SOLVENT

 

Seperti sudah dijelaskan dalam bagian sebelumnya bahwa masing-masing komponen penyususun cat mempunyai fungsi dan peran yang berbeda-beda. Resin membentuk film dan memberi kontribusi terhadap karakter film yang terbentuk, sedang pigment disamping memberi warna juga berfungsi menambah kekuatan mekanis film. 

Bagaimana dengan solvent ? Sekalipun setelah pemakaian solvent akan terbuang ke lingkungan dan tidak menjadi bagian dari lapisan cat, namun peran solvent selama proses pembuatan, penyimpanan dan pemakaian cat, memperlihatkan peran yang dominan dibanding komponen lainnya.

Pada saat pembuatan cat, solvent memberi kontribusi sedemikian rupa sehingga campuran mempunyai kekentalan yang pas untuk diproses: diaduk, dicampur, digiling dan lain-lain. Dengan penambahan solvent yang tepat dan cukup akan menurunkan kekentalan dari resin atau campuran pada suatu titik dimana kekentalannya memenuhi syarat untuk masing-masing proses.

Demikian halnya pada saat pemakaian cat, dengan penambahan jenis solvent yang tepat dan dengan takaran pas, maka cat bisa dikuas, dispray atau dilumurkan dengan mudah pada obyek yang akan dicat. Komposi solvent yang tepat juga memberi pengaruh optimal pula pada mekanisme penguapan dari solvent-solvent yang ada, sehingga akan membentuk film yang maksimal karakteristiknya, baik textur permukaannya, sifat kilapnya maupun kecepatan keringnya.

Cat merupakan sebuah system campuran yang kompleks, ada padatan (solute) yang terlarut atau terdispersi dalam pelarut cair (solvent), ada juga cairan (solvent active) yang terlarut dalam cairan lain (diluent). Jadi definisi solvent adalah cairan (biasanya mudah menguap) yang berperan melarutkan atau mendispersi komponen-komponen pembentuk film (resin, pigment dan/atau additive) yang akan menguap terbuang ke lingkungan selama proses pengeringan. 

Membicarakan solvent tidak bisa lepas dari thinner, karena keduanya saling berkaitan satu dengan yang lain. Thinner adalah campuran beberapa solvent yang dipakai untuk melarutkan resin di dalam cat atau mengencerkan cat selama penggunaan. Di dalam prakteknya resin atau cat dilarutkan oleh tidak hanya satu jenis solvent , tetapi oleh beberapa  macam kategori solvent. Bagaimana dengan cat water base, solvent dan thinner-nya adalah setali tiga uang atau sama saja, yaitu air. Untuk cat jenis water base dimana air adalah sebagai pelarutnya, tidak akan dibahas dibagian ini.  

 

 

PENGGOLONGAN SOLVENT

Solvent biasanya dibagi berdasarkan struktur kimia atau karakteristik fisikanya. Penggolongan solvent berdasarkan struktur kimia adalah sebagai berikut:

1. Hidrokarbon

Sesuai namanya maka pada golongan ini terdiri dari solvent-solvent dimana unsur hidrogen (H) dan carbon (C) menjadi struktur dasarnya. Golongan ini terbagi lagi menjadi tiga sub golongan, yaitu: aliphatis, aromatis dan halogenated hidrokarbon. Sedang sub golongan aliphatis dibagi lagi menjadi aliphatis jenuh (saturated) dan tidak jenuh (unsaturated). Solvent-solvent golongan hidrokarbon hampir seluruhnya berasal dari hasil distilasi minyak bumi yang  merupakan campuran dari beberapa sub-sub golongan (bukan senyawa murni), sehingga titik didihnya berupa range dari minimum sampai  maksimum, bukan merupakan titik didih tunggal.

 

GOLONGAN UTAMA

 

SUB GOLONGAN KETERANGAN CONTOH DAN PENGGUNAANNYA
ALIPHATIS

 

JENUH,  tidak mempunyai ikatan rangkap dalam strukturnya, disebut juga ALKANA atau PARAFFIN.

Terbagi menjadi 3 golongan: RANTAI LURUS, RANTAI BERCABANG dan SIKLIS.

SIKLIS (NAPHTENE), ikatanya melingkar, atom karbon pertama bertemu dengan atom carbon terakhir.

Hasil-hasil distilasi minyak bumi berupa campuran beberapa alkana dan mungkin beberapa jenis hidrokarbon lain. 

Titik didihnya dinyatakan dalam range. Komposisi dinyatakan dalam persentasi alkana  yang ada.

Alkana yang penting dalam industri cat adalah antara C6=hexana hingga C10=dekana.

 

Dari hasil distilasi minyak bumi (produksi PERTAMINA):

Special Boiling Point XX, campuran senyawa hidrokarbon aliphatis, naphtenis dan sedikit aromatis. Boiling range-nya: 55 - 120oC. Mudah terbakar dan sangat volatile.

Low Aromatic White Spirite (LAWS), campuran senyawa hidrokarbon paraffin, cycloparafin dan aromatis. Boiling range antara 145 - 195oC. Stabil dengan warna jernih.

Minasol-M, Pertasol CA, Pertasol CB, Pertasol CC dan minyak tanah (kerosene).

Contoh lain adalah petroleum ether (40-60oC), naphta (70-90oC), petroleum benzine (120-150oC)

Contoh jenis siklis yang diperoleh dari hasil ekstraksi tanaman adalah terpentin.

Biasanya dipakai untuk solvent cat jenis alkyd (varnish, synthetic enamel) dan polyurethane.

TIDAK JENUH, mempunyai ikatan rangkap dua, ALKENA/OLEFIN (ethylene, propylene, dll) atau rangkap tiga, ALKYNE (etuna/acetylene, propuna, dll). Karena sifatnya reaktif dan hampir sebagian besar senyawanya dalam kondisi gas, maka tidak umum dipakai sebagai solvent dalam cat.

AROMATIS Struktur molekulnya mengandung ikatan aromatis (benzene), C6H6

Daya larutnya lebih kuat dibanding senyawa-senyawa hidrokarbon aliphatis.

 

Toluena (methyl benzene), mempunyai titik didih 111 C, merupakan pelarut yang sangat kuat.

Xylene (dymethyl benzene), merupakan campuran dari tiga macam isomer: ortho, metha dan para-xylena yang mempunya titik didih hampir sama (144, 139 dan 139oC) sehingga sulit dipisahkan dengan proses distilasi.

Solvent-solvent jenis aromatis dipakai hampir pada semua jenis cat, terutama cat jenis acrylic, polyurethane, epoxy atau nitrocellulose.

 

HALOGENATED HIDROKARBON

 

Hidrokarbon dimana satu atau lebih atom hidrogen-nya diganti oleh atom halogen, seperti klorine (Cl) atau fluorine (F) Methylene klorida atau diklormethane, cairan tak berwarna dengan titik didih 40oC. Dipakai untuk pembersih logam, solvent untuk cat jenis lacquer dan pembersih/penghilang cat (paint remover).

 

2. OKSIGENATED SOLVENT

Oksigenated sovent atau solvent dengan atom oksigen adalah solvent-solvent yang struktur kimianya mengandung atom oksigen. Termasuk dalam kategori ini adalah golongan ester,  ether, ketone dan alkohol.

GOLONGAN UTAMA             KETERANGAN  

CONTOH DAN PENGGUNAANNYA

 

ESTER Adalah senyawa organik hasil reaksi kondensasi antara asam karboksilat dan alkohol (esterifikasi), karenanya nama ester dimulai dari alkil alkohol dan diikuti nama asam karboksilat-nya, seperti: methyl acetat.

Bau yang wangi adalah ciri khas senyawa ini. 

Makin sedikit atom karbon dan/atau makin banyak cabangnya, maka makin mudah menguap.

Ethyl acetate

Isopropil acetate

Iso dan butyl acetate

Dipakai sebagai solvent  pada cat jenis acrylic dan nitro cellulose.

ETHER Adalah senyawa organik hasil reaksi kondensasi alkohol. Senyawa ini mengandung gugus fungsional oksigen yang diapit oleg dua buah lakil. Ethyl methyl ether (methyl "cellosolve")

Butyl ethyl ether (butyl "cellosolve")

Dipakai sebagai solvent  pada cat jenis acrylic dan nitro cellulose.

KETONE Adalah senyawa organik hasil reaksi oksidasi alkohol. Senyawa ini mengandung gugus fungsional karbonil.

Merupakan solvent yang sangat kuat daya larutnya dan juga sangat volatile.

 

Acetone

Methyl ethyl ketone (MEK)

Methyl methyl ketone (MMK)

Methyl isobutyl ketone (MIBK)

Dipakai sebagai solvent  pada cat jenis acrylic dan nitro cellulose.

ALKOHOL Adalah senyawa organic yang mempunyai gugus fungsional hidroksil (OH) yang melekat pada sebuah alkil dari hidrokarbon, baik aliphatis maupun aromatis. Ethyl alkohol (ethanol)

Isopropyl alkohol (2-propanol)

Butanol

Dipakai sebagai latent solvent pada cat jenis nitro cellulose

 

KELARUTAN (SOLUBILITAS)

Faktor penting bagaimana solvent menjalankan fungsinga didalam cat adalah kemampuannya untuk melarutkan resin, kemudian membentuk larutan yang stabil dan homogen. Beberapa parameter dalam hubungannya terhadap daya larut solvent adalah sebagai berikut:

 

Solubility Parameter solvent -solvent hidrokarbon mempunyai hubungan yang proporsional dengan harga Kauri Butanol (KB); semakin besar harga KB-nya, semakin besar solubility parameternya atau dengan kata lain semakin besar pula daya larut solvent tersebut. Range harga KB adalah antara 20 -105. Untuk beberapa solvent hidrokarbonn aliphatis berkisar antara 28 - 40, sedang untuk hidrokarbon aromatis lebih besar dari 70. Cara lain untuk menentukan daya larut solvent-solvent hydrokarbon adalah dengan menentukan Titik Anilin (TA); makin rendah TA, makin besar daya larut solvent tersebut.

 

Hidrogen Bonding Index adalah merupakan ukuran kekuatan ikatan antara atom-atom hidrogen (relatif positif) dan atom-atom negatif seperti oksigen dalam solvent tersebut, harganya berkisar antara - 15 sampai + 18. Solvent-solvent hidrokarbon mempunyai harga rendah dan jenis alkohol mempunyai harga yang tinggi, sedang lainnya berkisar di antara dua jenis solvent tersebut. Klasifikasi detilnya adalah sbb.:

CLAS I    - ikatan hydrogennya lemah (< 3.5): hidrokarbon aliphatis, aromatis dan halogenated

CLAS II   - ikatan hidrogennya sedang : ester, ketone dan ether

CLAS III - ikatan hidrogennya kuat (> 7.5) : alkohol dan air

 

Dipole Moment adalah polaritas suatu solvent yang tergantung dengan nilai konstanta dielektriknya. Pada umumnya makin polar suatu bahan yang dilarutkan akan membutuhkan semakin polar pula bahan pelarutnya. Untuk kepolaran beberapa jenis solvent dinyatakan dalam klasifikasi berikut:

Paling tinggi Polaritasnya - Air

Alkohol

Ketone dan Ester

Halogenated Hidrokarbon

Ether

Hidrokarbon Aromatis

Paling rendah polaritasnya - Hidrokarbon Aliphatis

 

Dalam hubungannya dengan resin Nitro Cellulose (NC) ada beberapa istilah yang berkaitan dengan solvent yang perlu dibahas, yaitu Active Solvent, Latent Solvent dan Diluent. Active solvent adalah solvent yang secara nyata melarutkan NC, contoh: hampir semua keton (MEK), ester (ethyl atau butyl acetate) dan ether (aceton). Latent solvent atau juga disebut co-solvent adalah solvent yang bila sendirian tidak bisa melarutkan NC, tetapi digunakan untuk meningkatkan daya larut active solventnya. Peningkatan daya larut active solvent dapat dilihat dari penurunan kekentalan larutan yang cukup besar setelah ditambah latent solvent (dibanding dengan penambahan yang sama active solvent atau solvent jenis lain), contoh latent solvent adalah alkohol. Sedang diluent adalah solvent yang dipakai untuk melarutkan kedua jenis campuran solvent tersebut (thinner), sehingga harganya diharapkan lebih murah, dibanding bila hanya ada dua jenis solvent tersebut.

 

SIFAT-SIFAT LAIN SOLVENT

VOLATILITY atau kemudahan untuk menguap adalah sifat kedua yang terpenting dari solvent. Kecepatan kering cat secara keseluruhan sangat ditentukan oleh derajad volatility dari solventnya dan sifat resin itu sendiri. Volatility solvent ditentukan oleh sifat distilasi, seperti titik didih dan tekanan uap solvent tersebut.

TITIK DIDIH ATAU RANGE TITIK DIDIH

BERAT JENIS

FLASH POINT

DAYA RACUN (TOXICITY)

BAU & WARNA (ODOR & COLOR)

DAN LAIN-LAIN

 

KEMBALI TENTANG CAT

1