup besar sehingga film yang terbentuk sekalipun tidak terjadi reaksi kimia sudah cukup kuat dan padat. Kecepatan mongering, kualitas rata dan kilap dari permukaan film sangat dipengaruhi oleh pemilihan jenis dan komposisi solventnya. Contoh resin jenis ini adalah Nitro Cellulosa (NC), Cellolose Acetate Butyrate (CAB), Chlorinated Rubber, Acrylic Co-polymer, dll

b.

Reaksi dengan Udara (Varnish dan Syntetic Enamel)

Mengering atau mengeras karena ada reaksi kimia antara komponen udara (oksigen atau air) dengan resin tersebut membentuk molekul-molekul baru yang lebih besar dan saling berikatan satu sama lain. Resin Alkyd atau Natural Oil (atau kombinasi keduanya) mempunyai ikatan rangkap (tak jenuh) dalam struktur molekulnya, oleh karenanya resin ini bersifat reaktif terhadap oksigen, namun pada

temperatur

ruang

raktifitasnya

masih

kurang,

perlu

ditingkatkan

reaktifitasnya dengan penambahan katalis (dryer) jika akan dipakai. Pada resin Prepolymer Polyisocyanate terjadi reaksi “ moisture cure” antara gugus fungsional yang reaktif dengan air (kelembaban) di udara. Ciri utama cat yang mempergunakan Resin jenis ini adalah akan mudah mengeras pada permukaannya (atau mengulit), bila kena udara (terbuka kalengnya cukup lama).

c.

Reaksi Polymerisasi

Campuran akan mengeras atau mengering karena terjadi reaksi kimia antara dua resin yang ada dalam campuran cat, reaksi ini sering disebut reaksi polymerisasi. Reaksi polymerisasi (baik kondensasi maupun addisi) dapat berlangsung karena adanya katalis, tanpa katalis (non katalis), panas atau radiasi UV. Hasil reaksinya adalah sebuah campuran polymer yang mempunyai berat molekul jauh lebih besar dan mempunyai ikatan tiga demensi (crosslink) yang jauh lebih kuat dibanding reaksi yang dijelaskan sebelumnya. Tanpa katalis Pada suhu ruang, dua pasang resin jenis ini sudah cukup reaktif untuk memulai reaksi, maka pasangan resin jenis ini harus dipisahkan satu sama lain sebelum dipakai, dicampur satu dengan lainnya jika hanya akan digunakan. Tergolong dalam jenis ini adalah resin Epoxy dengan Polyamide dan Polyol dengan Polyisocyanate. Resin kedua dalam pasangan tersebut, polyamide atau polyisocyanate biasa disebut sebagai “hardener”, karena setelah resin ini dicampurkan dengan pasangannya akan terjadi reaksi polymerisasi dimana hasilnya ditandai dengan mengerasnya campuran tersebut. Dengan Katalis, karena pasangan dua resin ini tidak cukup reactive, maka perlu ditambahkan katalis untuk memulai reaksinya. Resin jenis ini bisa dicampur dan disimpan dalam satu wadah satu dengan lainnya. Selama katalis belum dicampurkan maka tidak akan terjadi pengerasan pada bahan-bahan tersebut. Contoh resin ini adalah resin amino (melamine) dan alkyd polyol yang akan bereaksi atau mengeras bila ditambahkan katalis yaitu berupa asam organik atau anorganik.

Disamping katalis seperti sudah disebutkan di atas, panas juga biasa digunakan sebagai alat untuk mempercepat reaksi kimia. Contohnya adalah resin amino dan alkyd polyol yang dipakai pada cat jenis stoving (pangggang) pada catcat mobil. Beberapa resin tertentu, seperti: Polyester tidak jenuh, bisa bereaksi satu dengan yang lain bila diradiasi dengan sinar UV. Pengeringan dan pengerasan terjadi setelah campuran resin dikenai sinar UV. Setiap jenis resin mempunyai banyak sekali type dan turunanya, bahkan kombinasi antara satu resin dengan resin yang lain juga menambah perbendaharaan jenis resin baru. Daya tahan, kekuatan dan karakter cat secara keseluruhan sangat dipengaruhi oleh jenis resin yang dipakai. Pemilihan resin yang dipakai sangat dipengaruhi oleh banyak pertimbangan diantaranya adalah sebagai berikut: 

Pemakaian, jika akan digunakan dengan kuas maka sebaiknya dipakai

resin yang secara alami encer dan agak lambat keringnya. Resin yang cocok adalah alkyd dengan kadar oil yang cukup banyak (alkyd long oil). Resin dengan kekentalan tinggi dan cepat kering sangat tidak cocok dipakai untuk pemakain dengan kuas, akan menimbulkan permukaan yang tidak rata setelah cat kering. Begitu juga resin yang encer dan lambat kering sangat tidak cocok untuk pemakaian dengan spray pada permukaan vertical. 

Kekuatan, jika dibutuhkan cat dengan daya tahan tinggi terhadap sinar

matahari, maka resin yang tepat adalah Acrylic atau Polyurethane, namun jika dibutuhkan cat dengan kekuatan tinggi terhadap kimia, gesekan, benturan, dll namun untuk pemakian di dalam, maka resin Epoxy adalah jawabannya.



Dan pertimbangan-pertimbangan yang lain seperti ongkos/harga, substrat

(permukaan bahan yang akan di cat), lingkungan (berair, kering, korosif,…), dan lain-lain.

2.

Pigment Dan Extender (Filler)

Pigment dan dyestuff adalah bagian dari colorant. Dyestuff bersifat larut dalam solvent, sedang pigment tidak. Pigment merupakan padatan halus (bubuk) yang ditambahkan ke dalam cat dengan beberapa fungsi berikut: a. OPTIS. Memberi karakter khas pada penampakan cat tersebut, seperti: warna, derajat kilap (gloss) maupun daya tutupnya. b. PROTECTIVE. Memberi nilai tambah pada karakter kekutan cat tersebut, seperti: kekuatan terhadap cuaca, korosi, panas atau api, dll. c. REINFORCING. Meningkatkan sifat, seperti meningkatkan kekerasan, kelenturan, daya tahan terhadap abrasi, dll.

Kekuatan, daya tahan dan sifat-sifat lain yang diinginkan dari cat dapat dibentuk atau diciptakan dengan menambahkan pigment yang tepat dan konsentrasi yang sesuai. Untuk memilih pigment yang tepat dan benar perlu dipelajari sifat-sifat umum dari pigment itu sendiri. Sifat-sifat pigment tersebut adalah: 

Warna dasar



Bentuk dan ukuran partikel



Berat jenis, density atau specific gravity



Oil absorption



Hiding power (refractive index)



Daya tahan terhadap panas dan asam basa



PH



Muatan Listrik



Bleeding

Secara umum pigment terbagi dalam dua kategori besar berikut: PIGMENT ORGANIK. Pigment yang terbentuk dari senyawa-senyawa organic (karbon). PIGMENT ANORGANIK. Terbentuk dari mineral-mineral atau garam-garaman logam yang terbentuk secara alami (bahan galian) ataupun dari hasil reaksi kimia di pabrik. Pada jenis ini dikenal true pigment (atau disebut sebagai pigment saja) dan extender atau filler. Pigment anorganik mempunyai daya tahan solvent, kimia, daya tutup, kemudahan terdispersi, stabilitas terhadap panas, cahaya dan cuaca yang lebih bagus dibanding pigment organic. Namun dalam kecerahan dan tinting strength, pigment organic umumnya lebih bagus dibanding anorganik. Extender atau filler ditambahkan ke dalam cat dengan tujuan untuk menurunkan harga, namun dalam hal tertentu extender ditambahkan untuk memberbaiki sifat cat. Extender umumnya mempunyai refractive index yang kecil (atau rendah daya tutupnya) dibanding pigment.

3.

Solvent

Seperti sudah dijelaskan dalam bagian sebelumnya bahwa masing-masing komponen penyususun cat mempunyai fungsi dan peran yang berbeda-beda. Resin membentuk film dan memberi kontribusi terhadap karakter film yang terbentuk, sedang pigment disamping memberi warna juga berfungsi menambah kekuatan mekanis film. Sekalipun setelah pemakaian solvent akan terbuang ke lingkungan dan tidak menjadi bagian dari lapisan cat, namun peran solvent selama proses pembuatan, penyimpanan dan pemakaian cat, memperlihatkan peran yang dominan dibanding komponen lainnya. Pada saat pembuatan cat, solvent memberi kontribusi sedemikian rupa sehingga campuran mempunyai kekentalan yang pas untuk diproses: diaduk, dicampur, digiling dan lain-lain. Dengan penambahan solvent yang tepat dan cukup akan menurunkan kekentalan dari resin atau campuran pada suatu titik dimana kekentalannya memenuhi syarat untuk masingmasing proses. Demikian halnya pada saat pemakaian cat, dengan penambahan jenis solvent yang tepat dan dengan takaran pas, maka cat bisa dikuas, dispray atau dilumurkan dengan mudah pada obyek yang akan dicat. Komposi solvent yang tepat juga memberi pengaruh optimal pula pada mekanisme penguapan dari solvent-solvent yang ada, sehingga akan membentuk film yang maksimal karakteristiknya, baik textur permukaannya, sifat kilapnya maupun kecepatan keringnya. Cat merupakan sebuah system campuran yang kompleks, ada padatan (solute) yang terlarut atau terdispersi dalam pelarut cair (solvent), ada juga cairan (solvent active) yang terlarut dalam cairan lain (diluent). Jadi definisi solvent adalah cairan (biasanya mudah menguap) yang berperan melarutkan atau

mendispersi komponen-komponen pembentuk film (resin, pigment dan/atau additive) yang akan menguap terbuang ke lingkungan selama proses pengeringan. Membicarakan solvent tidak bisa lepas dari thinner, karena keduanya saling berkaitan satu dengan yang lain. Thinner adalah campuran beberapa solvent yang dipakai untuk melarutkan resin di dalam cat atau mengencerkan cat selama penggunaan. Di dalam prakteknya resin atau cat dilarutkan oleh tidak hanya satu jenis solvent , tetapi oleh beberapa macam kategori solvent. Bagaimana dengan cat water base, solvent dan thinner-nya adalah setali tiga uang atau sama saja, yaitu air.

4.

Additive

Disamping ke tiga komponen yaitu resin, pigment dan solvent, ada beberapa komponen lain yang ditambahkan dalam jumlah sangat sedikit ke dalam cat. Komponen-komponen ini, sekalipun ditambahkan dalam jumlah sedikit, namun memberi kontribusi yang sangat besar terhadap sifat cat, sehingga cat dapat diproses, disimpan dan dipakai seperti harapan kita. Penambahan additive yang ada dalam cat tidaklah serta merta muncul begitu saja, merupakan suatu proses panjang dari beberapa percobaan atau riset pada cat tersebut. Selama proses pembuatan, penyimpanan dan pemakaian dinilai kualitasnya secara menyeluruh, kemudian kelemahan dan masalah yang timbul dicoba untuk diatasi dengan variasi jenis dan takaran beberapa additive, hingga akhirnya muncul nama jenis dan takaran additive tertentu yang pas untuk campuran cat tersebut. Additive ditambahkan ke dalam cat disesuaikan dengan solvent apa yang dipakai (solvent atau water base), apa jenis resinnya, bagaimana pemakaiannya dan bagaimana

mekanisme pengeringannya. Setiap supplier additive biasanya memberi informasi yang jelas tentang apa dan bagaimana additive harus digunakan. Additive biasanya dibagi berdasarkan fungsinya. Berikut ini adalah beberapa additive yang biasa dipakai dalam industri cat, diantaranya : a. Wetting Agent. Mempermudah atau mempercepat proses penggantian udara dan air oleh resin pada permukaan pigment atau extender. b. Dispersing Agent. Mempermudah distribusi pigment dan extender ke dalam cairan resin. c. Anti Skinning Agent. Mencegah proses pengulitan pada permukaan cat (oil atau alkyd base resin) selama penyimpanan. d. Thickening Agent. Mempertahankan kekentalan cat atau melindungi cat selalu dalam kondisi koloid. e. Anti Settling Agent. Mempertahankan pigment selalu berada pada kondisi dispersi yang stabil dalam campuran, sehingga tidak mengendap. f. Anti Sagging. Mencegah turunnya atau melelehnya cat jika dipakai pada permukaan tegak. g. Anti Foaming. Mencegah atau menghilangkan timbulnya busa pada permukaan cat. h. Anti Flooding and Foating. Mencegah pemisahan pigment baik secara vertikal maupun horizontal. i. Anti Fungus. Mencegah timbulnya jamur.

CARA PEMBUATAN CAT

1. Persiapan Pada tahap ini dimulai dengan mempersiapkan bahan-bahan baku sesuai dengan formula atau resep cat yang akan dibuat. Bahan-bahan diambil dari gudang yang sudah teruji kualitasnya, tidak kedaluwarsa dan tidak pula cacat atau rusak baik fisik maupun kimia (yang ditandai dengan adanya perubahan bau, warna, bentuk, atau kekentalan pada bahan tersebut). Mengukur bahan yang akan diproses, bisa dilakukan dengan cara ditimbang beratnya atau diukur volumenya, tergantung dengan basis apa yang digunakan dalam formula atau resepnya. Ketelitian dan keakuratan penimbangan merupakan faktor penting terhadap hasil akhir pembuatan cat, terutama pada penimbangan additive atau pigment. Bahanbahan tersebut kemudian diangkut ke area produksi, bisa dilakukan dengan tenaga manusia biasa, forklif atau melalui sistim pemipaan (untuk bahan cair).

2. Produksi Proses produksi cat dibagi menurut jenis cat yang akan dibuat: Cat Tanpa Pigment, Extender atau Filler Pembuatannya hanya melibatkan proses penuangan, mixing dan stiring saja, yaitu menuang bahan-bahan dengan urutan dan cara sesuai dengan jenis cat yang akan dibuat ke dalam sebuah tangki dengan ukuran pas. Kemudian mencampur bahan-bahan dengan putaran mixer relatif pelan, hingga diperoleh

suatu

campuran yang benar-benar merata di semua titik. Waktu stiring dan kecepatan

mixer disesuikan dengan jumlah dan kekentalan campuran. Perlakuan seperti ini juga dipakai untuk membuat thinner, hardener, wood stain (solvent + dyestuff) atau campuran bahan lain yang tidak mengandung pigment atau extender asli (padatan). Namun jika pigment atau extender-nya sudah diproses menjadi bahan setengah jadi (pasta) terlebih dulu, maka bahan atau campuran ini bisa diproses seperti tersebut di atas. Cat Dengan Pigment dan/atau Extender. Proses pembuatan cat jenis ini juga dibagi berdasarkan pada seberapa halus padatan (pigment atau extender) terdispersi di dalam campuran. Jika diinginkan padatan terdispersi secara kasar (dengan kehalusan antara 20 – 50 mikron), maka proses yang dibutuhkan adalah cukup dengan proses dispersi saja; namun jika dikehendaki padatan terdispersi secara halus (5 – 20 micron) maka diperlukan proses penggilingan partikel padat dalam mesin giling. Contoh jenis cat yang dibuat cukup dengan proses dispersi saja adalah dempul atau filler, cat primer, undercoat, intermediate atau tembok dimana kehalusan partikel bukan merupakan sifat yang harus dicapai. 3. Proses Dispersi Tahapan dispersi meliputi: 

Proses pembasahan permukaan partikel-partikel pigment dan/atau extender oleh bahan-bahan cair (millbase).



Proses pemecahan secara mekanis terhadap kelompok-kolompok partikel pigment dan/extender menjadi kelompok-kelompok yang lebih kecil atau partikel-partikel primernya sesuai dengan derajad kehalusan yang dikehendaki.



Mempertahan agar supaya kelompok-kelompok partikel yang lebih kecil atau partikel-partikel primer ini tetap terpisah satu sama lain, tidak bersatu kembali.

Proses dispersi akan mendapatkan hasil optimal bila prinsip-prinsip dispersinya terpenuhi. Adapun prinsip-prinsip dispersi yang perlu mendapat perhatian adalah kecepatan peripheral campuran, bentuk cakram, diameter cakram terhadap tangki, tinggi cakram dari dasar tangki, diameter tangki, tinggi tangki dan perbandingan padatan dan cairan campuran (kadar padatan = PVC) serta penambahan secara tepat additive wetting dan dispersingnya. Jika kondisi ideal terpenuhi, maka akan terbentuk sebuah aliran yang menyerupai donat, terbentuk “doughnut effect”. Pada kondisi ini diperoleh proses dispersi yang optimal. 4. Penggilingan Dengan hanya dispersi, kita belum mendapatkan kehalusan partikel lebih rendah dari 20 mikron, yaitu ukuran rata-rata partikel primer dari pigment dan/atau extender. Untuk itu diperlukan sebuah tahap lanjutan dimana ikatan fisik partikel-partikel pigment akan dipecahkan lebih lanjut menjadi patikel-partikel yang lebih kecil lagi. Tahapan ini disebut penggilingan. Untuk memudahkan dalam pembuatan cat; biasanya pigmen, extender, sebagian resin dan additive digiling terlebih dahulu untuk dibuat pasta (bahan setengah jadi). Pasta ini bisa disimpan dalam gudang atau langsung diproses untuk dibuat cat, yaitu hanya dengan proses mixing biasa, seperti dijelaskan pada proses pembuatan cat tanpa pigment di atas. Alat dan prinsip penggilingan bermacam-macam, diantaranya adalah:



Melewatkan millbase diantara dua buah atau lebih silinder yang

berhimpitan satu dengan lainnya, dimana jarak diantara dua buah silinder ini bisa diatur sesuai dengan derajad kehalusan yang diinginkan. Contoh dari alat ini adalah Triple roll Mill. 

Melewatkan secara vertical atau horizontal millbase ke dalam mesin giling

yang terdiri dari agitator dan banyak glass bead di dalamnya. Di dalam silinder giling, glass bead bersama dengan millbase akan diputar oleh agitator pada kecepatan tertentu, menyebabkan pigment-pigment secara mekanis akan terpecah karena tertumbuk oleh glass bead secara terus menerus. Millbase melalui saringan akan keluar, sedangkan glass bead akan tetap tertahan di dalam silinder giling. Sekalipun glass bead terbuat dari bahan yang keras dan kuat, pada akhirnya juga akan terpecah, ini akan menyebabkan proses penggilingan akan menurun performance-nya dan glass bead harus diganti dengan yang baru. kecepatan putar agitator, kekentalan, kadar padatan dan waktu tinggal millbase di dalam mesin adalah faktor-faktor yang mempengaruhi efektifitasnya proses penggilingan. Jika satu tahap proses penggilingan belum mencapai hasil yang diinginkan, millbase biasanya dikembalikan lagi ke dalam mesin, dilakukan bisa berkali-kali hingga diperoleh derajad kehalusan yang diinginkan. 5. Penyelesaian Seperti sudah dijelaskan bahwa proses pembuatan cat dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu proses yang melibatkan dispersi dan/atau penggilingan dan proses yang hanya melibatkan proses mixing saja. Tahap akhir dari kedua proses ini juga berbeda, pada proses yang melibatkan dispersi dan/atau penggilingan pigment, maka mengukur derajad kehalusan dari partikel-partikelnya adalah tahap

yang penting guna mengakhiri proses tersebut. Sedang proses lain, yang hanya melibatkan proses mixing, maka untuk melihat seberapa jauh campuran sudah tercampur sempurna dan sesuai komposisi yang ditentukan, cukup mengukur kekentalan atau viskositas campuran tersebut. Namun bila campuran tersebut mengandung beberapa jenis pasta, maka menyamakan warna (colour matching) campuran cat secara kasar perlu dilakukan, agar campuran tidak terlalu jauh berbeda dengan warna standardnya. Kedua tahapan ini biasanya disebut uji kualitas pendahuluan, yaitu tahapan antara sebelum cat diuji secara seksama pada tahap paling akhir dari proses pembuatan cat, yaitu tahap pengujian kualitas cat. 6. Proses Pembuatan Cat Secara Umum Proses produksi cat melalui beberapa proses, yaitu pre-mixing, grinding, letdown, filtering, color matching, dan packaging. Pre-mixing yaitu proses pencampuran awal dimana bagian padat dari cat seperti pigmen dan extender/filler didispersikan ke pelarutnya dengan tambahan aditif yang sesuai seperti dispersing agent dan wetting agent. Pada proses grinding partikel-partikel pigmen dihaluskan dengan mesin giling/grinder agar ukuran partikel menjadi lebih kecil dan diperoleh kehalusan dan warna yang diinginkan. Kemudian selanjutnya adalah proses finishing yang meliputi let-down, filtering, color matching sampai packaging. Pada proses ini cat diatur kekentalannya, ditambahkan zat aditif, disaring dari kotoran saat pengadukan, disesuaikan dan dipilah-pilah warnanya, dan pada akhirnya di kemas.

B. JENIS-JENIS CAT Jenis-jenis cat diantaranya :

a. Berdasarkan fungsi : Cat dempul (filler), anti karat (anti corrosion), anti jamur (anti fungus), tahan api, tahan panas (heat resistance), anti bocor (water proofing), decorative, protective, heavy duty, industrial dll. b. Berdasarkan Methode Pengecatan : Cat kuas, spray, celup, wiping, elektrostatik, roll, dll. c. Berdasarkan letak pemakaian : Cat Primer (sebagai dasar), undercoat, intermediate (ditengah-tengah), top coat/finishing (pada permukaan paling atas dari beberapa lapisan cat), interior (di dalam tidak terkena secara langsung sinar matahari) dan exterior (di luar), dll. d. Berdasarkan jenis substrat : Cat besi (metal protective), lantai (flooring systems), kayu (wood finishing), beton (concrete paint), kapal (marine paint), mobil (automotive paint, plastik, kulit, tembok, dll. e.

Berdasarkan kondisi dan bentuk campuran : Cat pasta, ready-mixed, emulsi, aerosol, dll.

f.

Berdasarkan mekanisme pengeringan : Cat kering udara (varnish dan syntetic enamel), cat stoving (panggang), cat UV curing, cat penguapan solvent (lacquer dan duco), dll.