8
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
20.000 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-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
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
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
8
(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
3.1 Tahapan Penelitian
3.1.1 Pengenceran
DBTDL
murni
Sebelum melakukan percobaan dan aplikasi cat, terlebih dahulu
dilakukan pengenceran DBTDL murni. Hal ini diperlukan karena seperti yang
diketahui yaitu pemakaian katalis
organologam seperti DBTDL dalam
aplikasi cat sangat sedikit.
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.
3.1.2 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.
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 60oC.
10. Selanjutnya plat dikeluarkan dari
oven sesuai variabel waktu
pengeringan yang akan diuji yaitu 10 menit, 20 menit, 30 menit, 45 menit, dan 60 menit.
11. Pada tiap-tiap variabel waktu
tersebut, panel hasil aplikasi cat
akan dilakukan uji tingkat
kekerasan menggunakan alat
hardness meter dan uji daya kilap menggunakan glossmeter.
Gambar Diagram Percobaan
Dilakukan pengujian hardness dan gloss
Cat acrylic basis solvent 100 ml + hardener 50 ml + thinner 15 ml
Penambahan larutan DBDTL (4%)
Penambahan larutan DBDTL ( 10%)
Flash off 5 menit Pengadukan dengan mixer 600 rpm, 2 menit Dimasukkan ke oven 60oC Pengadukan dengan mixer 600 rpm, 2 menit Penambahan larutan DBDTL (2%) Penambahan larutan DBDTL (8%)
Ukuran jarum spraygun : 1,5 mm Jarak spraygun dan substrat : 10 cm Tekanan angin : 3,5 bar Jumlah lapisan film : 2 lapis
Setelah 20 menit Setelah 30 menit Setelah 45 menit Setelah 60 menit Tanpa penambahan
larutan DBDTL (0%)
Setelah 10 menit
Diaplikasikan ke plat ukran 10 x 15 cm dengan mesin spray
3.1.3 Pengujian
hardness
dan
gloss
Pengujian
hardness
dan
gloss
dilakukan
setelah
stoving
(pengeringan) menggunakan oven
pada suhu 60
oC. 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
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.
Alat :
3.2
Hasil Penelitian
Tabel Hasil Penelitian
Kondisi ruang pada saat pengukuran Keterangan: GU = Gloss Unit
Suhu (T) : 23oC
Kelembapan (Rh) : 73%
Jika hasil pengukuran di atas diplotkan ke dalam bentuk grafik maka dapat digambarkan sebagai berikut.
C DBTDL
DBTDL
0 %
(STD)
DBTDL
2 %
DBTDL
4 %
DBTDL
8 %
DBTDL
10 %
10
Hardness (sec)
13
16
18
21
24
Gloss (GU)
86.9
86.9
86.8
86.0
85.5
20
Hardness (sec)
17
21
24
29
30
Gloss (GU)
86.7
85.5
85.4
83.9
80.7
30
Hardness (sec)
22
26
30
30
31
Gloss (GU)
86.2
85.4
85.1
83.8
80.6
45
Hardness (sec)
25
29
30
30
31
Gloss (GU)
85.8
84.5
84.3
83.7
80.3
60
Hardness (sec)
29
30
30
31
31
Gloss (GU)
85.3
84.4
84.3
83.4
80.3
t OVEN
(menit)
(menit
)
Uji
Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Hardness
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. 0 10 20 30 40 10 20 30 45 60 0% (STD) 2% 4% 8% 10%
Lama Pengeringan di Oven (menit)
Konsentrasi DBTDL N il ai H ar dnes s ( S ec )
Hubungan Antara Konsentrasi Penambahan DBTDL dan Lama Pengeringan di Oven (Stoving) Terhadap Nilai Gloss
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. 75 80 85 90 10 20 30 45 60 0% (STD) 2% 4% 8% 10% Konsentrasi DBTDL
Lama Pengeringan di Oven (menit)
N il ai G lo ss ( G U )
8
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 60oC 30 menit.
5.
DAFTAR PUSTAKA
Koleske, Joseph V. 1995. Paint and Coating Testing Manual. New York
Werner J. Blank, Z. A He, Maria E. Picci. 2005. Catalysis of Blocked Isocyanates with Non-Tin Catalysts
Bossert, Carol. 1992. Introduction to Organotin Chemistry and Application. Pennsylvania
AkzoNobel Technical Data Sheet. 2002. Lessonal 2K Topcoat 320. Jakarta
ASTM D4366-95.2003. Standard Test Methods for Hardness of Organic Coatings by Pendulum Damping Tests
ISO 2813. 1994. Determination of specular gloss of non-metallic paint films at 20 degrees, 60 degrees and 85 degrees
