TUGAS PROSES INDUSTRI KIMIA ANORGANIK

Makalah Cat

Disusun oleh: Kelompok 4:Ari Agusta Ananda (2014437025)Ilman Nulhakim (2014437044)Imadudin (2013437120)Tri Bagus Irawanto (2014437067)

FAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK KIMIAUNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA2014BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Industri cat adalah salah satu industri tertua di dunia. Sekitar 20.000 tahun lalu, manusia yang hidup di gua-gua menggunakan cat untuk kegiatan komunikasi, dekorasi dan proteksi. Mereka menggunakan metrial-material yang tersedia di alam seperti arang (karbon), darah, susu, dan sadapan dari tanaman-tanaman yang memiliki warna yang menarik. Yang mengejutkan, cat-cat ini mempunyai keawetan yang baik, seperti yang ditunjukkan pada lukisan gua di Altamira Spanyol, Lascaux Spanyol, cat batu orang Aborigin di Arnhem Land Australia, dan lukisan-lukisan prasejarah lainnya yang ditemukan.Orang-orang Mesir kuno mengembangkan cat menjadi lebih kaya warna, mereka menemukan cat warna biru, merah, dan hitam dengan mengambilnya dari akar tanaman tertentu. Kemudian orang-orang Mesir itu menemukan kasein sebagai perekatnya. Seiring dengan waktu, manusia mulai menemukan minyak tanaman dan resin dari fosil untuk mengganti darah dan susu sebagai perekat cat. Saat ini walaupun telah ditemukan perekat/resin yang semakin baik dengan berkembangnya teknologi kimia, resin-resin natural hingga kini masih banyak dipakai.Salah satu cara meningkatkan nilai tambah suatu bahan adalah dengan melapisi permukaan bahan tersebut dengan bahan lain yang lebih lebih tinggi nilainya. Pengetahuan tentang pelapisan permukaan bahan, secara umum dikenal sebagai surface coating knowledge. Bagian ini meliputi: metal coating (electro coating, galvanizing), plastic coating, paper coating, powder coating dan tentang cat itu sendiri. Jadi cat merupakan bagian kecil dari sebuah ilmu yang jauh lebih besar, yaitu ilmu tentang surface coating.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 atau permukaan dengan melapisinya dengan lapisan berpigmen. Cat dapat digunakan pada hampir semua jenis objek, antara lain untuk menghasilkan karya seni (oleh pelukis untuk membuat lukisan), salutan industri (industrial coating), bantuan pengemudi (marka jalan), atau pengawet (untuk mencegah korosi atau kerusakan oleh air)

1.2.Rumusan MasalahPemicu 1:Sebuah pabrik cat sedang mengalami masalah, cat yang dihasilkan lebih sedikit dari biasanya. Pabrik ini juga sedang mencoba thinner yang baru. Lele dan Angga sedang kerja praktek disana, diminta untuk menyelesaikan masalah tersebut menggunakan Rule of Thumb of Chemical Engineering.

BAB IIPEMBAHASAN

Proses Pembuatan CatTahapan pembuatan cat sangat dipengaruhi oleh seberapa canggih teknologi yang dipakai untuk menunjang pembuatan cat tersebut, makin canggih tinggi teknologi yang dipakai maka makin singkat dan mudah proses pembuatan catnya.a.PersiapanPada 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. Bahan-bahan tersebut kemudian diangkut ke area produksi, bisa dilakukan dengan tenaga manusia biasa, forklif atau melalui sistim pemipaan (untuk bahan cair).

b. ProduksiProses produksi cat dibagi menurut jenis cat yang akan dibuat:1) Cat Tanpa Pigment, Extender atau FillerPembuatannya 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 tinner, 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.

Gambar 1. Macam-macam Pigment cat

2) Cat Dengan Pigment dan/atau ExtenderProses 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 mikro), maka proses yang dibutuhkan adalah cukup dengan proses dispersi saja; namun jika dikehendaki padatan terdispersi secara halus (5 20 mikro) 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.

Gambar 2. Mixing cat

3) Proses DispersiTahapan dispersi merliputi:a)Proses pembasahan permukaan partikel-partikel pigment dan/atau extender oleh bahan-bahan cair (millbase).b)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.c)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.

Gambar 3. Triple Roll Mill4) PenggilinganDengan hanya dispersi, kita belum mendapatkan kehalusan partikel lebih rendah dari 20 mikro, 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 pigment, 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:a) Melewatkan millbase diantara dua buah atau lebih silinder yang berhimpitan satu dengan lainnya, dimana jarak diantara dua buah silinder ini bisa diatur sesuai dengan derajat kehalusan yang diinginkan. Contoh dari alat ini adalah Triple roll Mill.b) 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.

Gambar 4. Sand Mill

c. PenyelesaianSeperti sudah dijelaskan pada bagian di atas 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. Bahan- Bahan Pembentuk Cat1. Binder (pengikat)Binder merupakan bahan pelapis yang merekatkan partikel-partikel pewarna (pigment) ataupun pengisi (exenter). Binder ini berupa resin dan resin adalah senyawa polimer. Banyak sekali jenis binder yang dapat dikreasikan pada cat sesuai dengan perkembangan penemuan berbagai polimer, mulai dari jenis bitumen, drying oil (terbuat dari minyak kacang), alkyd, acrylic, chlorinated rubber, vinyl, epoxy, polyurethane, silicon resin dan masih banyak lagi. Terkadang binder-binder ini dikombinasikan untuk mengurangi kekurangan masing-masing sehingga mendapatkan hasil yang lebih baik.Pengkombinasian binder dapat secara fisika seperti Alkyd yang dikombinasi melamin atau nitro selulosa. Kombinasi binder bisa juga secara kimia dengan istilah chemical modified misalnya Alkyd urethane. Akhir-akhir ini berkembang binder-binder yang merupakan hybrida misalnya cat epoxy yang mengandalkan reaksi antara senyawa epoxida dengan senyawa amida maupun amina dihybrid dengan menambahkan gugus hydroxyl pada rantai carbonnya sehingga bisa juga disenyawakan dengan gugus isosianat menjadi senyawa urethan. Atau epoxy yang mengandung senyawa siloksan. Pengkreasian senyawa senyawa hybrida ini banyak dikembangkan sehingga ditemukan bahan-bahan untuk spesial coating seperti untuk metal repair, under water coating, coating yang tahan kimia dan lain-lain.

2. Pigment & Extender (pewarna & pengisi)Pigmenadalah bahan pembentuk warna yang dicampurkan pada binder membentuk suatu dispersi yang stabil, sehingga dapat memberikan efek estetika seperti warna serta daya tutup (opacity). Sedangkan yang tidak memberi efek warna maupun daya tutup, tetapi memiliki sifat yang spesifik, biasanya digolongkan kedalam extender. Extender ini memegang peranan penting juga, karena dapat memberikan efek pada sifat-sifat lapisan cat seperti pada kekerasan, menurunkan glossy, sebagai inhibitor pada proses reaksi korosi dan lain-lain. Sedangkan cat yang tidak mengandung pigmen biasanya disebut varnis.Pigmen bisa didapat dari alam berupa bahan tambang dan merupakan senyawa anorganik ataupun dibuat secara sintetik baik senyawa organik maupun anorganik. Pigmen dari senyawa anorganik memiliki warna yang tidak mencolok tetapi pemiliki daya tutup yang lebih kuat serta ketahanan terhadap cuaca biasanya lebih baik. Pigmen organik memiliki warna yang cerah dan mencolok, tetapi biasanya daya tutup lebih rendah begitu juga ketahanan terhadap cuaca. Jadi dalam hal memilih pigmen, diperhatikan warna apa yang bisa didapat, seberapa mudah dia didispersikan dalam binder, seberapa tahan terhadap pengaruh cuaca, seberapa kuat daya tutupnya dan seberapa kuat kekuatan pewarnaannya (tinting strength). Ini dipengaruhi oleh seberapa besar ukuran partikel, bentuk, muatan dan kemurnian partikel.Idealnya cat hanyalah dispersi Pigmen didalam binder dan inilah yang terdapat pada lapisan cat setelah kering. Tetapi pada saat akan diproduksi atau diaplikasikan bisa terjadi kesulitan, sehingga dibutuhkan bahan pelarut atau pengencer untuk mempermudah pencampuran maupun aplikasinyaBanyak jenis pigmen merupakan bahan berbahaya yaitu: Lead chromate: digunakan untuk memberi warna hijau, kuning dan merah; dapat menyebabkan kerusakan sistem saraf pusat. Kromium: memberikan warna hijau, kuning dan oranye; dapat menyebabkan kanker paru dan iritasi kulit, hidung dan saluran napas atas. Kadmium: memberi warna hijau, kuning, oranye dan merah; dapat menyebabkan kanker paru.

3. Solvent (pelarut)Pemilihan pelaruttergantung pada polaritas dari binder, biasanya yang polar larut pada pelarut polar dan non polar larut pada pelarut non polar. Berdasarkan ini cat dibagi menjadi dua yaitu barbasis air, menggunakan binder-binder yang diemulsikan didalam air (water base) dan cat yang berbasis pelarut organik (solvent base). Pelarut organik bisa terdiri dari senyawa alifatik hidrokarbon seperti Mineral spirite, SMT, SBP. Senyawa aromatik hidrokarbon seperti Toluen, xylen. Senyawa alkohol seperti metanol, etanol, butanol. Senyawa keton seperti aseton, etil metil keton, metil isobutil keton. Senyawa ester seperti butil asetat, amil asetat, celosolve asetat, dowanol PMA. Juga senyawa eter seperti oxitol, dowanol PM.Pada cat lebih sering pelarut merupakan campuran dari berbagai senyawa diatas dan akan dibuang ke udara pada proses pengeringan lapisan dan menjadi polutant di udara. Di dunia ini bisa berjuta liter tiap harinya solvent yang dibuang ke udara. Sehingga untuk alasan keselamatan lingkungan perancangan cat berlomba untuk mendapatkan rancangan cat berbasis air seperti acrylic water base seperti yang sudah biasa digunakan pada cat tembok, alkyd, epoxy, polyurethane yang diemulsikan dalam air. Ada juga yang merancang cat yang bebas dari pelarut atau seratus persen padatan yang terbuat dari binder epoxy, poliester atau poliuretan. Cat tanpa pelarut inilah yang dibuat dalam perancangan ini.

4. Aditive (penolong)Aditiveadalah bahan yang diperlukan untuk mengatasi kekurangan atau kelemahan pada cat. Sebagai contoh pada saat pigmen didispersikan di dalam binder maka ditambahkan juga kedalamnya dispersing agent sehingga partikel dengan mudah terpecah dan tersebar secara merata dan partikel-pertikel tersebut tidak saling berikatan kembali yang menyebabkan terjadinya flockulasi. Bahan pengental juga diperlukan agar dispersi bisa lebih stabil, pengendapan partikel (setling) dihambat dan pada saat cat diaplikasi tidak terjadi pelelehan (saging) dari lapisan. Anti foam diperlukan untuk mencegah timbulnya busa akibat pengadukan pada saat cat dibuat maupun pada saat cat diaplikasi. Katalisator untuk mempercepat terjadinya reaksi sambung silang saat proses pengeringan atau saat penyimpanan ditambahkan juga anti oksidan yang menghambat terjadinya pengeringan pada permukaan cat (skining) dan bioside agar cat tidak membusuk. Bioside juga bisa ditambahkan untuk mencegah tumbuhnya mikroba pada lapisan. Ada juga bahan aditive yang dimaksudkan untuk membantu daya alir dari cat sehigga permukaan lapisan menjadi lebih merata. Turunan-turunan dari mineral spiritus, lesitin, siloxan, wax, garam dari asam lemak dan lain-lain dikreasikan menjadi bahan-bahan aditive..