Sumber Aneka Karya Abadi - Your trusted partner for laboratory instrument

Cat berkualitas tinggi dibuat dari bahan berkualitas tinggi dengan campuran komponen yang tepat. Bahan pengujian sangat penting bagi produsen untuk menjaga kualitas produk. Untuk memastikan bahwa cat memiliki campuran komponen yang tepat, produsen melakukan pengujian kadar padatan total (kadar bahan tidak menguap).  Dalam hal ini, ASTM Test Methods for Volatile Contents of Coating D2369 dapat digunakan untuk menentukan kadar padatan total dari cat dan diadaptasi oleh SNI 3564: 2009 untuk Cat Tembok Emulsi sebagai salah satu parameter  penentu kualitas dari cat.

 

Cat

Cat adalah segala cairan berpigmen, dapat dicairkan, atau komposisi damar wangi padat yang dapat diaplikasikan ke substrat dalam lapisan tipis dan diubah menjadi film padat. Cat merupakan salah satu jenis coating yang paling praktis dalam cara penerapannya karena dapat diaplikasikan di berbagai tempat dengan cara yang sangat sederhana. Cat digunakan untuk melindungi, mewarnai, atau memberikan tekstur pada objek. Umumnya, cat tersedia dalam berbagai warna dan jenis, baik dalam bentuk cat air atau sintesis. Meski dalam aplikasinya sebagai cairan, tetapi sebagian besar jenis cat akan mengering menjadi padatan. Cat juga dapat dibagi jenisnya berdasarkan bahan dasar penyusunnya, yaitu cat berbasis minyak dan cat berbasis air dengan karakteristik yang berbeda satu sama lain.

 

Komponen dalam Cat

Cat terbuat dari pigmen, pengikat (binder), dan pelarut (solvent). Pengikat menyatukan pigmen; pelarut mengubah pengikat dan pigmen menjadi cairan yang lebih tipis dan mudah menyebar.

1.Pigmen

Pigmen adalah bahan kimia warna dalam cat. Pigmen terlihat sebagai warna tertentu karena memantulkan beberapa panjang gelombang cahaya dan menyerap yang lain. Secara tradisional, senyawa logam (garam) digunakan untuk membuat warna yang berbeda, misalnya, titanium dioksida (bahan kimia putih cerah sering ditemukan di pasir) digunakan untuk membuat cat putih, oksida besi membuat cat kuning, merah, coklat, atau, dan kromium oksida membuat cat berwarna hijau. Hitam (bisa dibilang bukan warna) berasal dari partikel karbon. Pigmen yang berbeda dicampur bersama untuk membuat cat dengan warna apa pun.

2. Pengikat

Pigmen biasanya merupakan padatan, jadi tidak bisa digunakan sendiri. Pigmen akan sulit untuk diaplikasikan, tidak akan menyebar secara merata, tidak akan menempel pada kertas atau dinding, dan akan langsung tercuci jika basah. Oleh karena itu, cat harus mengandung zat yang disebut pengikat. Tugas pengikat adalah merekatkan partikel pigmen satu sama lain, tetapi juga untuk membuatnya menempel pada permukaan. Beberapa pengikat terbuat dari minyak alami seperti minyak biji rami, tetapi kebanyakan sekarang terbuat dari plastik sintetis.

3. Pelarut

Seperti namanya, pelarut adalah sesuatu yang melarutkan sesuatu yang lain. Tugas pelarut adalah membuat pigmen dan pengikat menjadi cairan yang lebih tipis dan lebih kental (lebih mudah mengalir) yang akan menyebar secara merata (itu sebabnya pelarut cat kadang-kadang disebut pengencer). Setelah cat telah menyebar, pelarut menguap ke udara, meninggalkan cat merata dan kering di bawahnya.

Air adalah pelarut paling terkenal dan paling serbaguna yang dimiliki dan banyak digunakan dalam cat berbasis air (water-based paints), termasuk emulsi (untuk dinding) dan cat air (untuk lukisan). Salah satu keuntungan besar dari cat berbahan dasar air adalah cat tersebut relatif mudah dibersihkan. Cat lain (termasuk cat minyak dan cat mengkilap) menggunakan pelarut kuat dari bahan kimia organik (berbasis karbon) yang diekstraksi dari minyak bumi, seperti naptha. Cat berbasis minyak lebih sulit dibersihkan jika tumpah pada pakaian atau karpet. (Air tidak akan banyak berguna, yang dibutuhkan adalah pelarut organik untuk melarutkannya).

 

Kadar Padatan Total (Kadar bahan tidak menguap)

Bahan yang tidak mudah menguap didefinisikan sebagai kandungan pelapis yang tersisa setelah semua air, pelarut dan volatil lainnya telah diuapkan atau dihilangkan. Jumlah bahan tidak mudah menguap dalam cat atau pelapis dapat dinyatakan sebagai berat atau volume. Informasi ini berguna bagi produsen dan pengguna untuk menentukan total padatan yang tersedia dalam komponen cat.

Kuantitas bahan yang tidak mudah menguap dalam cat juga dapat digunakan untuk menentukan persentase kandungan volatil. Kandungan senyawa yang mudah menguap dalam cat adalah bahan organik (Volatile Organic Compound (VOC)) sehingga sangat berguna bagi otoritas lokal karena VOC dapat memiliki efek buruk pada lingkungan. Peraturan kesehatan dan keselamatan modern memberlakukan pembatasan pada jumlah total senyawa volatil yang diperbolehkan dalam produk seperti cat, pelapis dan pelarut. Selain itu, banyak konsumen sekarang membuat keputusan sadar untuk membeli pelapis yang ditunjuk sebagai VOC rendah. Karena itu, banyak produsen cat dan pelapis merespons dengan memproduksi produk dengan jumlah bahan volatil yang lebih sedikit.

Kadar bahan volatil yang berlebihan atau kurang dari suatu zat dapat berdampak buruk pada sifat fisik suatu bahan. Kadar volatile compound akan menentukan, misalnya, umur simpan produk, reaktivitas senyawa kimia, atau sifat mengikat bahan.  Salah satu metode yang digunakan untuk menentukan kadar bahan volatil sampel yaitu penyusutan berat dengan pengeringan (loss on drying). Metode tersebut berkerja secara termogravimetri.

 

Metode Pengeringan secara Termogravimetri

Ada beberapa jenis metode pengeringan secara termogravimetri:

• Oven

Pada metode pengeringan oven, selain air yang menguap, ada juga bahan yang sedikit mudah menguap. Seringkali sampel tidak dikeringkan sepenuhnya karena pemanasan yang lemah dengan cara panas konveksi. Nilai pengukuran di atas kadar air tetapi di bawah kadar kelembaban total.

• Pengering Infrared atau halogen (Moisture Analyzer)

Pada metode ini, yang menguap adalah air dan bahan yang sangat atau hampir tidak mudah menguap. Kelembaban total sampel ditentukan oleh pemanasan intensif menggunakan metode pengeringan penyerapan. Dalam kebanyakan kasus, nilai pengukuran berada di atas metode referensi pengeringan oven.

• Pengering microwave

Microwave bekerja dengan penyerapan dan pengeringan sehingga dalam hal ini selain air, yang menguap adalah hanya bahan yang sangat mudah menguap dan menguap dalam jumlah yang rendah. Nilai pengukuran ini sangat dekat pada kadar air dan dengan demikian, hasil nilai ini dikategorikan berada dibawah nilai metode oven.

 

Tedapat dua cara yang dapat digunakan untuk menentukan Kadar Padatan Total dalam cat, yaitu dengan cara konvensional menggunakan oven dan dengan cara modern menggunakan moisture analyzer yang dapat dijabarkan sebagai berikut:

• Metode Oven

Dalam pengujian kadar padatan total, ASTM D2369 adalah pilihan prosedur yang menjadi acuan, dimana dalam prosedur tersebut, yang ditentukan adalah bahan yang mudah menguap. Dalam prosedur ASTM D2369 tersebut, yang digunakan yaitu metode oven dan disetujui dari tahun 1965. Dalam metode oven ASTM D2369, sejumlah sampel ditimbang dalam piring aluminium foil yang mengandung 3 ml pelarut yang sesuai (pure water, toluene p.a atau Ethoxy Ethil Acetate p.a , didispersikan, dan dipanaskan dalam oven pada 110 ± 5º C selama 60 menit. Persentase bahan volatil dihitung dari penurunan/penyusutan berat sampel.

V= 100 – [(W2-W1)/S x 100%}

dengan :

W1 = adalah berat cawan, gram;

W2 = adalah berat cawan + contoh setelah pemanasan, gram;

S = adalah berat contoh, gram.

 

Kemudian, nilai kadar padatan total:

N = 100 – V

Meski masih terdapat kekurangan pada metode ini seperti waktu analisis yang cukup lama sehingga bila terjadi masalah manufaktur  maka tidak bisa segera ditangani, namun metode ini masih menjadi pilihan sebagian pelaku industri dan masih efisien untuk dilakukan.

 

• Metode Halogen Mositure Analyzer

Meski penggunaan oven masih lazim, namun terdapat alternatif alat yang lebih praktis dan efektif dalam menentukan Kadar Padatan Total, yaitu dengan menggunakan Moisture Analzyer. Hal ini karena alat tersebut dapat memberikan hasil yang sebanding dengan metode oven dan memberikan waktu pengerjaan singkat dari jam (2-3 jam) menjadi menit (5-15menit). Selain itu, alat ini bekerja secara termogravimetri. Setelah didapatkan hasil (V) dari alat, maka pengguna hanya akan mengunakan satu rumus untuk mendapatkan nilai padatan total (N) yaitu sebagai berikut:

N = 100 – V

Pengukuran kadar padatan total berdasar pengukuran bahan volatile (moisture content/ volatile content) menggunakan halogen moisture analyzer menghasilkan pengukuran yang cepat dan terpercaya karena 

Halogen Moisture Analyzer

Cara kerja dari instrument ini yaitu sampel ditimbang dan dipanaskan oleh lampu halogen. Penurunan berat sampel dicatat terus menerus dan pengeringan akan selesai sesuai dengan kriteria yang ditentukan. Kadar bahan volatil dihitung secara otomatis dari perbedaan berat. Pengeringan dengan lampu halogen adalah pengembangan lebih lanjut dari pengeringan metode infrared (IR).

Gambar 1. Halogen Moisture Analyzer

Selama proses pengeringan dalam halogen moisture analyzer, sampel menyerap radiasi inframerah dari lampu halogen. Radiasi menembus sebagian besar sampel dan diubah di sana dalam energi panas. Dengan cara ini, sampel dipanaskan dengan sangat cepat.

Bagian rendah dari radiasi direfleksikan oleh sampel atau melewatinya. Jumlah radiasi yang dipantulkan sebagian besar bergantung pada fakta apakah sampel tersebut terang atau gelap. Bagaimanapun, suhu pengeringan yang sedikit lebih rendah harus dipilih untuk bahan yang lebih gelap daripada untuk sampel yang lebih terang.

Kedalaman penetrasi radiasi IR tergantung pada permeabilitas sampel. Pada permeabilitas yang lebih rendah, radiasi IR hanya menembus lapisan atas. Dengan demikian konduktivitas panas dari zat ini menentukan untuk pengangkutan panas lebih lanjut ke lapisan yang lebih dalam. Semakin tinggi konduktivitas panas semakin cepat dan homogen sampel dipanaskan. Ini adalah alasan mengapa zat tersebut harus didistribusikan secara merata dan dalam lapisan tipis di pan sampel.

 

 

Referensi:

Application Notes Moisture Analyzer KERN & Sohn GmbH (http://dok.kern-sohn.com/manuals/files/English/Application%20Note_Moisture%20analyzer-ZB-e-1210.pdf)

SNI 3564: 2009 untuk Cat Tembok Emulsi

https://www.adhesivesmag.com/articles/92694-determining-the-volatile-content-of-coatings

https://www.astm.org/Standards/D2369.htm

http://architectureideas.info/2009/01/paints-architects-advice/

https://www.explainthatstuff.com/howpaintworks.html

https://www.corrosionpedia.com/definition/2258/nonvolatile-matter-nvm