PENELITIAN EFEKTIFITAS PENAMBAHAN KATALIS DIBUTYLTIN DILAURATE (DBTDL) PADA APLIKASI CAT ACRYLIC BERBASIS SOLVENT
Oleh: Ir. Parulian Leonard Marpaung, MM Deni Martinus
Abstrak Cat adalah sesuatu yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Dimana pun kita berada kita pasti menemukan cat yang sudah melekat pada benda di sekitar kita. Cat merupakan suatu cairan yang dipakai untuk melapisi permukaan suatu bahan dengan tujuan memperindah (decorative), memperkuat (reinforcing) atau melindungi (protective) bahan tersebut. Jenis cat pun beraneka ragam sesuai tujuan aplikasinya dan komponen cat itu sendiri. Cat acrylic adalah salah satu jenis cat yang banyak digunakan di bidang otomotif. Cat acrylic menghasilkan suatu lapisan film yang khas yaitu dengan penampilan yang lebih gloss yang banyak disukai oleh kebanyakan orang. Lapisan film cat terbentuk karena terjadi teaksi antara polyol dan isocyanate membentuk polyurethane. Agar reaksi berlangsung lebih cepat maka penambahan suatu katalis diperlukan, misalnya Dibutyltin Dilaurate (DBTDL) yaitu salah satu jenis katalis
organologam yang banyak digunakan sebagai katalis untuk isosianat/reaksi hidroksil. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui konsentrasi penambahan katalis DBTDL yang tepat atau efektif pada aplikasi cat acrylic berbasis solvent untuk mendapakan hasil yang optimum baik dari segi waktu pengeringan cat maupun segi kualitas lapisan film melalui pengujian gloss (daya kilap) dan hardness(kekerasan). Kata Kunci: Katalis, Polyol, Isocyanate, Polyurethane, Gloss, Hardness
hidup di gua-gua menggunakan cat untuk kegiatan komunikasi, dekorasi
1. PENDAHULUAN
dan proteksi. Mereka menggunakan metrial-material yang tersedia di
Industri cat adalah salah satu
alam seperti arang (karbon), darah,
industri tertua di dunia. Sekitar
susu, dan sadapan dari tanaman-
20.000 tahun lalu, manusia yang 8
tanaman yang memiliki warna yang
pada hampir semua jenis objek,
menarik. Yang mengejutkan, cat-cat
antara lain untuk menghasilkan karya
ini mempunyai keawetan yang baik,
seni (oleh pelukis untuk membuat
seperti
pada
lukisan), salutan industri (industrial
lukisan gua di Altamira Spanyol,
coating), bantuan pengemudi (marka
Lascaux Spanyol, cat batu orang
jalan),
Aborigin di Arnhem Land Australia,
mencegah korosi atau kerusakan oleh
dan
air). Cat berisi bahan kandungan cat
yang
ditunjukkan
lukisan-lukisan
prasejarah
atau
dan
cara
tambah
campuran zat kimia padat dengan
suatu bahan adalah dengan melapisi
medium cair, digunakan sebagai
permukaan bahan tersebut dengan
lapisan
bahan lain yang lebih lebih tinggi
permukaan; akan mengering dengan
nilainya.
oksidasi, polimerisasi dan evaporasi.
nilai
Pengetahuan
tentang
pewarna
(untuk
lainnya yang ditemukan. Salah satu meningkatkan
bahan
pengawet
proteksi
atau
dekorasi
pelapisan permukaan bahan, secara
Penambahan suatu
umum
dikenal
campuran cat akan mempercepat
coating
knowledge.
sebagai surface
meliputi: metal
Bagian
ini
coating (electro
coating,
galvanizing)
coating,
paper
katalis
berupa
dalam
waktu proses pengeringan cat yang telah
diapikasi
plastic
coating,
powder
memberikan perbedaan hasil yang
coating dan tentang cat itu sendiri.
signifikan pada aplikasi cat tersebut.
Jadi cat merupakan bagian kecil dari
Sehingga penambahan suatu katalis
sebuah ilmu yang jauh lebih besar,
menjadi hal yang juga dibutuhkan
yaitu ilmu tentang surface coating.
dalam pengaplikasian cat agar lebih
Cat
efektif
istilah
umum
yang
substrat,
suatu
,
adalah
permukaan
pada
tanpa
efisien terutama masalah
digunakan untuk keluarga produk
waktu. Penelitian ini dilakukan untuk
yang digunakan untuk melindungi
mengetahui
dan memberikan warna pada suatu
efektifitas penambahan katalis yaitu
objek
atau
seberapa
besar
permukaan
dengan
Dibutyltin Dilaurate (DBTDL) pada
dengan
lapisan
aplikasi cat acrylic berbasis solvent
berpigmen. Cat dapat digunakan
melalui pengukuran dengan variable
melapisinya
konsentrasi dan
penambahan
waktu
DBTDL
pengeringan
efek
penambahan
katalis
DBTL
cat
terhadap kualitas lapisan film yang
(stoving).
terbentuk yaitu dengan uji gloss
Pengujian terhadap hasil aplikasi
(daya kilap) dan hardness (nilai
juga dilakukan untuk mengetahui
kekerasan).
menggunakan
oven
2. LANDASAN TEORI
Perubahan
kimia,
terutama
oksidasi terhadap unsur cair
2.1
dalam wahana. Cat mengering
Cat Acrylic
mulai dari permukaannya dan Cat terdiri atas tiga komponen
dioleskan
penting, yaitu:
disemprotkan
selapis demi selapis hingga
a. Wahana (vehicle), terdiri dari
mencapai
pelarut (solvent) dan resin cat, yaitu zat cair yang menjadikan cat memiliki fluiditas dan bila mengering
atau
meninggalkan
menguap
selaput
kering
yang padat (dry film). b. Pigmen
atau
yang
dalam
Pigmen
mengendalikan laju korosi atau
yang
dikehendaki.
Polimerisasi, yaitu reaksi kimia antara
wahana
pengering
dan
agen
(hardener)
yang
dicampurkan ke dalam cat tepat sebelum
tersuspensikan
wahana.
ketebalan
digunakan
yaitu
terjadinya
reaksi
antara
isocyanate
dengan
alkohol
membentuk polyurethane.
laju difusi reaktan-reaktan pada selaput kering (dry film).
Cat acrylic adalah cat dengan
c. Aditif/katalis yang mempercepat proses
pengeringan
memungkinkan
lapisan
atau cat
kering lebih tahan terhadap lingkungan kerjanya.
melalui salah satu proses berikut : Penguapan wahana.
solvent
acrylic yang memiliki sifat cepat kering. Cat acrylic umumnya ada yang berbasis air dan ada pula yang berbasis solvent. Penelitian ini menggunakan cat acrylic
Kemudian wahana akan menjadi kering
bahan dasar (resin) emulsi polymer
berbasis solvent yaitu bahan cair yang mudah menguap. Cat berbasis solvent
dalam
banyak digunakan karena memudahkan
saat aplikasi dan efisiensi waktu lebih
3. Untuk
baik dibandingkan cat berbasis air.
mengurangi
waktu
stoving dan suhu stoving. 4. Untuk
mengurangi
suhu
isocyanate yang bereaksi. 5. Untuk
meningkatkan
sifat
mekanik dan kimia. Katalis yang digunakan pada penelitian
Struktur Kimia Resin Acrylic
ini
adalah
Dibutyltin
Dilaurate (DBTDL). DBTDL adalah
2.2
Katalis Dibutyltin Dilaurate
salah satu jenis katalis organologam yang banyak digunakan sebagai katalis
(DBTDL)
untuk Katalis
adalah
zat
yang
meningkatkan laju reaksi tanpa zat itu sendiri diubah oleh reaksi. Katalis bekerja dengan mengubah mekanisme reaksi kimia dan tidak diubah oleh reaksi ataupun tidak digunakan selama
isocyanate/reaksi
hidroksil.
Kelebihan katalis ini memiliki efek yang sangat
kuat
polyurethane,
pada tetapi
pembentukan memiliki
efek
lemah pada reaksi antara isocyanate dan air. Struktur
Kimia
DBTDL
reaksi. Dalam pengecatan, katalis harus dapat mempercepat proses pengeringan cat bahkan pada konsentrasi rendah (ppm) dan stabil dengan aditif, pigmen dan kotoran yang mempengaruhi reaksi katalitik. Beberapa alasan katalis sering digunakan dalam aplikasi cat, antara lain :
2.3
Reaksi
Terbentuknya
Polyurethane Polyurethane adalah hasil reaksi
1. Untuk meningkatkan reaktivitas kimia
antara
pengikat
dan isocyanate. 2. Untuk
mengurangi
antara polyisocyanate dengan alkohol atau gugus lainnya yang mempunyai atom hidrogen yang labil atau reaktif
waktu
pengeringan pada suhu kamar.
misal karboksilat (-COOH) atau air (HOH). Dalam campuran cat, resin dalam cat mengandung gugus alkohol
(polyol) dan agen pengering (hardener) mengandung polyisocyanate sedangkan thinner hanya sebagai pengencer saja untuk mempermudah pengaplikasian cat. Reaksi yag terjadi pada campuran cat adalah sebagai berikut.
Namun sangat dihindari dalam pengecatan khususnya cat berbasis solvent yaitu reaksi isocyanate dengan air karena akan merusak pembentukan polyurethane. Reaksi antara isocyanate dengan air adalah sebagai berikut.
Dampak nyata akibat adanya air, antara lain 1. Terjadi kenaikan tekanan dan apabila disimpan dalam kaleng yang tertutup kaleng tersebut jadi menggembung. 2. Naiknya viscositas (kekentalan). 3. Penurunan kadar isocyanate. 4. Terbentuk endapan putih.
3. PENELITIAN
dikatakan hampir tidak menemukan
DAN
kendala
HASIL PENELITIAN
yang
Laboratorium Penelitian ini dilakukan pada bulan Februari 2013 selama 1 bulan di Laboratorium
Quality
Control
begitu QC
besar
PT.
memiliki
instrumentasi
lengkap
yang
Akzonobel yang
AkzoNobel Car Refinishes Indonesia yang berlokasi di Jalan Pulo Gadung no.37 Kawasan Industri Pulo Gadung Jakarta Timur. Penelitian ini dapat
8
cukup
mendukung
berlangsungnya penelitian ini.
PT.
karena
3.1
dilakukan pengenceran DBTDL murni.
Tahapan Penelitian
3.1.1
Pengenceran
DBTDL
murni
diketahui
yaitu
pemakaian
katalis
organologam seperti DBTDL dalam Sebelum melakukan percobaan
dan
Hal ini diperlukan karena seperti yang
aplikasi
cat,
terlebih
aplikasi
cat
sangat
sedikit.
lalu
diaduk
dahulu
Walaupun pemakaiannya hanya dalam
4.
Campuran
ukuran ppm, memiliki dampak besar
menggunakan mixer selama 2 menit
dalam
dengan kecepatan 600 rpm.
reaksi
pembentukan
polyurethane.
5.
Proses pengenceran dilakukan
Kemudian
campuran
ditambahkan
larutan
cat katalis
sebagai berikut.
DBTDL yang telah diencerkan
1. DBTDL murni dipipet sebanyak 10
sesuai dengan variabel yang akan
ml.
diuji yaitu 0% (sebagai standar),
2. Kemudian dimasukan ke dalam labu
2%,4%,8% dan 10% (dari jumlah
ukur 1000 ml.
volume campuran cat).
3. Ditambahkan pelarut organik xylene
6.
Campuran
lalu
diaduk
lagi
lalu ditandabataskan hingga 1000 ml.
menggunakan mixer selama 2 menit
4. Kocok labu hingga homogen dan
dengan kecepatan 600 rpm sampai
semua zat DBTDL larut sampai zat DBTDL yang berwarna kuning tidak
homogen. 7.
terlihat lagi.
Campuran
cat
kemudian
diaplikasikan
pada substrat plat
ukuran 10 x 15 cm menggunakan
3.1.2
mesin
Tahapan aplikasi cat Tahapan
aplikasi
cat
tekanan
dalam
beaker
2.
Kemudian ditambahkan hardener 50 ml.
3.
Ditambahkan thinner sebanyak 15 ml.
angin
3,5
bar,
jarak
dan jumlah lapisan cat yang akan
glass
sebanyak 100 ml.
jarum
spraygun dengan substrat 10 cm
Dimasukan cat acrylic berbasis solvent
Ukuran
spraygun yang digunakan 1,5 mm,
yang
dilakukan adalah sebagai berikut. 1.
spray.
diaplikasi sebanyak 2 lapis. 8.
Kemudian didiamkan dengan waktu flash off (waktu tunggu) 5 menit.
9.
Setelah itu, plat dimasukkan ke dalam oven yang telah diatur suhunya 60oC.
10. Selanjutnya plat dikeluarkan dari oven
sesuai
variabel
11. Pada
waktu
tiap-tiap
variabel
waktu
tersebut, panel hasil aplikasi cat
pengeringan yang akan diuji yaitu
akan
dilakukan
uji
tingkat
10 menit, 20 menit, 30 menit, 45
kekerasan
menit, dan 60 menit.
hardness meter dan uji daya kilap
menggunakan
alat
menggunakan gloss meter.
Gambar Diagram Percobaan
Cat acrylic basis solvent 100 ml + hardener 50 ml + thinner 15 ml
Pengadukan dengan mixer 600 rpm, 2 menit
Tanpa penambahan larutan DBDTL (0%)
Penambahan larutan DBDTL (2%)
Penambahan larutan DBDTL (4%)
Penambahan larutan DBDTL (8%)
Penambahan larutan DBDTL ( 10%)
Pengadukan dengan mixer 600 rpm, 2 menit Diaplikasikan ke plat ukran 10 x 15 cm dengan mesin spray
Ukuran jarum spraygun Jarak spraygun dan substrat Tekanan angin Jumlah lapisan film
: 1,5 mm : 10 cm : 3,5 bar : 2 lapis
Flash off 5 menit
Dimasukkan ke oven 60oC
Setelah 10 menit
Setelah 20 menit
Setelah 30 menit
Dilakukan pengujian hardness dan gloss
Setelah 45 menit
Setelah 60 menit
3.1.3
Pengujian
hardness
dan
gloss Pengujian hardness dan gloss dilakukan
setelah
stoving
(pengeringan) menggunakan oven pada suhu 60oC.
Pengujian ini
dilakukan untuk menguji kualitas lapisan film hasil aplikasi cat.
A. Uji
hardness
(tingkat
kekerasan) berdasarkan ASTM B. Uji
D4366
gloss
(daya
kilap)
berdasarkan ISO 2813 Prinsip : Reaksi sempurna pada cat yaitu
Prinsip :
ditandai terbentuknya lapisan film
Salah satu sifat visual yang utama
yang
dari film cat adalah gloss (daya
keras pada permukaannya.
Tingkat kekerasan (hardness) itu
kilap).
Tingkat
dapat diuji dengan alat hardness
pengaruh besar pada kesan pertama
meter. Semakin tinggi nilai hardness
dari pengamat tentang cat. Dengan
semakin tinggi tingkat kekerasan
metode ini gloss pada lapisan film cat
lapisan film cat.
yang telah teraplikasi dapat diukur
Alat :
pada sudut 20°. Semakin tinggi nilai
Pendulum Hardness Tester
gloss
semakin
kilapnya. Alat : Byk-Gardner Micro-Tri-Gloss meter.
gloss
baik
memiliki
pula
daya
3.2
Hasil Penelitian Tabel Hasil Penelitian
DBTDL DBTDL
C DBTDL t OVEN (menit)
Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec)
45
Gloss (GU) Hardness (sec)
60
DBTDL
2%
4%
8%
10 %
13
16
18
21
24
86.9
86.9
86.8
86.0
85.5
17
21
24
29
30
86.7
85.5
85.4
83.9
80.7
22
26
30
30
31
86.2
85.4
85.1
83.8
80.6
25
29
30
30
31
85.8
84.5
84.3
83.7
80.3
29
30
30
31
31
85.3
84.4
84.3
83.4
80.3
(STD)
Uji Gloss (GU)
30
DBTDL
0%
(menit Hardness (sec) ) 10 20
DBTDL
Gloss (GU)
Kondisi ruang pada saat pengukuran
Keterangan: GU = Gloss Unit
o
Suhu (T)
: 23 C
Kelembapan (Rh)
: 73%
Jika hasil pengukuran di atas diplotkan ke dalam bentuk grafik maka dapat digambarkan sebagai berikut.
Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Hardness
40
Konsentrasi DBTDL
Nilai Hardness (Sec)
30
0% (STD) 20
2% 4% 8%
10
10%
0 10
20
30
45
60
Lama Pengeringan di Oven (menit)
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa
DBTL yaitu 4%, 8% dan 10% yang
nilai hardness tertinggi dan stabil yang
sangat
dicapai sebesar 30 dan 31. Nilai tersebut
pengeringan dari waktu pengeringan
didapatkan
standar (tanpa penambahan DBTDL).
paling cepat pada lama
pengeringan
20
menit
dengan
efektif
dilihat
dilanjutkan pada lama pengeringan 30
dibandingkan.
dan 8%. Maka dari sini terdapat 3 (tiga) variabel
konsenterasi
penambahan
waktu
Selanjutnya ketiga variabel ini akan
konsentrasi DBTDL 10%. Kemudian
menit dengan konsentrasi DBTDL 4%
mengurangi
nilai
glossnya
untuk
Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Gloss
Nilai Gloss (GU)
90
Konsentrasi DBTDL
85
0% (STD) 2% 4%
80
8% 10%
75 10
20
30
45
Lama Pengeringan di Oven (menit)
Dari grafik di atas dilihat 3
60
kesempurnaan
reaksi
antara
(tiga) varibel yang ingin dibandingkan
polyol dari resin cat dengan
nilai glossnya yaitu konsentrasi DBTDL
polyisocyanate
4%, 8%, dan 10%. Kualitas lapisan film
membentuk polyurethane. Nilai
cat yang baik ditunjukkan dengan nilai
hardness
menunjukkan
nilai
gloss yang tinggi. Maka didapatkan nilai
kekerasan
lapisan
yang
gloss tertinggi yang dicapai pada waktu
terbentuk
dari
pengeringan 20 dan 30 menit yaitu pada
semakin tinggi nilai hardness
konsentrasi penambahan DBTL 4%.
semakin
baik
dari
hardener
film
aplikasi
aplikasi
cat,
cat
tersebut. 2. Nilai gloss menunjukkan nilai
4. KESIMPULAN Berdasarkan
penelitian
yang
telah dilakukan dan hasil penelitian yang didapat, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut. 1. Nilai hardness dapat dijadikan indikator untuk mengukur tingkat
dari daya kilap lapisan film yang terbentuk
dari
aplikasi
semakin
tinggi
nilai
semakin
baik
pula
aplikasi cat tersebut.
cat, gloss
kualitas
3. Nilai hardness pada lapisan film cat meningkat seiring dengan
5. DAFTAR PUSTAKA
bertambahnya konsentrasi DBTL dan lama pengeringan dalam oven.
Namun
menunjukkan
Koleske, Joseph V. 1995. Paint and
grafik
kestabilan
Coating Testing Manual. New York
nilai
hardness tercapai di angka 30 dan 31 yang hanya diperoleh
Werner J. Blank, Z. A He, Maria E.
dalam waktu yang cepat (20 dan
Picci. 2005. Catalysis of Blocked
30 menit) pada konsentrasi 4%,
Isocyanates with Non-Tin Catalysts
8% dan 10%. pada
Bossert, Carol. 1992. Introduction to
lapisan film cat menurun seiring
Organotin Chemistry and Application.
dengan
Pennsylvania
4. Sebaliknya
nilai
gloss
bertambahnya
konsentrasi DBTDL dan lama pengeringan dalam oven. Kondisi
AkzoNobel Technical Data Sheet.
stabil nilai gloss terlihat pada
2002. Lessonal 2K Topcoat 320.
konsentrasi 4%, sedangkan untuk
Jakarta
konsentrasi
8%
dan
10%
menunjukkan penurunan yang
ASTM D4366-95.2003. Standard Test
drastis.
Methods for Hardness of Organic Coatings by Pendulum Damping Tests
5. Dari hasil pengujian kualitas didapatkan nilai optimum untuk hardness dan gloss yaitu 30 sec
ISO 2813. 1994. Determination of
dan dan 85.1 GU. Sehingga dapat
specular gloss of non-metallic paint
disimpulkan bahwa konsentrasi
films at 20 degrees, 60 degrees and 85
penambahan
degrees
larutan
katalis
DBTDL (pengenceran 1:100 dari DBTDL murni) yang optimum untuk
aplikasi
cat
acrylic
berbasis solvent sebesar 4% dari volume campuran cat dengan lamanya pengeringan di oven suhu 60oC 30 menit. 8
