PENELITIAN EFEKTIFITAS PENAMBAHAN KATALIS DIBUTYLTIN DILAURATE (DBTDL) PADA APLIKASI CAT ACRYLIC BERBASIS SOLVENT

Transkripsi

1 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 1. PENDAHULUAN Industri cat adalah salah satu industri tertua di dunia. Sekitar 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- 8

2 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. 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 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). Cat berisi bahan kandungan cat dan bahan pewarna berupa campuran zat kimia padat dengan medium cair, digunakan sebagai lapisan proteksi atau dekorasi permukaan; akan mengering dengan oksidasi, polimerisasi dan evaporasi. Penambahan suatu katalis dalam campuran cat akan mempercepat waktu proses pengeringan cat yang telah diapikasi pada suatu permukaan substrat, tanpa memberikan perbedaan hasil yang signifikan pada aplikasi cat tersebut. Sehingga penambahan suatu katalis menjadi hal yang juga dibutuhkan dalam pengaplikasian cat agar lebih efektif efisien terutama masalah waktu. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar efektifitas penambahan katalis yaitu Dibutyltin Dilaurate (DBTDL) pada aplikasi cat acrylic berbasis solvent melalui pengukuran dengan variable

3 konsentrasi penambahan DBTDL dan waktu pengeringan cat menggunakan oven (stoving). Pengujian terhadap hasil aplikasi juga dilakukan untuk mengetahui efek penambahan katalis DBTL terhadap kualitas lapisan film yang terbentuk yaitu dengan uji gloss (daya kilap) dan hardness (nilai kekerasan). 2. LANDASAN TEORI 2.1 Cat Acrylic Cat terdiri atas tiga komponen penting, yaitu: a. Wahana (vehicle), terdiri dari pelarut (solvent) dan resin cat, yaitu zat cair yang menjadikan cat memiliki fluiditas dan bila mengering atau menguap meninggalkan selaput kering yang padat (dry film). b. Pigmen yang tersuspensikan dalam wahana. Pigmen mengendalikan laju korosi atau laju difusi reaktan-reaktan pada selaput kering (dry film). c. Aditif/katalis yang mempercepat proses pengeringan atau memungkinkan lapisan cat kering lebih tahan terhadap lingkungan kerjanya. Kemudian wahana akan menjadi kering melalui salah satu proses berikut : Penguapan solvent dalam wahana. Perubahan kimia, terutama oksidasi terhadap unsur cair dalam wahana. Cat mengering mulai dari permukaannya dan dioleskan atau disemprotkan selapis demi selapis hingga mencapai ketebalan yang dikehendaki. Polimerisasi, yaitu reaksi kimia antara wahana dan agen pengering (hardener) yang dicampurkan ke dalam cat tepat sebelum digunakan yaitu terjadinya reaksi antara isocyanate dengan alkohol membentuk polyurethane. Cat acrylic adalah cat dengan bahan dasar (resin) emulsi polymer acrylic yang memiliki sifat cepat kering. Cat acrylic umumnya ada yang berbasis air dan ada pula yang berbasis solvent. Penelitian ini menggunakan cat acrylic berbasis solvent yaitu bahan cair yang mudah menguap. Cat berbasis solvent banyak digunakan karena memudahkan

4 saat aplikasi dan efisiensi waktu lebih baik dibandingkan cat berbasis air. Struktur Kimia Resin Acrylic 2.2 Katalis Dibutyltin Dilaurate (DBTDL) 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 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 : 1. Untuk meningkatkan reaktivitas kimia antara pengikat dan isocyanate. 2. Untuk mengurangi waktu pengeringan pada suhu kamar. 3. Untuk 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 ini adalah Dibutyltin Dilaurate (DBTDL). DBTDL adalah salah satu jenis katalis organologam yang banyak digunakan sebagai katalis untuk isocyanate/reaksi hidroksil. Kelebihan katalis ini memiliki efek yang sangat kuat pada pembentukan polyurethane, tetapi memiliki efek lemah pada reaksi antara isocyanate dan air. Struktur Kimia DBTDL 2.3 Reaksi Terbentuknya Polyurethane Polyurethane adalah hasil reaksi antara polyisocyanate dengan alkohol atau gugus lainnya yang mempunyai atom hidrogen yang labil atau reaktif misal karboksilat (-COOH) atau air (HOH). Dalam campuran cat, resin dalam cat mengandung gugus alkohol

5 (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 DAN HASIL PENELITIAN Penelitian ini dilakukan pada bulan Februari 2013 selama 1 bulan di Laboratorium Quality Control PT. AkzoNobel Car Refinishes Indonesia yang berlokasi di Jalan Pulo Gadung no.37 Kawasan Industri Pulo Gadung Jakarta Timur. Penelitian ini dapat dikatakan hampir tidak menemukan kendala yang begitu besar karena Laboratorium QC PT. Akzonobel memiliki instrumentasi yang cukup lengkap yang mendukung berlangsungnya penelitian ini. 8

6 3.1 Tahapan Penelitian Pengenceran DBTDL murni Sebelum melakukan percobaan dan aplikasi cat, terlebih dahulu Walaupun pemakaiannya hanya dalam ukuran ppm, memiliki dampak besar dalam reaksi pembentukan polyurethane. Proses pengenceran dilakukan sebagai berikut. 1. DBTDL murni dipipet sebanyak 10 ml. 2. Kemudian dimasukan ke dalam labu ukur 1000 ml. 3. Ditambahkan pelarut organik xylene lalu ditandabataskan hingga 1000 ml. 4. Kocok labu hingga homogen dan semua zat DBTDL larut sampai zat DBTDL yang berwarna kuning tidak terlihat lagi Tahapan aplikasi cat Tahapan aplikasi cat yang dilakukan adalah sebagai berikut. 1. Dimasukan cat acrylic berbasis solvent dalam beaker glass sebanyak 100 ml. 2. Kemudian ditambahkan hardener 50 ml. 3. Ditambahkan thinner sebanyak 15 ml. dilakukan pengenceran DBTDL murni. Hal ini diperlukan karena seperti yang diketahui yaitu pemakaian katalis organologam seperti DBTDL dalam aplikasi cat sangat sedikit. 4. Campuran lalu diaduk menggunakan mixer selama 2 menit dengan kecepatan 600 rpm. 5. Kemudian campuran cat ditambahkan larutan katalis DBTDL yang telah diencerkan sesuai dengan variabel yang akan diuji yaitu 0% (sebagai standar), 2%,4%,8% dan 10% (dari jumlah volume campuran cat). 6. Campuran lalu diaduk lagi menggunakan mixer selama 2 menit dengan kecepatan 600 rpm sampai homogen. 7. Campuran cat kemudian diaplikasikan pada substrat plat ukuran 10 x 15 cm menggunakan mesin spray. Ukuran jarum spraygun yang digunakan 1,5 mm, tekanan angin 3,5 bar, jarak spraygun dengan substrat 10 cm dan jumlah lapisan cat yang akan 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 60 o C.

7 10. Selanjutnya plat dikeluarkan dari 11. Pada tiap-tiap variabel waktu oven sesuai variabel waktu tersebut, panel hasil aplikasi cat pengeringan yang akan diuji yaitu akan dilakukan uji tingkat 10 menit, 20 menit, 30 menit, 45 kekerasan menggunakan alat menit, dan 60 menit. hardness meter dan uji daya kilap 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 60 o C Setelah 10 menit Setelah 20 menit Setelah 30 menit Setelah 45 menit Setelah 60 menit Dilakukan pengujian hardness dan gloss

8 3.1.3 Pengujian hardness dan gloss Pengujian hardness dan gloss dilakukan setelah stoving (pengeringan) menggunakan oven pada suhu 60 o C. Pengujian ini dilakukan untuk menguji kualitas lapisan film hasil aplikasi cat. A. Uji hardness (tingkat kekerasan) berdasarkan ASTM - D4366 Prinsip : Reaksi sempurna pada cat yaitu ditandai terbentuknya lapisan film yang keras pada permukaannya. Tingkat kekerasan (hardness) itu dapat diuji dengan alat hardness meter. Semakin tinggi nilai hardness semakin tinggi tingkat kekerasan lapisan film cat. Alat : Pendulum Hardness Tester Alat : Byk-Gardner Micro-Tri-Gloss meter. B. Uji gloss (daya kilap) berdasarkan ISO 2813 Prinsip : Salah satu sifat visual yang utama dari film cat adalah gloss (daya kilap). Tingkat gloss memiliki pengaruh besar pada kesan pertama dari pengamat tentang cat. Dengan metode ini gloss pada lapisan film cat yang telah teraplikasi dapat diukur pada sudut 20. Semakin tinggi nilai gloss semakin baik pula daya kilapnya.

9 3.2 Hasil Penelitian C DBTDL t OVEN (menit) (menit Uji Tabel Hasil Penelitian DBTDL DBTDL DBTDL DBTDL DBTDL 0 % 2 % 4 % 8 % 10 % (STD) Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec) Gloss (GU) Hardness (sec) Gloss (GU) Kondisi ruang pada saat pengukuran Keterangan: GU = Gloss Unit Suhu (T) : 23 o C Kelembapan (Rh) : 73% Jika hasil pengukuran di atas diplotkan ke dalam bentuk grafik maka dapat digambarkan sebagai berikut.

10 Nilai Hardness (Sec) Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Hardness Konsentrasi DBTDL 0% (STD) 2% 4% 8% 10% Lama Pengeringan di Oven (menit) Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa nilai hardness tertinggi dan stabil yang dicapai sebesar 30 dan 31. Nilai tersebut didapatkan paling cepat pada lama pengeringan 20 menit dengan konsentrasi DBTDL 10%. Kemudian dilanjutkan pada lama pengeringan 30 menit dengan konsentrasi DBTDL 4% dan 8%. Maka dari sini terdapat 3 (tiga) variabel konsenterasi penambahan DBTL yaitu 4%, 8% dan 10% yang sangat efektif mengurangi waktu pengeringan dari waktu pengeringan standar (tanpa penambahan DBTDL). Selanjutnya ketiga variabel ini akan dilihat nilai glossnya untuk dibandingkan.

11 Nilai Gloss (GU) Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Gloss Konsentrasi DBTDL 0% (STD) 2% 4% 8% 10% Lama Pengeringan di Oven (menit) Dari grafik di atas dilihat 3 (tiga) varibel yang ingin dibandingkan nilai glossnya yaitu konsentrasi DBTDL 4%, 8%, dan 10%. Kualitas lapisan film cat yang baik ditunjukkan dengan nilai gloss yang tinggi. Maka didapatkan nilai gloss tertinggi yang dicapai pada waktu pengeringan 20 dan 30 menit yaitu pada konsentrasi penambahan DBTL 4%. 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 kesempurnaan reaksi antara polyol dari resin cat dengan polyisocyanate dari hardener membentuk polyurethane. Nilai hardness menunjukkan nilai kekerasan lapisan film yang terbentuk dari aplikasi cat, semakin tinggi nilai hardness semakin baik aplikasi cat tersebut. 2. Nilai gloss menunjukkan nilai dari daya kilap lapisan film yang terbentuk dari aplikasi cat, semakin tinggi nilai gloss semakin baik pula kualitas aplikasi cat tersebut.

12 3. Nilai hardness pada lapisan film cat meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi DBTL dan lama pengeringan dalam oven. Namun grafik menunjukkan kestabilan nilai hardness tercapai di angka 30 dan 31 yang hanya diperoleh dalam waktu yang cepat (20 dan 30 menit) pada konsentrasi 4%, 8% dan 10%. 4. Sebaliknya nilai gloss pada lapisan film cat menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi DBTDL dan lama pengeringan dalam oven. Kondisi stabil nilai gloss terlihat pada konsentrasi 4%, sedangkan untuk konsentrasi 8% dan 10% menunjukkan penurunan yang drastis. 5. Dari hasil pengujian kualitas didapatkan nilai optimum untuk hardness dan gloss yaitu 30 sec dan dan 85.1 GU. Sehingga dapat disimpulkan bahwa konsentrasi penambahan 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 60 o C 30 menit. 5. DAFTAR PUSTAKA Koleske, Joseph V Paint and Coating Testing Manual. New York Werner J. Blank, Z. A He, Maria E. Picci Catalysis of Blocked Isocyanates with Non-Tin Catalysts Bossert, Carol Introduction to Organotin Chemistry and Application. Pennsylvania AkzoNobel Technical Data Sheet Lessonal 2K Topcoat 320. Jakarta ASTM D Standard Test Methods for Hardness of Organic Coatings by Pendulum Damping Tests ISO Determination of specular gloss of non-metallic paint films at 20 degrees, 60 degrees and 85 degrees 8