BOILING POINT
5. Polymerisasi Emulsi
4.6 Drying Oil .1 Pendahuluan
Minyak yang digunakan dalam cat secara garis besar dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu minyak tumbuhan (vegetable oil) dan minyak laut (marine oil). Secara kimia minyak-minyak itu adalah trigliserida-trigliserida, yaitu campuran dari satu molekul gliserin dan tiga molekul asam lemak rantai panjang. Minyak-minyak ini dibedakan pada saat dalam bentuk padatnya bukan pada kondisi cair pada suhu kamar. Minyak bervariasi pada kering/tidaknya tergantung pada derajat non-saturasi dari asam lemak. Drying oil (minyak yang dapat mengering) dikonversi oleh oksigen yang ada pada udara ke material yang kering, padat dan tak larut. Minyak-minyak ini digunakan langsung atau diproses lagi menjadi alkyd, epoxy, urethane atau polymer lain untuk menambah kekuatan dan fiur-fitur lainnya. Non drying oil (minyak yang tak dapat mengering) bertindak sebagai plastisizer untuk polymer-polymer yang dipakai pada dunia cat.
Tidak hanya fitur-fitur secara fisik, tetapi juga faktor ekonomi yang menentukan suatu minyak dipakai pada suatu cat. Drying oil adalah produk alami yang sering mengalami fluktuasi harga sepanjang tahun, dan jika suatu harga minyak melonjak jauh dari lainnya, minyak ini dapat diganti atau dikombinasi dengan yang lain.
gliserol asam lemak
Gambar 4.2 Komposisi trigliserida
Panjang rantai asam lemak dapat bervariasi mulai C9 sampai C22.
1 mol gliserol
3 mol asam lemak
trigliserida 3 mol air
Pada formula diatas, R1, R2, dan R3 berdiri untuk rantai asam lemak. Jika R1, R2, dan R3 adalah sama, trigliserida sederhana muncul. Trigliserida yang terjadi di alam biasanya adalah tipe ini. Reaksi ini adalah reaksi bolak-balik, sehingga jika minyak dihidrolisis akan didapat gliserin dan asam lemak.
Asam Lemak
Keberadaan asam lemak dalam suatu minyak menjelaskan karakteristiknya. Asam lemak terdiri dari grup karboksil tersambaung dalam rantai hidrokarbon. Asam lemak jenuh (saturated) mempunyai rantai-rantai hidrokarbon yang tidak mengandung ikatan ganda (double bond), tiap karbon mempunyai sedikitnya 2 atom hidrogen. Asam-asam lemak dengan rantai yang mengandung ikatan ganda disebut asam lemak tak jenuh (unsaturated). Asam-asam lemak tersebut dapat mempunyai satu, dua, tiga atau lebih ikatan ganda, yang mana posisinya pada rantai bervariasi. Dua ikatan ganda dipisahkan oleh ikatan tunggal disebut conjugated.
Ikatan ganda pada asam lemak tak jenuh adalah reaktif. Reaksi dari oksigen dengan molekul minyak pada ikatan ganda menghasilkan keringnya minyak ; biasanya semakin
besar ke-takjenuhan-nya, semakin baik keringnya. Asam lemak jenuh adalah termasuk non-drying. Asam lemak dengan tiga ikatan ganda mengering paling cepat. Bagaimanapun, selain penambahan ikatan ganda, posisi dari ikatan ganda juga mempengaruhi. Ikatan ganda terkonjugasi berpolimerisasi dan mengering lebih cepat daripada ikatan ganda terisolasi.
Stearic acid
Oleic acid
Linoleic acid
Eleostearic acid
Licanic acid 4.6.2 Raw oil
Minyak, pada kondisi naturalnya, bervariasi pada komposisi. Area geografis dan cuaca pada saat musim pertumbuhan mempengaruhi komposisi suatu minyak. Komposisi juga dapat bervariasi.
Varietas-varietas minyak : Minyak Linseed
Minyak linseed didapat dari biji dari tanaman rami, Linum usitatissimum, L. Biji rami mengandung kadungan minyak rata-rata 35%. Minyak linseed secara historis adalah minyak yang paling penting dalam dunia cat, meskipun saat ini telah berkurang karena munculnya penemuan-penemuan baru, minyak ini masih tetap paling banyak dipakai pada dunia industri. Minyak linseed memiliki laju kering yang sedang. Karena tingginya kandungan asam linoleat, minyak linseed cenderung menjadi kuning (yelowwing) pada lapisan film cat. Minyak ini digunakan untuk cat lukis, cat rumah untuk interior dan sebagai bahan baku produksi resin alkyd.
Minyak Safflower
Biji safflower mengandung 30% minyak. Minyak ini bersifat non yelowwing karena kandungan asam linoleatnya rendah. Fitur-fitur minyak ini diantara minyak linseed dan minyak soya. Minyak ini digunakan untuk produksi resin alkyd.
Minyak Soya
Minyak soya didapat dari biji Soja max., kandungan minyaknya antara 18%. Minyak ini tidak dapat digunakan sendiri pada cat karena bersifat semidrying. Namun minyak ini dapat diproses menjadi alkyd untuk mendapat fitur tahan pudar, air-drying (kering udara), dan bake-drying (kering dipanggang).
Asam lemak tall oil
Minyak tall adalah produk dari proses sulfate dari kertas Kraft. Minyak tall mentah mengandung 6-13% dari bahan tak-tersaponifikasi, sisanya menjadi asam lemak dan asam rosin. Minyak tall dapat difriksionasi dengan distilasi menjadi kandungan rosin sampai 1%. Alkyd dari minyak tall mendekati alkyd dari soya dalam performanya.
Minyak Tung
Minyak tung atau minyak chinawood diambil dari biji ohon tung. Kandungan minyaknya adalah sekitar 50%. Minyak tung mengandung kurang lebih 80% asam eleostearic yang mana adalah minyak terkonjugasi. Minyak tung mengering dengan cepat menjadi film yang keras yang mempunyai ketahanan terhadap air dan alkali dan tahan lama.
Minyak Oiticica
Minyak oiticica didapat dari biji pohon Licania rigida, yang asli dari Brasil. Minyak oiticica adalah unik karena mengandung grup keto-acid. Fitur-fiturnya mirirp dengan minyak Tung, namun mengering lebih lama, dan filmnya lebih rapuh dan lebih tidak tahan air.
Minyak Castor dehydrated
Minyak kastor didapat dari biji kastor (jarak riccinus). Adalah minyak nondrying mengandung grup asam hidroksi. Dengan dehidrasi kimia, grup hidroksil dipindahkan sehingga meninggalkan ikatan ganda. Minyak kastor terdehidrasi adalah minyak drying reaktif dengan film yang tahan pudar.
Minyak ikan
Minyak ini disdapat dari sarden dan menhaden. Minyak ikna mengandung banyak asam lemak tak jenuh ditambah asam nondrying dengan daya tahan warna yang baik, namun masih sedikit lengket walaupun kering.
Minyak kelapa
Minyak kelapa didapat dari kopra, bungkil kelapa kering mengandung minyak hingga 65%. Minyak ini termasuk nondrying dengan fleksibilitas yang baik dan tahan pudar.
Minyak cottonseed
Minyak cottonseeed adalah produk dari kapas, minyak nondrying yang lebih murah dari minyak kelapa namun kualitasnya lebih buruk.
Ektraksi minyak
Minyak didapat dari biji, bungkil atau material lain dengan ekastraksi press, ekstraksi solvent atau kombinasi keduanya. Pada ekstraksi press, langkah utama adalah pembersihan, penumbukan, pemasakan kukus dan di press pada plat press. Pada ekstraksi
solvent, langkah-langkahnya sama namun minyak-minyak ini diekstrak dengan solvent seperti heksana. Minyak-minyak yang dihasilkan dari metode ini dinamakan minyak mentah (raw oil)
Refining (pemurnian)
Minyak-minyak yang masih mentah tersebut dapat dihilangkan bahan-bahan takmurninya melalui proses yang dinamakan refining. Ada beberapa metode refining secara umum dibagi menjadi tiga yaitu : mekanis, asam dan basa.
Pada pemurnian mekanis, oil pertama-tama di treatment dengan air 2% pada suhu 1800F dan di-sentrifuse. Ini akan mengumpulkan dan menghilangkan kotoran. Hasilnya adalah minyak non-break, artinya tidak terdapat pemisahan dari material padat ketika dipanaskan samapai suhu 6000F. Untuk warna yang lebih pucat, minyak non-break tersebut di treatment dengan peroksida organik atau penyerap warna seperti bentonite.
Pemurnian asam dikerjakan dengan asam sulfat. Ketika warna yang lebih terang diinginkan, bleaching clay seperti bentonite dapat ditambahkan kemudian dilakukan penyaringan.
Minyak dengan pemurnian sistem alkali paling banyak digunakan. Larutan sodium hidroksida ditambahkan ke dalam minyak mentah untuk mengurangi nilai asam dibawah 0.3. Keasaman yang rendah memberikan warna yang baik pada vernish. Alkali juga menyerap kotoran-kotoran, phosphatide dan warna.
4.6.3 Processed and treated oil
Minyak mentah dapat langsung digunakan pada formula cat. Namun, pada banyak kasus, minyak-minyak ini diproses dahulu sebelum dipakai.
Boiled oil adalah istilah untuk minyak linseed yang dibuat dengan pengering logam dan kemudian dipanaskan.
Minyak terpolimerisasi panas dibuat dengan memanaskan minyak bebas pecah sampai kekentalan yang diinginkan dicapai. Temperatur yang optimum untuk pemanasan adalah antara 550 – 6000F. Kekentalan sampai Z9, dapat dicapai, ini adalah proses polimerisasi.
Proses polimerisasi rantai asam lemak
Blown oil dibuat dengan cara mengalirkan gelembung udara ke dalam minyak pada temperatur 180-2300F. Ini menimbulkan oksidasi parsial dari minyak, sebuah pengurangan dalam ke-takjenuhan dan polimerisasi. Saat proses blowing, minyak mengalamin pertambahan berat dengan penambahan oksigen.
Tabel 4.1 menunjukkan perubahan-perubahan pada pembentukan (bodying) minyak linseed termurnikan dengan metode alkali. Saat tahap pertama pemanasan, warna dari minyak linseed menjadi terang kemudian menjadi gelap. Pembentukan asam bebas dan warna sesuai dengan dekomposisi oksdasi pada saat pemanasan ketel terbuka. Ketika pembentukan dilakukan pada tekanan rendah atau dibawah 1 atmosfer, perubahan-perubahan ini dapa diminimalisir. Penambahan nilai iodine adalah hasil dari saturasi dari ikatan ganda karbon dan hasilnya tumbuh pada berat molekul sebagai refleksi pada penambahan berat jenis. Minyak linseed bentukan mengering satu sampai enam kali leibih cepat dibanding minyak mentah. Secara umum, terdapat hubungan yang baikl antara laju kering dari suatu minyak dan laju pembentukan.
4.6.4 MODIFIED OIL Maleic Treated Oil
Dibuat dengan cara memansakan minyak tak jenuh dengan 2-10% maleic anhydride. Maleic anhydride bereaksi dengan minyak pada ikatan ganda. Maleic anhydride bereaksi lebih cepat dengan ikatan ganda terkonjugasi.
Minyak yang di treatment dengan maleic dapat dibuat larut air dengan cara mereaksikannya dengan amoniak atau amine. Untuk sistem solven, sejak minyak tersebut bersifat asam, minyak tersebut direaksikan dan dinetralisir dengan suatu polyol. Maleic anhydride juga bereaksi dengan asam tak terkonjugasi. Penambahan fungsional dari minyak yang di treatment dengan maleic menjelaskan peningkatan-peningkatan fitur, terutama laju pembentukan yang lebih cepat, kecepatan kering, dan ketahanan air dari minyak tall dan soya yang din treatment.
Copolymer Oil
Minyak kopolimer dibuat dengan proses pemanasan sebuah minyak tak jenuh dengan monomer reaktif seperti styrene atau vinyltoluene. Dengan minyak terkonjugasi seperti minyak tung, kopolimer dibentuk Bagaimanapun, dengan minyak seperti minyak linseed, polimer dalam jumlah besar dibentuk sehingga minyak adalah campuran besar antara homopolymer dan minyak. Masalah utama pada styrenasi minyak adalah untuk mendapat produk yang homogen dan mengering membentuk lapisan yang bening. Minyka terstyrenasi adalah minyka cepat kering dan mempunyai ketahanan pudar dan ketahanan terhadap air yang baik, namun mempunyai ketahanan terhadap solvent yang buruk.
Epoxidized Oil
Minyak terepoksidisasi dibuat dari reaksi minyak tak jenuh dengan asam perasetat. Ikatan gandanya terkonversi menjadi grup-grup epoxy atau oxyrane. Material ini dipakai sebagai plastisizer.
4.6.5 DRYING FENOMENA
Ketika film minyak drying diekspos ke udara, oksigen masuk ke dalam film yang masih basah. Oksigen membentuk peroksida-peroksida dan hidroperoksida-hidroperoksida pada ikatan ganda dan grup pendamping –CH2– yang cukup reaktif, sebagai ikatan ganda untuk merka sendiri. Formasi peroksida akan memindah ikatan ganda yang dapat dideteksi melalui pengurangan nilai iodine.
Formasi hidroperoksida akan mengambil tempat sebagai berikut :
Sekarang secaraumum dapat dipercaya bahwa polimerisasi oksidasi dari minyak drying dibuat melalui terbentuknya radikal-radikalbebas dengan dekomposisi dari peroksida-peroksida dan hidroperoksida-hidroperoksida. Polimerisasi adisi dimulai oleh radikal-radikal bebas kemudian diproses dengan meng-cross-link (lintas jalur) dari rantai ke rantai melalui ikatan ganda.
Campuran logam tertentu yang mengandung cobalt, manganese, lead, dan lain-lain mempercepat fenomena polimerisasi oksidasi ini.
Tabel 4.2 Klasifikasi minyak secara luas
Drying Semi drying Non drying
Linseed Tung Oiticica Kastor terdehidrasi Ikan Safflower Soya
Asam tall oil
Cottonseed Castor Kelapa
Minyak drying sering diklasifikasikan sebagai minyak keras dan lunak. Minyak keras adalah minyak yang kering dengan cepat, memberikan film yang keras, dan berpolimerisasi panas dengan cepat. Minyak keras adalah minyak tung, oiticica dan kastor
terdehidrasi. Minyak keras mengandung asam lemak terkonjugasi yang membuat cepat kering. Pada asam lemak normal, ikatan gandanya terisolasi, sebaliknya pada asam lemak terkonjugasi, ikatan gandanya urut dan sehingga lebih reaktif.
4.7 Resin Alkyd