Penentuan Komposisi Campuran Cat Bakar Akrilat untuk Aplikasi pada Media Plastik Polipropilena
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 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
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 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