PENENTUAN KOMPOSISI CAMPURAN CAT BAKAR AKRILAT UNTUK APLIKASI PADA MEDIA PLASTIK POLIPROPILENA
SYABAN FAUZI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
ABSTRAK SYABAN FAUZI. Penentuan Komposisi Campuran Cat Bakar Akrilat untuk Aplikasi pada Media Plastik Polipropilena. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan HERMAWAN. Bagian mobil yang memerlukan pelapisan cat terdiri atas 2 bahan utama, logam dan plastik. Badan mobil terbuat dari logam dan memerlukan cat jenis akrilat, sedangkan bumper terbuat dari plastik polipropilena dan menggunakan cat jenis poliuretan, maka harus dilakukan proses penyamaan warna di antara kedua bahan tersebut. Dari segi harga, cat poliuretan juga lebih mahal daripada cat akrilat. Berdasarkan hal tersebut, penggunaan cat akrilat untuk permukaan logam dan juga plastik telah diteliti untuk mengurangi biaya produksi dan menghasilkan kedekatan warna yang lebih baik antara kedua bagian mobil tersebut. Cat akrilat dicampur dengan bahan pengeras, yang lazim dipakai pada cat poliuretan, dengan berbagai nisbah dan diuji mutu pelapisannya dengan parameter uji kekerasan dan daya lekat terhadap kedua jenis bahan. Selain itu, juga dilakukan uji kedekatan warna untuk warna grape red pearl metallic. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi yang tepat untuk uji kekerasan adalah nisbah cat terhadap bahan pengeras 1:0.25 dan 1:0.20, pengujian menggunakan pensil jenis Mitsubishi ukuran HB sampai F. Komposisi yang tepat untuk uji daya lekat adalah nisbah cat terhadap bahan pengeras 1:0.35, 1:0.30, dan 1:0.25, ketiganya memiliki daya lekat 100/100 lapisan cat yang tidak terkelupas. Uji penyamaan warna menunjukkan komposisi yang tepat adalah nisbah cat terhadap bahan pengeras 1:0.25 dengan nilai delta E < 0.5. Dapat disimpulkan bahwa komposisi yang menghasilkan mutu hasil pengecatan memenuhi ketiga parameter adalah cat-bahan pengeras 1:0.25.
ABSTRACT SYABAN FAUZI. Determination of Acrylic Stoving Paint Mixture Composition for Application on Polypropylene Plastic Media. Supervised by ETI ROHAETI and HERMAWAN. Car parts that need paint coating consist of 2 main substances, metal and plastic. Metal car body needs acrylic paint types whereas polypropylene plastic car bumper use polyurethane paint, so color matching needs to be carried out between the two materials. In terms of price, as well, polyurethane paint is more expensive than acrylic paint. Based on these conditions, application of acrylic paints onto both metal and plastic surfaces has been studied to reduce production costs and produce better color closeness between the two parts of the car. Acrylic paint was mixed with hardener, which is commonly added in polyurethane paints, with varied ratios and was tested for its coating qualities with hardness and adhesion on both types of materials as the test parameters. The proximity of colors had also been tested for grape red pearl metallic color. The results showed that the appropriate compositions for hardness test were 1:0.25 and 1:0.20 ratios of paint and hardener material, the test used Mitsubishi type HB up to F pencil size. The composition that met the adhesive power test were 1:0.35, 1:0.30, and 1:0.25 ratios of paint and hardener material, all three had adhesion power of 100/100 unpeeled paint coating. Color matching test indicated that the appropriate composition was 1:0.25 ratio of paint and hardener material with delta E value <0.5. It can be concluded that the composition producing painting quality that fulfil the three parameters are paint-hardener material 1:0.25.
PENENTUAN KOMPOSISI CAMPURAN CAT BAKAR AKRILAT UNTUK APLIKASI PADA MEDIA PLASTIK POLIPROPILENA
SYABAN FAUZI
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Judul Skripsi : Penentuan Komposisi Campuran Cat Bakar Akrilat untuk Aplikasi pada Media Plastik Polipropilena Nama : Syaban Fauzi NIM : G44076027
Menyetujui
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr Eti Rohaeti, MS NIP 196008071987032001
Hermawan, ST
Mengetahui Ketua Departemen
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah penentuan komposisi campuran cat yang tepat untuk pengecatan mobil dengan judul Penentuan Komposisi Campuran Cat Bakar Akrilat untuk Aplikasi pada Media Plastik Polipropilena. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Eti Rohaeti, MS selaku pembimbing I dan Bapak Hermawan, ST selaku pembimbing II yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada para staf produksi PT National Assemblers yang telah membantu selama proses penelitian dan pengumpulan data. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, keluarga, dan rekanrekan, atas segala doa dan kasih sayang serta dukungannya. Semoga skripsi ini bermanfaat. Bogor, Oktober 2012 Syaban Fauzi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 1 Juli 1980 dari Ayah H Abdul Karim dan Ibu Hj Atikah, penulis merupakan putra kedelapan dari sembilan bersaudara. Tahun 1999 penulis lulus dari SMU Negeri 3 Bogor dan pada tahun 2001 lulus seleksi masuk Program Diploma 3 Analisis Kimia Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur undangan (USMI). Tahun 2004 penulis lulus dari Institut Pertanian Bogor dengan predikat sangat memuaskan. Tahun 2007 penulis melanjutkan studi ke Program Penyelenggaraan Khusus Sarjana Departemen Kimia IPB. Penulis bekerja sebagai staf produksi PT National Assemblers sejak tahun 2004 hingga 2011.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ...................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. vii DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. vii PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Cat .......................................................................................................................... Sifat-sifat Umum Cat ............................................................................................. Viskositas Cat ........................................................................................................ Tahap-tahap dalam Proses Pengecatan .................................................................. Parameter Mutu Cat ...............................................................................................
1 2 3 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat....................................................................................................... 4 Metode ................................................................................................................... 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Kekerasan Lapisan Cat ......................................................................................... 6 Daya Lekat Cat ...................................................................................................... 7 Kesamaan Warna ................................................................................................... 8 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................................ 9 Saran ...................................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 9 LAMPIRAN................................................................................................................ 10
DAFTAR TABEL Halaman 1 Hasil uji kekerasan lapisan cat ............................................................................... 7 2 Hasil uji daya lekat cat ........................................................................................... 8 3 ∆E hasil uji penyamaan warna ............................................................................... 8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur asam akrilat dan asam metakrilat ............................................................. 2 2 Struktur heksametilena diisosianat dan difenilmetana diisosianat ........................ 2 3 Viskometer NK2 cup.............................................................................................. 3 4 Air spray gun ......................................................................................................... 3 5 Spektrofotometer warna ......................................................................................... 4 6 Skema warna .......................................................................................................... 4 7 Pengisian viskometer dengan campuran cat. Perhitungan waktu mulai dari cat keluar lubang hingga tetesan terakhir............................................................... 5 8 Pengujian daya lekat cat ........................................................................................ 6 9 Struktur resonans gugus isosianat .......................................................................... 7 10 Reaksi isosianat dengan alkohol ............................................................................ 7 11 Hasil pengujian daya lekat cat untuk sampel 5 ulangan 2 dan sampel 3 ulangan 2... ............................................................................................................. 8
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian .......................................................................................... 11 2 Spesifikasi cat warna grape red pearl metallic jenis akrilat .................................. 12 3 Spesifikasi cat warna grape red pearl metallic jenis poliuretan ............................ 13
PENDAHULUAN Sejarah cat automotif bermula pada permulaan abad ke-20 ketika produksi mobil secara massal dimulai. Sekitar tahun 1920-an, cat jenis nitroselulosa mulai diaplikasikan dengan pilihan warna yang lebih beragam. Awal tahun 1930, industri automotif mulai menggunakan cat bakar (stoving) untuk memperbaiki ketahanan kilau cat. Selain itu, mulai diperkenalkan penggunaan teknik penyemprotan (spray gun) yang menghasilkan pelapisan cat lebih cepat dibandingkan dengan metode kuas. Pertengahan tahun 1950, ditemukan cat akrilat kering-udara. Cat ini akan kering pada suhu ruang, tetapi hasil pelapisannya memiliki daya lekat yang kurang optimal. Tahun 1960, Ford Motor Company menggunakan jenis cat bakar akrilat (acrylic stoving) yang memiliki tingkat kekilauan (glossy) lebih tinggi dan tahan lama (Urban & Takamura 2002). Proses pengeringan cat ini dilakukan pada suhu 150 °C untuk menghasilkan lapisan cat yang keras dan berwarna. Cat jenis ini hingga saat ini masih terus digunakan. Berbagai variasi warna serta teknologi aplikasi dan kualitas cat terus dikembangkan. Pengecatan bertujuan membuat tampilan mobil menjadi lebih baik serta melindungi mobil dari pengaruh cuaca dan lingkungan (Pfanstiehl 1998). Umumnya terdapat 2 jenis media yang harus dilapisi cat, yaitu media logam dan nonlogam seperti plastik dan serat. Kerangka mobil seperti bagian pintu, bonet, dan kerangka termasuk media logam, sementara bumper, spoiler, pelindung kaca, pelindung kerangka, dan aksesoris lainnya termasuk media nonlogam. Jenis cat yang diaplikasikan pada kedua media tersebut berbeda. Media logam menggunakan cat jenis akrilat, yang membutuhkan pengeringan pada suhu tinggi +150 oC, sedangkan untuk media nonlogam, digunakan cat jenis poliuretan. Cat ini merupakan jenis khusus untuk pengecatan media berbahan plastik atau serat. Cat akrilat dan cat poliuretan memiliki daya lekat yang sama baiknya, tetapi harga cat poliuretan lebih mahal. Penampilan suatu warna cat pada kedua kelompok media tersebut sering kali berbeda. Warna ungu grape red pearl metallic dari kelompok cat jenis akrilat dan poliuretan, misalnya, belum tentu menghasilkan warna ungu yang sama. Oleh karena itu, diperlukan proses tambahan, yaitu penyamaan warna. Pada praktiknya, proses ini sering terkendala
dari segi lamanya waktu yang dibutuhkan dan kualitas kedekatan warna yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan menguji aplikasi cat bakar akrilat pada media plastik sehingga apabila hasilnya baik, pengecatan media logam dan plastik cukup menggunakan 1 jenis cat. Hal ini diharapkan mempermudah proses penyamaan warna karena kedekatan warna yang dihasilkan lebih baik dibandingkan dengan menggunakan 2 jenis cat. Selain itu, diharapkan biaya produksi pengecatan dapat diturunkan. Penelitian dilakukan pada pelat uji dari logam dan plastik polipropilena yang dilapisi sampel cat dengan berbagai komposisi. Parameter uji yang ditentukan meliputi daya lekat (adhesive power), kekerasan (hardness test), dan penyamaan warna menggunakan spektrofotometer warna sesuai standar yang berlaku.
TINJAUAN PUSTAKA Cat Cat 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 (lukisan), salutan dalam industri (industrial coating), bantuan pengemudi (marka jalan), atau pengawet (untuk mencegah korosi atau kerusakan oleh air). Cat adalah campuran bahan padat taktembus cahaya dalam medium cair transparan yang apabila diaplikasikan pada suatu permukaan akan membentuk lapisan film yang keras dan kuat setelah kering (NP 2005). Bahan baku cat umumnya terdiri atas 4 komponen. (1) Resin pengikat (binder) merupakan senyawa makromolekul dengan bobot molekul 500−3000, berfungsi sebagai bahan pembentuk lapisan cat, dan terbuat dari beberapa resin yang susunan dan jumlahnya bergantung pada jenis cat yang dikehendaki. Komponen ini berfungsi mengatur tingkat kekerasan, kelenturan, dan pembentukan lapisan. (2) Pelarut (thinner) merupakan bahan pembantu yang berfungsi melarutkan atau mengencerkan cat sesuai dengan kebutuhan (Stoye & Freitag 1998). (3) Pigmen merupakan bahan padat berbentuk serbuk sangat halus yang dapat memberikan warna (colouring pigment), juga dapat berfungsi sebagai antikarat dan sebagai bahan
pengisi. Kinerja lapisan cat dipengaruhi oleh jenis, jumlah, dan kualitas pigmen (Dossel et al. 2008). (4) Aditif merupakan bahan tambahan agar cat mudah digunakan dan hasilnya sesuai dengan keinginan, misalnya berfungsi sebagai antijamur, anti-skinning, anti-pengendapan, stabilisator, dan pengering (NP 2005). Sebelum pengecatan, terlebih dahulu harus diketahui jenis cat yang akan dipakai. Juga harus diperhatikan petunjuk yang menyertai cat tersebut, misalnya jenis cat, apakah merupakan cat 1 komponen atau 2 komponen. Cat 1 komponen hanya terdiri atas cat, contohnya cat akrilat, cat nitroselulosa, dan cat alkyd. Sementara cat 2 komponen terdiri atas cat dan bahan pengeras (hardener), contohnya cat poliuretan dan cat epoksi. Cat Akrilat Cat akrilat merupakan suspensi polimer akrilat yang mengandung pigmen. Polimer akrilat tersusun dari monomer-monomer asam akrilat dan asam metakrilat (Gambar 1) (Bentley et al. 1998), dan merupakan kelompok senyawa termoplastik. Poli(metil akrilat) di antaranya berfungsi sebagai pengemulsi, pelekat, dan pengilau. Poli(metil metakrilat) lazim digunakan untuk membuat plastik keras dengan berbagai jenis sifat transmisi cahaya.
pada hampir semua jenis bahan (Billmeyer 1962). Cat poliuretan tergolong cat 2 komponen, artinya aplikasinya memerlukan tambahan bahan pengeras. Cat jenis ini lazim digunakan di berbagai industri, mulai dari industri mebel hingga mainan plastik untuk anak-anak. Cat jenis ini tersedia dalam bentuk cat yang dilapisi oleh lapisan pengilau (clear coat) dan cat padat, dapat kering pada kondisi suhu ruang, dan memiliki kualitas daya lekat yang sama baiknya dengan cat akrilat. Bahan Pengeras Bahan pengeras ditambahkan pada cat untuk mengatur terjadinya proses polimerisasi cat (curing) dan mengatur tingkat kekerasan lapisan cat. Bahan ini umumnya dipakai pada cat poliuretan. Bahan penyusunnya adalah poliisosianat yang diperoleh dari modifikasi 2 atau lebih senyawa diisosianat. Poliisosianat yang umum digunakan tersedia dalam bentuk aromatik, seperti difenilmetana diisosianat, dan alifatik, misalnya heksametilena diisosianat (Gambar 2), bergantung pada sifat atau hasil yang ingin dicapai dalam penggunaan bahan pengeras tersebut.
(a)
dan (a)
(b)
Gambar 1 Struktur asam akrilat (a) dan asam metakrilat (b). Cat Poliuretan Poliuretan termasuk kelompok polimer reaktif, seperti halnya epoksi, poliester takjenuh, dan fenol. Poliuretan dihasilkan dari reaksi poliadisi poliisosianat (molekul dengan >1 gugus isosianat –N=C=O) dengan polialkohol (poliol) (molekul dengan >1 gugus hidroksil, -OH) dalam keberadaan katalis dan zat aditif yang lain. Isosianat akan bereaksi dengan molekul apapun yang mengandung hidrogen aktif. Lapisan poliuretan memiliki tingkat ketahanan yang sangat baik terhadap abrasi dan gangguan pelarut. Lapisan cat poliuretan dapat diaplikasikan dengan cara pencelupan, penyemprotan, atau menggunakan kuas. Lapisan poliuretan dapat melekat dengan baik
(b) Gambar 2 Struktur heksametilena diisosianat (a) dan difenilmetana diisosianat (b). Sifat-sifat Umum Cat Salah satu sifat penting cat adalah kemampuan mengering. Cat kering-udara akan kering pada suhu ruang, sedangkan cat jenis bakar (stoving) harus dikeringkan dengan oven pada suhu tertentu. Pengeringan cat yang lazim dilakukan dalam industri automotif meliputi cara fisika, kimia, dan radiasi. Pengeringan secara fisika berupa penguapan pelarut dari campuran cat, contohnya cat nitroselulosa dan alkyd. Cara kimia contohnya adalah pengeringan melamin dan poliuretan setelah bereaksi dengan bahan pengeras, sedangkan cara radiasi adalah pengeringan jenis cat ultraviolet (UV) dengan radiasi dari lampu UV.
Viskositas Cat Viskositas cat saat penyimpanan harus cukup tinggi untuk mencegah pengendapan partikel-partikel besar material cat (Bieleman 2000). Sementara viskositas cat pada saat aplikasi harus disesuaikan dengan standar yang telah ditentukan untuk setiap jenis cat. Cat tidak boleh terlalu encer atau terlalu kental karena apabila viskositas berada di luar standar, dapat timbul kecacatan atau masalah dalam pengecatan seperti lapisan cat menjadi kasar atau menjadi seperti kulit jeruk (orange peel). Adanya zat terlarut makromolekul akan menaikkan viskositas larutan. Sekalipun pada konsentrasi rendah, efeknya besar karena memengaruhi aliran fluida pada jarak yang jauh (Atkins 1999). Oleh karena itu, viskositas pada saat aplikasi penting untuk diukur. Pengukuran dilakukan menggunakan viskometer NK2 Cup (Gambar 3). Waktu yang diperlukan oleh larutan cat saat tepat habis dalam viskometer dicatat dan dibandingkan dengan standar.
dan penyemprotan atom-atom cat ke arah benda yang akan dicat. Metode aplikasi yang terakhir digunakan pada penelitian ini, alat yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 4. Proses atomisasi cat menggunakan pistol penyemprot (air spray gun) terjadi dengan bantuan kompresi udara atau dalam dunia pengecatan dikenal dengan istilah air atomization. Arah semprotan
Wadah cat
Penghubung pistol penyemprot dengan sumber angin
Sumber angin
Selang
Gambar 4 Air spray gun.
Parameter Mutu Cat
Gambar 3 Viskometer NK2 cup. Tahap-tahap Dalam Proses Pengecatan Beberapa hal yang harus diperhatikan pada proses pengecatan adalah jenis cat, jenis media yang akan dicat, metode pengecatan, cara preparasi, serta tujuan pengecatan. Preparasi permukaan media yang akan dicat menjadi penentu kekuatan hasil pengecatan. Tahapan proses pengecatan logam meliputi preparasi permukaan (surface preparation), pengecatan dasar (electrodeposition coating), pengecatan lapisan tengah (surfacer coating), pengampelasan (sanding), dan pengecatan akhir (finish coating). Beberapa metode pengecatan yang lazim adalah menggunakan alat kuas atau roler, mengalirkan cat ke media yang akan dicat, pengecatan dengan bantuan arus listrik searah dengan prinsip elektrolisis (electrodipping),
Daya Lekat Cat (Adhesive Power) Daya lekat didefinisikan sebagai kekuatan pergerakan molekul keluar di antara 2 permukaan (Dossel et al. 2008). Kemampuan ini melibatkan begitu banyak senyawa yang terdapat dalam sistem adhesi ini. Dunia pengecatan mengenal daya lekat cat sebagai kemampuan cat menempel pada permukaan bahan yang dicat. Daya lekat cat ditentukan melalui uji potong-silang (cross cut). Uji ini berdasarkan pengukuran jumlah lapisan cat yang menempel dengan baik di permukaan media dan yang terkelupas. Persyaratan daya lekat adalah 100/100, artinya dalam 100 area uji, tertempel dengan baik 100 bahan uji. Kekerasan Lapisan Cat (Hardness) Lapisan cat setelah kering tidak boleh terlalu keras sebab akan mudah pecah, tetapi juga tidak boleh terlalu lunak karena akan mudah terkontaminasi. Kekerasan diuji dengan menggunakan pensil jenis Mitsubishi dengan tingkat kekerasan berbeda-beda di atas permukaan lapisan cat (Koleske 1995). Kekerasan ditentukan dari jenis pensil yang dapat menggores permukaan lapisan cat. Biasanya kekerasan yang diinginkan adalah
antara tingkat kekerasan pensil jenis HB dan F (NP 2005). Kesamaan Warna (Color Matching) Proses penyamaan warna dari 2 media berbeda yang dicat dengan 2 jenis cat berbeda berwarna sama dilakukan dengan cara memberikan tambahan pigmen penyusun warna cat tersebut. Metode visual menyamakan warna berdasarkan penglihatan mata tanpa bantuan alat. Cara ini memerlukan keterampilan dan pengalaman yang cukup baik. Metode spektroskopi menyamakan warna berdasarkan nilai kedekatan warna yang ditampilkan oleh spektrofotometer warna (Gambar 5).
Gambar 6 Skema warna (Ridge 2008).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat
Gambar 5 Spektrofotometer warna (Ridge 2008). Spektrofotometer warna memberikan hasil pengukuran dalam format L*a*b*, yang merupakan 3 ruang dimensi warna. “L” adalah pencahayaan atau komponen hitamputih dari suatu sampel sementara “a” dan “b” merupakan komponen warna dari sampel. “a” menunjukkan nilai merah atau hijau, “b” menunjukkan nilai kuning atau biru (Gambar 6). Apabila nilai a dan b adalah nol, maka akan didapatkan warna yang netral (Nate 2005). Spektrofotometer warna mengukur perbedaan 2 jenis warna sebagai nilai delta-E (∆E). Nilai tersebut didapat dari akar penjumlahan kuadrat nilai ∆L*, ∆a*, dan ∆b* (X-rite 2007). ∆E = √(∆L*)2 + (∆a*)2 + (∆b*)2 ∆L* = beda nilai pencahayaan ∆a* = beda nilai warna merah - hijau ∆b* = beda nilai warna kuning - biru
Bahan-bahan yang digunakan adalah cat warna grape red pearl metallic jenis akrilat dan jenis poliuretan, lapisan pengilau (clear coat) poliuretan, pelarut cat poliuretan, bahan pengeras, cat lapisan tengah (surfacer coat), larutan pembersih, kertas ampelas, lap halus, selotip, dan pelarut nitroselulosa. Alat-alat yang digunakan antara lain pelat logam ukuran 12 cm × 7 cm, pelat plastik ukuran 12 cm × 7 cm, viskometer NK2 cup, stopwatch, pistol penyemprot IWATA W100, pensil jenis Mitsubishi, dan spektrofotometer warna merek MINOLTA.
Metode Penelitian meliputi beberapa tahap, yaitu preparasi pelat uji, pembuatan campuran cat, pelapisan pelat uji, dan pengujian hasil pelapisan (Lampiran 1). Digunakan 16 buah pelat plastik polipropilena dan 1 buah pelat logam besi. Larutan cat dibuat dengan berbagai komposisi nisbah cat akrilat dan bahan pengeras untuk memperoleh larutan cat yang memenuhi standar uji viskositas. Pengukuran hasil pelapisan meliputi uji kekerasan, daya lekat, dan penyamaan warna. Pembuatan Campuran Cat Sampel pertama dibuat dengan komposisi cat-bahan pengeras 1:0.35. Cat akrilat sebanyak 400 mL dimasukkan dalam wadah, lalu ditambahkan 140 mL bahan pengeras dan sejumlah tertentu pelarut poliuretan. Campuran diaduk hingga merata kemudian
viskositas diukur menggunakan viskometer NK2 Cup. Pelarut ditambahkan apabila standar viskositas belum tercapai, agar mempermudah dalam aplikasi pengecatan dan tidak memengaruhi komposisi campuran yang dibuat. Sampel 2–5 dibuat dengan cara yang sama, namun dengan komposisi berturut-turut 1:0.35, 1:0.30, 1:0.25, 1:0.20, dan 1:0.10. Komposisi itu lazim dipakai untuk penggunaan cat poliuretan. Masing-masing sampel disiapkan 3 kali ulangan. Sampel pembanding A disiapkan dengan cara memasukkan cat bakar akrilat sebanyak 1000 mL ke dalam wadah kemudian ditambahkan pelarut jenis bakar dan diaduk hingga merata. Viskositas diatur seperti pada pembuatan sampel campuran cat dan bahan pengeras. Sampel pembanding B ialah campuran 1:0.25 cat jenis poliuretan dengan bahan pengeras. Campuran lapisan pengilau disiapkan sama seperti sampel, tetapi jenis cat yang digunakan ialah lapisan pengilau jenis bakar (untuk sampel pembanding A) dan lapisan pengilau jenis poliuretan (untuk kelima sampel dan sampel pembanding B). Campuran cat lapisan tengah (surfacer coat) disiapkan dengan cara memasukkan cat bakar lapisan tengah sebanyak 400 mL ke dalam wadah kemudian ditambahkan pelarut khusus cat tersebut dan diaduk hingga merata. Viskositas diatur seperti pada pembuatan sampel campuran cat dan bahan pengeras. Hal yang sama dilakukan untuk cat lapisan tengah jenis poliuretan. Pengukuran Viskositas Larutan Cat Viskometer NK2 cup dimasukkan ke dalam campuran cat hingga terendam penuh. Kemudian viskometer diangkat dan bersamaan dengan itu, stopwatch dijalankan. Perhitungan waktu dimulai saat campuran cat mulai keluar dari lubang bawah viskometer dan dihentikan ketika campuran tepat habis (tetesan terakhir) (Gambar 7). Waktu yang dibutuhkan dibandingkan dan disesuaikan dengan standar dengan menambahkan kembali sejumlah pelarut hingga sesuai dengan standar (Lampiran 2 & 3).
Lubang cairan
(a)
(b)
Gambar 7 Pengisian viskometer dengan campuran cat (a). Perhitungan waktu mulai dari cat keluar lubang hingga tetesan terakhir (b). Preparasi Pelat Uji dengan Lapisan Tengah Pelat logam yang telah dilapisi dengan cat jenis elektrodeposisi disiapkan sebanyak 1 buah dan pelat plastik polipropilena disiapkan sebanyak 16 buah. Masing-masing diampelas dengan kertas ampelas ukuran 1500 mesh sampai halus lalu dibersihkan dengan lap halus yang telah dibasahi dengan larutan pembersih dan dianginkan. Larutan cat lapisan tengah dimasukkan ke dalam wadah pistol penyemprot. Kemudian pistol dihubungkan dengan sumber angin dan tekanan diatur hingga 5–6 kg/cm2. Selanjutnya cat disemprotkan pada permukaan pelat hingga merata sebanyak 4 lapisan, dibiarkan mengering selama 1 menit, lalu dimasukkan ke dalam oven selama 30 menit. Suhu oven untuk pelat plastik adalah 80 oC, sedangkan untuk pelat logam 150 oC. Pelapisan Pelat dengan Sampel Cat Pelat logam sebanyak 1 buah dan pelat plastik sebanyak 16 buah masing-masing diampelas dengan kertas ampelas ukuran 1500 sampai halus. Setelah itu, dibersihkan dengan lap halus yang telah dibasahi dengan larutan pembersih kemudian dianginkan. Larutan sampel cat dimasukkan ke dalam wadah pistol penyemprot. Kemudian pistol dihubungkan dengan sumber angin dan tekanan diatur hingga 5 bar. Disiapkan pula larutan pembanding A, larutan pembanding B, larutan pengilau jenis bakar, dan larutan pengilau jenis poliuretan dalam wadah alat penyemprot lain. Larutan pembanding A disemprotkan pada permukaan pelat logam hingga merata sebanyak 4 lapisan lalu dibiarkan mengering selama 1 menit. Kemudian disemprotkan larutan pengilau
jenis bakar sebanyak 4 lapisan hingga merata, dan pelat dimasukkan ke dalam oven selama 30 menit pada suhu 150 oC. Larutan pembanding B dan kelima larutan sampel cat disemprotkan pada permukaan pelat plastik hingga merata sebanyak 4 lapisan lalu dibiarkan mengering selama 1 menit. Kemudian disemprotkan larutan pengilau jenis poliuretan sebanyak 4 lapisan hingga merata, dan pelat dimasukkan ke dalam oven selama 30 menit pada suhu 80 oC. Pengujian larutan sampel cat pada pelat plastik ini dilakukan masing-masing 3 ulangan. Pengujian Kekerasan Lapisan Cat Kekerasan lapisan diuji menggunakan pensil khusus jenis Mitsubishi dengan mata pensil rata (bukan tumpul), tidak boleh runcing. Pensil dipegang membentuk sudut ±45° dengan permukaan pelat yang akan diuji tingkat kekerasannya. Selanjutnya pensil dijalankan dengan tekanan sekitar 750 g, dengan kecepatan 3 mm/detik. Metode ini diulangi sebanyak 5 kali di tempat yang berbeda, dengan mengganti sisi mata pensil yang digunakan setiap kali menggores. Hasil goresan kemudian dibersihkan dengan lap halus yang bersih dan diamati bekas goresan yang terjadi. Urutan pensil yang digunakan mulai dari lunak sampai keras, yaitu HB-F-H2H. Pengujian Daya Lekat Cat Area yang akan diuji dibersihkan dengan lap halus, kemudian digores dengan pisau, tegak dan mendatar masing-masing 11 goresan dengan jarak antargoresan 2 mm. Di atas pelat uji yang telah digores ditempelkan selotip transparan, ditekan dengan ibu jari hingga merata, kemudian ditarik dengan keras dengan arah 90° (Gambar 8).
dalam spektrofotometer warna, kemudian alat diatur hingga menunjukkan angka nol. Pelat ini berfungsi sebagai pelat pembanding. Selanjutnya pelat-pelat yang dilapisi sampel cat, termasuk pelat yang dilapisi sampel pembanding B diukur. Nilai perbandingan komposisi warna yang muncul pada layar dicetak.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini diawali pembuatan larutan cat dengan berbagai komposisi. Larutan cat kemudian diukur viskositasnya agar sesuai dengan standar dan cat mudah diaplikasikan. Pada proses pengecatan, viskositas cat sudah tertentu artinya tidak boleh terlalu encer ataupun terlalu kental karena kedua hal tersebut akan menimbulkan cacat pada lapisan cat seperti kulit jeruk dan meleleh (sagging) (NP 2005). Pelat uji yang digunakan dilapisi cat dasar terlebih dahulu. Tujuannya adalah menyamakan perlakuan antara kerangka mobil dan pelat uji sehingga diharapkan warna saat pengujian mendekati warna saat aplikasi di kerangka mobil. Lapisan tengah (surfacer coat) ini pada mobil berfungsi sebagai lapisan pembantu sebelum lapisan warna (top coat), yaitu cat mobil yang kita lihat, diberikan. Lapisan warna tidak memiliki daya lekat yang cukup pada logam. Lapisan warna diformulasikan untuk mengeras, mempertahankan kekilauan, serta melindungi kerangka mobil dari pengaruh matahari dan hujan. Lapisan ini mengandung pigmen yang membuat cat terlihat bagus dan melekat baik pada lapisan tengah (Pfanstiehl 1998). Pelat uji yang sudah dilapisi cat dasar kemudian diampelas menggunakan kertas ampelas yang sesuai. Hal ini bertujuan meratakan permukaan dari kotoran-kotoran dan memperhalus permukaan sehingga daya lekat antara lapisan tengah dan lapisan warna menjadi lebih baik (KIA Motors 2004). Kekerasan Lapisan Cat
Gambar 8 Pengujian daya lekat cat. Pengujian Penyamaan Warna Pelat uji yang telah dilapisi larutan cat disiapkan dalam keadaan bersih. Pelat yang dilapisi larutan pembanding A dimasukkan ke
Hasil uji kekerasan berbeda-beda untuk setiap sampel (Tabel 1). Sampel 1 dan 2 menunjukkan tingkat kekerasan yang tinggi (keras dan sangat keras). Hal ini tidak baik karena lapisan cat yang terlalu keras akan mudah pecah (cracking).
Tabel 1 Hasil uji kekerasan lapisan cat Sampel
Ulangan 1
Ulangan 2
Ulangan 3
1 2 3 4 5
HB–2H HB–2H HB–F HB–F HB
HB–2H HB–H HB–F HB–F HB
HB–2H HB–H HB–F HB–F HB
Keterangan: HB–2H HB–H HB–F HB
: sangat keras : keras : baik : lunak
Sampel 3 dan 4 menunjukkan tingkat kekerasan yang baik. Lapisan cat tidak tergores pada ukuran kekerasan pensil HB sampai dengan F. Sementara lapisan cat pada sampel 5 tergores pada saat diuji dengan pensil HB, artinya lapisan tersebut terlalu lunak. Jumlah bahan pengeras yang terlalu sedikit menyebabkan lapisan cat tidak mengeras dengan sempurna, masih ada komponen-komponen dalam cat yang masih dapat bereaksi. Lapisan cat yang terlalu lunak akan menyebabkan cat tidak stabil, kotoran dan debu akan mudah menempel dan tidak mudah dibersihkan karena terserap ke dalam lapisan cat. Penentu keras atau lunaknya suatu lapisan cat adalah komposisi cat dan bahan pengeras. Bahan pengeras yang terlalu banyak dapat menyebabkan cat terlalu keras dan pada akhirnya lapisan pecah (cracking). Masalah lain yang dapat timbul adalah kenampakan luar dari cat. Penambahan bahan pengeras yang terlalu banyak akan menimbulkan gelembung-gelembung kecil di atas lapisan cat, lazim dikenal dengan istilah popping, sehingga kenampakan luar lapisan cat menjadi tidak bagus. Sebaliknya, penambahan bahan pengeras yang terlalu sedikit akan menyebabkan cat tidak dapat melekat dengan kuat pada lapisan plastik. Cat akan mudah terangkat atau terkelupas apabila terkena perlakuan fisik dan kimia seperti pengelapan atau pemolesan. Bahan pengeras merupakan komponen untuk cat jenis poliuretan, mengandung isosianat sebagai zat aktif yang menyebabkan lapisan warna berikatan dengan lapisan tengah sehingga menghasilkan tekstur lapisan film yang cukup keras. Reaktivitas yang tinggi dari senyawa isosianat disebabkan oleh struktur elektroniknya yang dapat beresonans seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Struktur resonans gugus isosianat (Ionescu 2005). Dalam bentuk polimernya, isosianat bereaksi dengan poliol yang merupakan komponen aktif dalam lapisan tengah membentuk tautan-silang poliuretan yang cukup kuat (Gambar 10). Faktor inilah yang merupakan segi penting dalam peristiwa perekatan lapisan poliuretan. Reaksi poliadisi antara isosianat (poliisosianat) dan poliol menghasilkan poliuretan ditunjukkan pada Gambar 10.
R−N=C=O + HO−R′ → R−NHCOO−R′ ∆H (24 kkal/mol)
Isosianat
alkohol
uretan
Gambar 10 Reaksi isosianat dengan alkohol (Ionescu 2005). Apabila poliamina dan tiol bereaksi dengan senyawa epoksi melalui gugus epoksi, isosianat bertautan-silang dengan resin epoksi berbobot molekul tinggi melalui gugus hidroksil membentuk poliuretan. Reaksi terjadi pada suhu ruang. Taut-silang yang terbentuk menyebabkan terjadinya proses polimerisasi (dalam dunia pengecatan dikenal dengan istilah curing) yang lebih baik (Stoye & Freitag 1998). Pemberian bahan pengeras pada larutan cat akan menghentikan reaksi polimerisasi antara cat dan lapisan tengah pada plastik. Selanjutnya lapisan cat berubah menjadi keras, menarik, dan menjadi pelindung sekaligus pemanis bagian-bagian mobil yang penuh warna dan enak dilihat. Daya Lekat Cat Daya lekat diuji dengan cara mengukur tekanan minimum yang dibutuhkan hingga lapisan terlepas dari substrat. Uji potongsilang ini merupakan prosedur yang banyak digunakan untuk menguji ketahanan lapisan untuk dipisahkan dari substrat (Ryntz 2003). Hasil yang diperoleh adalah tekanan minimum yang dibutuhkan untuk memecah lapisan yang lemah atau senyawa terlemah. Berdasarkan Tabel 2, sampel 1 sampai dengan 3 memiliki daya lekat yang baik. Hal ini ditunjukkan dengan jumlah kotak lapisan yang terambil, yaitu dari 100 kotak uji yang telah digores dengan cutter dan direkatkan dengan selotip seluruhnya tidak ikut
terkelupas. Hal ini berarti lapisan cat melekat dengan baik. Sementara itu, untuk sampel 4 dan 5 nilai daya lekatnya masih di bawah 100, artinya ada beberapa bagian cat yang terkelupas pada saat selotip diangkat seperti terlihat pada Gambar 10. Tabel 2 Hasil uji daya lekat cat Sampel 1 2 3 4 5
Ulangan 1 100/100 100/100 100/100 100/100 96/100
a
Ulangan 2 100/100 100/100 100/100 100/100 94/100
Ulangan 3 100/100 100/100 100/100 98/100 96/100
b
Gambar 11 Hasil pengujian daya lekat cat; untuk sampel 5 ulangan 2 (a) dan untuk sampel 3 ulangan 2 (b). Beberapa faktor dapat menjadi penyebab tidak melekatnya lapisan cat warna, yaitu suhu pengeringan yang terlalu rendah, adanya air atau minyak pada permukaan lapisan, dan kurangnya bahan pengeras yang diberikan. Sampel dengan komposisi bahan pengeras yang lebih sedikit cenderung mengandung bagian cat yang terkelupas, artinya komposisi tersebut belum tepat. Kesamaan Warna Uji penyamaan warna adalah proses menyamakan warna lapisan cat yang menempel pada logam (kerangka mobil) dengan lapisan cat yang menempel pada plastik. Proses ini cukup penting karena berhubungan dengan kenampakan langsung warna mobil, kedekatan warna kerangka mobil dengan bagian-bagian lain seperti bumper, pelindung kerangka, dan bagian
plastik lainnya. Beberapa metode dapat dilakukan untuk proses ini, di antaranya metode visual, yaitu penyamaan warna secara langsung tanpa alat bantu. Metode ini membutuhkan pengalaman dan keterampilan yang cukup dalam hal melihat perbedaan warna sekecil mungkin dari berbagai sudut pandang. Metode berikutnya menggunakan bantuan spektrofotometer warna. Alat ini diletakkan di atas permukaan lapisan cat dan akan memindai sehingga dihasilkan nilai delta E untuk setiap permukaan lapisan. Nilai delta E memiliki standar tertentu untuk setiap jenis cat. Untuk cat bakar jenis akrilat warna grape red pearl metallic, nilai standar delta E adalah < 0.5. Tabel 3 memperlihatkan bahwa nilai delta E untuk setiap ulangan sampel sudah sesuai dengan standar dan tidak jauh berbeda dengan sampel pembanding B. Akan tetapi, setiap ulangan sampel memiliki nilai delta E yang berbeda-beda meskipun masih dalam komposisi yang sama. Hal ini berarti bahwa proses penyamaan warna tidak hanya dipengaruhi oleh nisbah jumlah cat dengan bahan pengeras, tetapi juga oleh faktor lain. Sampel 1 memiliki nilai delta E yang cukup besar. Warnanya pun terlihat lebih gelap. Sementara sampel 2 dan 3 memiliki nilai delta E yang lebih kecil dan warna lapisan terlihat lebih terang. Butiran-butiran metalik lebih terlihat dibandingkan dengan sampel 1. Begitu pula warna sampel 4 dan 5 terlihat lebih terang dibandingkan dengan sampel 2 dan 3. Hal ini berarti bahwa jumlah bahan pengeras yang ditambahkan ke dalam campuran cat memengaruhi kenampakan luar lapisan cat. Tabel 3 ∆E hasil uji penyamaan warna Sampel 1 2 3 4 5 B
Ulangan 1 0.43 0.36 0.21 0.33 0.38 0.11
Ulangan 2 0.44 0.28 0.18 0.27 0.35 -
Ulangan 3 0.45 0.45 0.13 0.35 0.36 -
Penambahan bahan pengeras dalam jumlah lebih banyak cenderung menghasilkan warna lebih gelap. Pigmen-pigmen metalik cenderung mengendap sehingga tidak dapat mengeluarkan kilau yang sempurna. Pengendapan tersebut kemungkinan
dikarenakan reaksi antara bahan pengeras dan pigmen metalik tersebut. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari ketiga jenis pengujian, sampel dengan komposisi campuran cat-bahan pengeras 1:0.25 memiliki hasil pengujian yang baik untuk ketiga uji. Oleh sebab itu, dapat dikatakan bahwa komposisi tersebut tepat untuk aplikasi cat jenis akrilat pada media plastik.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Pemakaian campuran cat akrilat dan bahan pengeras (hardener), yang lazim digunakan untuk cat poliuretan, dapat dipakai pada pengecatan plastik. Pengujian kekerasan lapisan berhasil dilakukan pada rentang komposisi cat-bahan pengeras 1:0.25 dan 1:0.20. Pengujian daya lekat berhasil dilakukan pada rentang komposisi cat-bahan pengeras 1:0.35, 1:0.30, dan 1:0.25. Pengujian penyamaan warna untuk warna grape red pearl metallic menghasilkan komposisi catbahan pengeras 1:0.25 sebagai campuran terbaik.
Ionescu M. 2005. Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethane. Shrewsbury: Rapra Technology. KIA Motors Corporation. 2004. Introduction to Paint Shop. Korea: KIA Motors. Koleske JV. 1995. Paint and Coating Testing Manuals. Philadelphia: ASTM Int. Nate J. 2005. Spectrophotometers and deltaE: your color ruler. http://www.newsandtecharchives.com/issu es/2005/06-05/pt/06-05_nate.htm [Jun 2005]. [NP] Nipsea Paint. 2005. Petunjuk Pengecatan Secara Umum. Jakarta: NP. Pfanstiehl J. 1998. Automotive Paints Handbook Paint Technology for Auto Enthusiast & Body Shop. New York: Penguin. Ridge B. 2008. Zeroing in on New Ways to Match Color. Cincinnati: ST Media Group.
Saran
Ryntz RA. 2003. Coatings of Polymers and Plastics. New York: Marcel Dekker Inc.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh pelarut terhadap warna yang dihasilkan.
Stoye D, Freitag W. 1998. Paints, Coating and Solvents. Weinhem: WILEY-VCH.
DAFTAR PUSTAKA Atkins PW. 1999. Kimia Fisika Jilid 2. Ed. ke-4. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry. Billmeyer. 1962. Textbook of Polymer Science. New York: Interscience. Bentley J, Patrick G, Turner A. 1998 Introduction to Paint Chemistry and Principles of Paint Technology. London: Chapman & Hall. Bieleman J. 2000. Additives for Coating. Weinhem: Wiley-VCH. Dossel KF, Kreis W, Streitberger HJ. 2008. Automotive Paints and Coatings. Weinhem: Wiley-VCH.
Urban D, Takamura K. 2002. Polymer Dispersions and Their Industrial Applications. Charlotte: WILEY-VCH. X-rite. 2007. A Guide to Understanding Color Communication. Michigan: X-rite Inc.
LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian Cat lapisan tengah Lima variasi komposisi cat dan pengeras (Tabel 1) Sampel pembanding A: (cat akrilat)
Pelat uji
Sampel pembanding B: (cat poliuretan) Larutan pengilau Preparasi (pembersihan)
Pengukuran viskositas
Pelat uji bersih Pelapisan pelat dengan cat lapisan tengah Pelapisan pelat dengan sampel cat Pemanasan pelat uji Pelat logam: 150 oC; 30 menit Pelat plastik: 80 oC; 30 menit Pelat uji siap dicirikan Uji kekerasan (hardness) Uji daya lekat (adhesive power) Uji penyamaan warna
Komposisi terbaik
Lampiran 2 Spesifikasi cat warna grape red pearl metallic jenis akrilat
Lampiran 3 Spesifikasi cat warna grape red pearl metallic jenis poliuretan
