Pada tinta inkjet waterbased, solvent utamanya adalah air dengan komposisi 50-90% dari total berat tinta, namun untuk menambah properti tinta seperti karakterisitik pengeringan dan sebagai penetrating agent/penetrant, diperlukan solvent pembantu atau co-solvent. Co-solvent dalam tinta inkjet ini adalah bahan organik volatil (VOC) yang larut air, komposisi co-solvent mengambil 10-40% dari total berat tinta.
Solvent yang paling banyak digunakan adalah solvent kimia organik (mengandung karbon). Ini dinamakan solvent organik. Solvent biasanya mempunyai titik didih yang rendah dan mudah menguap, atau mudah dihilangkan dengan distilasi, sehingga meninggalkan substansi yang dilarutkan. Karenanya kemudian muncul istilah VOC (volatile organik compound) yang artinya kimia organik yang memiliki tekanan uap yang cukup pada kondisi normal untuk menguap dan memasuki atmosfer. Material berbasi karbon seperti aldehid, ketone, dan hidrokarbon adalah VOC.
Solvent harus tidak bereaksi kimia dengan material yang dilarutkan. Solvent biasanya adalah bening dan cairan takberwarna dan kebanyakan mempunyai bau yang khas. Konsentrasi dari sebuah larutan adalah jumlah material yang dilarutkan dalam volume tertentu suatu solvent. Solubility (tingkat kelarutan adalah) jumlah maksimal suatu material yang larut pada volume tertentu suatu solvent pada temperatur tertentu.
6.2 Klasifikasi solvent 6.2.1 Bahan Dasar
Secara garis besar solvent dibagi menjadi dua bagian yaitu solvent hidrokarbon dan solvent oxygenated. Solvent oxygenated juga disebut sebagai ”solvent kimia”, sebuah istilah
karena solvent hidrokarbon dibuat hanya dari turunan minyak bumi, dan solvent oxygenated dibuat dari sintesa kimia. Solvent hidrokarbon hanya mengandung karbon dan hidrogen. Material lain seperti sulfur dan logam berat, yang mungkin ada pada raw material dari solvent dikurangi sampai bagian perjuta (ppm) atau kurang saat fabrikasi. Terdapat empat kombinasi solvent hidrokarbon komersial, sendiri, atau kombinasi,
yaitu :
a. hidrokarbon rantai lurus tersaturasi, disebut sebagai parafin linier/normal (-n) b. hidrokarbon rantai bercabang (branched) tersaturasi, disebut isoparrafin c. hidrokarbon siklik tersaturasi, disebut naftena atau cycloparaffin
d. hidrokarbon siklik tak-tersaturasi, disebut aromatik. Contoh dari tipe-tipenya dapat dilihat pada tabel 6.1
Tipe Solvent Kandungan
Straight run Paraffin linier SBP (special boiling point) naphta petroleum fraction Parafin bercabang,Naphtena,Aromatik White Spirit
Dearomatized Paraffin linier Exxsol D (Exxon Chemical
petroleum Parafin bercabang Shellsol D (Shell Chemical) fraction Naphtena Aromatik 1% Isopar (Exxon Chemical)
Isoparaffinic Isoparaffin Shellsol T (Shell Chemical) fraction Naphtena 5% Toluene, Xylene Solvesso (Exxon Chemical), Aromatic Fraction Aromatik 99% Cyclohexane
Naphtenic fraction Naphtena 95% Methyl cyclohexane,Nappar (Exxon Chemical) Tabel 6.1 Solvent hidrokarbon komersial
Oxygenated solvent mengandung oksigen sebagai tambahan dari karbon dan hidrogen. Banyak tipe dari oxygenated solvent yang dipakai dalam cat, tipe - tipe yang utama adalah keton, ester alkohol, glikol eter, glikol eter asetat. Ini diilustrasikan pada tabel 6.2.
Properti oxygenated solvent bervariasi sesuai dengan klasifikasinya. Keton, akan melarutkan resin vinyl, alkohol tidak. Struktur kimia dari solvent juga mempengaruhi properti fisiknya. Alkohol, yang adalah ikatan hidrogen kuat, mempunyai tekanan uap lebih dari tipe - tipe oksigenated yang lain dengan titik didih yang sama. Methyl ethyl keton dan isopropil alkohol adalah contohnya. Keduanya mempunyai titik didih antara 79o C sampai 82o C. Laju evaporasi dari keton adalah dua kali dari alkohol.
Tipe Formula Contoh Merk
solvent Dagang
Keton methyl ethyl
ketone
Ester n-butyl acetate
Alkohol isopropyl alcohol
Glikol ethylene Butyl
eter glycol cellosolve
monobutyl ether
Glikol propylene Dowanol
eter glycol PMA
acetate monomethyl ether acetate
Tabel 6.2 Solvent oxygenated
6.2.2 Polaritas
Kriteria kedua adalah “serupa melarutkan serupa”. Bahan polar kuat seperti garam meja atau gula hanya akan larut di solvent yang sangat polar, seperti air. Dimana bahan yang sangat tidak polar seperti lilin atau minyak hanya akan larut pada solvent yang sangat tidak polar seperti heksana. Sama dengan reaktannya, sesama solvent yaitu air dan heksana juga tidak saling larut satu sama lain. Terdapat 3 pengukuran untuk polaritas suatu solvent yaitu :
1. Momen Dipole 2. Konstanta Dielektrik 3. Kelarutannya dengan air
Molekul dengan momen dipole yang besar dan konstanta dielektrik yang tinggi disebut polar. Mereka yang mempunyai momen dipole dengan konstanta dielektrik rendah diklasifikasikan sebagai non-polar. Pada dasar operasionalnya, solvent yang larut air adalah polar, dan yang tidak larut adalah non non-polar.
Para kimiawan telah mengklasifikasikan solvent ke dalam tiga kategori menurut polaritasnya, yaitu : 1. Polar Protik 2. Dipolar Protik 3. Non Polar 6.2.2.1 Polar Protik
Dimulai dari kata sifat protik, pada konteks yang digunakan disini, protik adalah atom hidrogen yang diikatkan ke sebuah atom elektronegatif. Untuk tujuan ini, atom elektronegatif adalah oksigen. Dengan kata lain, solvent polar protik adalah bahan yang dapat direpresentasikan dengan formula umum ROH. Polaritas dari solvent polar protik dimulai dari ikatan dipole dari ikatan O—H. Perbedaan besar pada elektronegativitas dari atom oksigen dan atom hidrogen, dikombinasi dengan hidrogen atom yang berukuran kecil, menjamin memisahnya molekul yang mengandung grup O—H dari bahan polar yang aslinya tidak. Contoh dari solvent polar protik adalah : air (HOH), methanol (CH3OH), dan acetic acid (CH3CO2H)
6.2.2.2 Dipolar Aprotik
Kata kunci di kategori ini adalah aprotik, pada konteks yang dignakan disini, aprotik menjelaskan sebuah molekul yang tidak mengandung sebuah ikatan O—H. Solvent pada kelas ini semuanya mengandung sebuah ikatan yang mempunyai sebuah ikatan dipole yang besar. Ikatan ini adalah ikatan jamak antara karbon dengan oksigen atau nitrogen. Hampir semua solvent dipolar aprotik mempunyai sebuah ikatan ganda C—O. Contohnya adalah acetone [(CH3)2C=O] dan ethyl acetate (CH3CO2CH2CH3).
6.2.2.3 Non-Polar
Solvent non polar adala bahan yang mempunyai konstantadielektrik rendah dan tidak larut air. Contohnya adalah benzene(C6H6), carbon tetrachloride (CCl4), dan diethyl ether(CH3CH2OCH2CH3).
6.3 Co-Solvent Pada Tinta Inkjet 6.3.1 Alkohol
Gambar 6.1 Grup fungsional molekul alkohol
Dalam kimia, alkohol (diterjemahkan dari bahasa arab alkohol) adalah suatu compound/bahan organik dimana sebuah grup hiroksil (-OH) diikatkan pada atom karbon dari sebuah grup alkyl atau grup alkyl tersubstitusi. Formula umum untuk sebuah alkohol asiklik sederhana adalah CnH2n+1OH. Grup hidroksil secara umum membuat molekul alkohol polar. Grup-grup tersebut dapat membentuk ikatan hidrogen dari satu ke lainnya dan ke compound lain. Ikatan hidrogen artinya alkohol dapat digunakan sebagai solvent protik. Dua tren kelarutan alkohol adalah : kecenderungan OH polar untuk membuatnya larut air , dan rantai karbon untuk menahannya.
Gambar 6.2 Struktur alkohol
Methanol, ethanol, propanol, adalah larut air karena grup hidroksil lebih kuat dari rantai karbon pendek. Butanol, dengan 4 karbon atom, sedikit larut dalam air karena keseimbangan grup hidroksil dan rantai karbon. Alkohol yang mempunyai lima atau lebih rantai karbon (pentanol dan selebihnya) adalalah tak larut air karena dominasi rantai hidrokarbon.
6.3.2 Glykol
Gambar 6.3 Ethylene Glycol
Glikol atau diol adalah bahan kimia yang mengandung dua grup hidroksil (grup -OH). Diol vicinal mempunyai grup hidroksil yang dirangkaikan ke atom sebelahnya. Contoh dari diol vicinal adalah ethylene glycol dan propylene glycol. Diol geminal mempunyai grup hidroksil terikat pada atom yang sama contohnya carbonic acid. 1, 4-butanediol dan bisphenol-A adalah contoh dari glikol yang grup hidroksi fungsionalnya terpisah lebih jauh.
6.3.3 Glycol Ether
Glikol ether adalah grup dari solvent yang berbasis alkyl
ether dari ethylene glycol, juga dikenal dengan cellosolve. Solvent ini mempunyai titik didih yang tinggi. Glikol ether yang asli adalah ethyl cellosolve. Glycol ether juga dapat diturunkan dari ethylene glycol. Glikol ether meliputi :
∀ Ethylene glycol monomethyl ether (2-methoxyethanol,CH3OCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol monoethyl ether (2-ethoxyethanol, CH3CH2OCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol monopropyl ether (2-propoxyethanol, CH3CH2CH2OCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol monoisopropyl ether (2-isopropoxyethanol, (CH3)2CHOCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol monobutyl ether (2-butoxyethanol, CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol mono phenyl ether (2-phenoxyethanol, C6H5OCH2CH2OH)
∀ Ethylene glycol monobenzyl ether (2-benzyloxyethanol, C6H5CH2OCH2CH2OH)
∀ Diethylene glycol monoethyl ether (2-(2-ethoxyethoxy) ethanol, carbitol cellosolve,
CH3CH2OCH2CH2OCH2CH2OH)
∀ Diethylene glycol mono-n-butyl ether (2-(2-butoxyethoxy)ethanol,
6.3.4 Lactam
Gambar 6.4 Struktur umum lactam dari β-lactam, a γ-lactam and a δ-lactam.
Lactam berasal dari kata lactone amide, adalah sebuah amida siklik. Huruf awal mengindikasikan ukuran lingkar : β-lactam (4-membered), γ-lactam (5-membered), δ-lactam(6-
membered). Grup lactam yang dipakai sebagai co-solvent pada tinta inkjet contohnya adalah
N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) dan 2-Pyrrolidone.
NMP
N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) adalah bahan kimia dengan strukur lactam 5-membered.
Adalah cairan bening sedikit kekuningan yang larut dengan air dan solvent seperti ethyl acetate, chloroform, benzena, alkohol rendah dan keton. Nama lainnya adalah : 1-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidinone and m-pyrrole.
Methylpyrrolidone
Nama kimia 1-Methyl-2-pyrrolidone Formula kimia C5H9NO
Berat Molekul 99.13 g/mol
CAS number [872-50-4]
Densitas 1.028 g/cm3
Titik leleh −24 °C Titik didih 202 °C
2-Pyrrolidone
2-Pyrrolidone adalah bahan organik yang mengandung lactam 5-membered. Adalah cairan
bening yang bertitik didih tinggi, solvent polar non-korosif, dan untuk aplikasi yang luas. Adalah larut pada bermacam-macam solvent seperti air, ethanol, diethyl ether, chloroform, benzene, ethyl acetate dan carbon disulfide.
2-Pyrrolidone
Nama kimia 2-Pyrrolidone Formula kimia C4H7NO Berat Molekul 85.11 g/mol
CAS number [616-45-5]
Densitas 1.116 g/cm³ Titik leleh <25 °C Titik didih 245 °C
BAB VII SURFACTANT