PENCELUPAN POLIESTER DENGAN ZAT WARNA DISPERSI CARA PAD-THERMOSOL

Tweet

I.  MAKSUD DAN TUJUAN

Maksud

Memberikan warna pada kain poliester dengan menggunakan zat warna dispersi metoda pad-thermosol secara merata dan permanen.

Tujuan

Untuk mendapatkan kain poliester yang mempunyai kerataan serta ketuaan warna yang baik.

II. TEORI DASAR

2.1 Poliester

Serat poliester merupakan suatu polimer yang mengandung gugus ester dan memiliki keteraturan struktur rantai yang menyebabkan rantai-rantai mampu saling berdekatan,sehingga gaya antar rantai polimer poliester dapat bekerja membentuk struktur yang teratur.

Poliester merupakan serat sintetik yang bersifat hidrofob karena terjadi ikatan hidrogen antara gugus – OH dan gugus – COOH  dalam molekul tersebut.Oleh karena itu serat polierter sulit didekati air atau zat warna.Serat ini dibuat dari asam tereftalat dan etilena glikol.

Gambar 1.1.

Reaksi Pembuatan Serat Poliester dan Struktur Poliester (Polietilena Tereftalat)

Untuk dapat mendekatkan air terhadap serat yang hidrofob, maka kekuatan  ikatan hidrogen dalam serat perlu dikurangi. Kenaikan suhu dapat memperbesar fibrasi molekul, akibatnya ikatan hidrogen dalam serat akan lemah dan air dapat mendekati serat. Disamping sifat hidrofob, faktor lain yang menyulitkan  pencelupan ialah kerapatan serat poliester yang tinggi sekali sehingga sulit untuk dimasuki oleh molekul zat warna. Derajat kerapatan ini akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu karena fibrasinya bertambah dan akibatnya ruang antar molekul makin besar pula. Molekul zat warna akan masuk dalam ruang antar molekul .

2.2  . Zat Warna Dispersi  

Zat warna dispersi adalah zat warna yang dibuat secara sinteteik. Kelarutannya dalam air kecil sekali dan larutan yang terjadi merupakan larutan dispersi artinya partikel-partikel zat warna hanya melayang dalam air. Zat warna dirpersi merupakan senyawa aromatik yang mengandunggugus-gugus hidroksi atau amina yang berfungsi sebagai donor atom hidrogen untuk mengadakan ikatan dengan gugus karbonil dalam serat.

CH3CONH

N = N

OH

CH3

Menurut struktur kimianya zat warna dispersi merupakan senyawa azo atau antrakinon dengan berat molekul yang kecil dan tidak mengandung gugusan-gugusan pelarut. Dalam perdagangan zat warna dispersi merupakan senyawa-senyawa aromatik yang mengandung gugusan-gugusan hidroksil atau amina yang berfungsi sebagai donor atom hidrogen untuk mengadakan ikatan dengan gugusan-gugusan karbonil dalam serat, nama-nama zat warna dispersi dalam perdagangan antara lain ; Celliton, Dispersol, Setacyl, Artysil, Cibacet, dll. Contoh struktur zat warna dispersi :

N = N

O2N

NH2

 

 

                                                                                            

Cibacet Orange 2R (C.I. Disperse Orange 3)

          

CI.Disperse Yellow 2

 

Ditinjau dari struktur kimianya zat warna dispersi yang banyak dipakai digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu :

1.      Zat warna dispersi yang mengandung gugusan azo

Contoh : C.I. DISPERS RED. 5, C.I. DISPERS ORANGE. 3

2.      Zat warna dispersi yang mengandung gugusan Aril Amina

Contoh : C.I. DISPERS YELLOW. 1, C.I. DISPERS YELLOW. 15

3.      Zat warna dispersi yang mengandung gugusan antrakwinon

Contoh : C.I. DISPERS BLUE. 1, C.I. DISPERS VIOLET. 8

v Klasifikasi Zat Warna Dispersi

Zat warna dispersi diklasifikasikan menjadi empat berdasarkan molekul dan ketahanan sublimasi :

Tipe A

Ukuran molekulnya kecil, menyublimasi sekitar suhu 130 ^oC, pada umumnya dicelup pada metode carier dan HT/HP.

Tipe B

Ukuran molekul sedang, menyublim pada suhu 100 ^oC, pada umumnya dicelup dengan metode carier dan HT/HP.

      Tipe C

Ukuran molekulnya besar, menyublim pada suhu 190^oC, dicelup dengan metode tranfer printing dan HT/HP.

Tipe D

Ukuran molekulnya sangat besar sekali, menyublim pada suhu 230 C, dicelup dengan cara termosol.

Tabel Pengelompokan Zat Warna

Bentuk molekul	ICI	Sumitomo BASF	Suhu sublimasi	Metoda Celup
				Thermosol	HT/HP 1300C	Carrier 1000C
	A		1700C
	B	E	1900C	2000C	x	ü
	C	SE	2000C	2100C	ü	ü
	D	S	2100C	2200C	ü	x

v  Penggolongan Zat Warna Dispersi Menurut Ketahanan Sublimasi

     Pada umumnya zat warna dispersi dalam perdagangan digolongkan berdasarkan sublimasinya, antara lain :

1.      Zat warna dengan sifat sublimasi rendah

Mempunyai berat molekul yang relatif kecil dengan ketahanan sublimasi yang rendah, tetapi sifat kerataannya sangat baik. Biasanya digunakan untuk pencelupan serat rayon asetat dan poliamida. Dapat pula digunakan untuk pencelupan serat polyester tanpa zat pengemban pada suhu 100^OC.

2.      Zat warna dengan sifat sublimasi cukup

Sifat pencelupannya cukup baik dan sifat sublimasinya pun cukup baik untuk pencelupan serat polyester dengan zat pengemban pada suhu mendidih maupun untuk pencelupan pada suhu tinggi. Dapat  pula digunakan untuk pencelupan metode thermosol, tetapi hanya untuk warna-warna muda.

3.      Zat warna dengan sifat sublimasi baik

Sifat pencelupan dan sifat sublimasinya cukup baik, dapat digunakan untuk pencelupan polyester dengan zat pengemban pada suhu tinggi atau metode thermosol.

4.      Zat warna dengan sifat sublimasi tinggi

Sifat pencelupannya jelek, tetapi sifat sublimasinya baik sekali. Sangat cocok untuk pencelupan dalam suhu tinggi dan dengan metode thermosol.

     Dari penggolongan zat warna dispersi berdasarkan ketahanan sublimasinya, maka dapat diketahui penggunaan dan sifat masing-masing zat warna. Tetapi secara praktis, sifat kerataan tersebut sering kali dipengaruhi oleh banyak faktor yang lainnya.

v  Sifat-Sifat Zat Warna Dispersi 

     Zat warna dispersi mempunyai sifat-sifat khusus yang pada umumnya tidak dimiliki oleh zat warna lain, antara lain :

1.    Mempunyai berat molekul yang relatif rendah

2.    Titik lelehnya 150^OC dan kristalinitasnya tinggi

3.    Bila diberi zat pendispersi akan menghasilkan dispersi yang stabil dalam larutan celup

4.    Mempunyai ukuran partikel sebesar 0,5 – 2,0 μ

5.    Bersifat non- ionik, walaupun mengandung gugus –NH₂

6.    Kelarutannya rendah ± 0,1 mg/l dalam air

7.    Tidak ada perubahan kimiawi selama pencelupan

Pencelupan zat warna dispersi dapat dilakukan dibawah temperatur 80^OC namun penyerapan zat warna sangat kecil, sedangkan apabila pencelupan dilakukan pada temperatur antara 85^OC – 100^OC penyerapan akan bertambah banyak, dan untuk memperoleh penyerapan yang lebih baik dapat dilakukan dengan waktu pengerjaan yang lebih lama. Kecepatan celup zat warna dispersi rendah sehingga sangat mudah untuk mendapatkan hasil pencelupan yang rata.

Pada umumnya ketahanan terhadap pencucian dan sinar cukup baik. Selain itu keuntungan dari pencelupan dengan zat warna dispersi adalah :

1.    Mudah dalam pemakaiannya

2.    Mempunyai ketahanan yang baik

3.    Hasil pencelupannya rata (pada kondisi yang optimum)

4.    Stabil untuk penyempurnaan resin

5.    Jumlah warnanya lengkap.

2.3.  Zat Pendispersi

Zat pendispersi tergolong ke dalam zat aktif permukaan yang terdiri dari gugus hidrofob (tak suka air) dan gugus hidrofil (suka air). Gugus hidrofil menarik air dan gugus hidrofob terarah kepada zat warna. Degan demikian maka zat pendispersi berfungsi sebagai koloid pelindung terhadap partikel zat warna yang terlepas dari molekul zat warna. Selain itu dengan adanya zat pendispersi ini akan mengurangi resiko terjadinya koagulasi zat warna yang akan menyebabkan molekul zat warna menjadi lebih besar sehingga sukar masuk kedalam serat (berdifusi) hanya menempel pada permukaan kain saja.

Pembentukan emulsi zat warna oleh misel-misel zat pendispersi

Gugus Hidrofil

Gugus Hidrofob

Zat warna

 

Adanya zat pendispersi menyebabakan tegangan antarmuka antara zat warna dan cairan turun. Akibatnya sudut kontak antara partikel-partikel zat warna mengecil, sehingga zat warna mudah dipisahkan dari molekulnya, dan kemudian terdispersi oleh zat pendispersi.

Zat pendispersi mempunyai sifat khas, yaitu mempunyai kecenderungan untuk berpusat pada antarmuka dan mempunyai kemampuan menurunkan atau menaikan tegangan permukaan.

2.4.  Pencelupan Poliester dengan Zat Warna Dispersi Sistem Pencelupan Termosol

Pencelupan poliester adalah suatu proses pemberian warna pada bahan tekstil dan cara mencelupnya kedalam larutan celup. Poliester mempunyai kristalinitas yang tinggi yang bersifat hidrofob, akibatnya serat poliester tidak dengan mudah dimasuki oleh molekul-molekul zat warna yang besar. Poliester juga tidak mempunyai gugus-gugus kimia yang aktif dengan demikian tidak dapat dicelup dengan zat warna anion atau kation.

Kesulitan ini dapat diatasi dengan ditemukannya zat warna dispersi, dalam pencelupannya zat warna dispersi mencelup serat tidak dalam fasa larutan, tetapi fasa dispersi. Zat warna dispersi mempunyai afinitas yang besar terhadap serat poliester dibandingkan terhadap larutan celup., dengan demikian zat warna dapat bermigrasi kedalam serat dan dapat membentuk larutan padat.

Proses pencelupan ini merupakan pencelupan secara kontinyu, dimana fiksasi zat warna didalam serat dilakukan dengan menggunakan panas dari aliran udara panas.

Proses ini dikembangkan oleh Du Pont pada tahun 1949, dimana zat warna ternyata dapat bermigrasi ke dalam serat dengan adanya panas, sehingga zat warna tersebut akan teradsorpsi oleh serat. Pencelupan cara ini sangat cocok terutama untuk  pencelupan serat poliester dan campuran dengan selulosa. Untuk pencelupan cara ini diperlukan peralatan khusus yang memungkinkan pengerjaannya dapat dilakukan secara kontinyu.

              Dalam proses pencelupan ini terdiri dari 4 tahap pengerjaan, yaitu :

1.    Padding bahan dalam larutan zat warna.

2.    Pengeringan antara pada suhu 100⁰C, selama 1 menit..

3.    Fiksasi zat warna ke dalam serat dengan pemanasan pada suhu 210⁰C, selama 1 menit.

Zat warna dapat masuk ke dalam serat pada waktu fixasi. Fixsasi dapat dilakukan pada suhu  tinggi  200 – 215  ^oC  atau 50 ^oC  dibawah titik leleh sehingga panas tersebut menyebabkan tersublimnya Zat warna dispersi yaitu beralih  dari bentuk padat menjadi bentuk gas tanpa meleleh terlebih dahulu .

Perubahan tersebut  terjadi karena perubahan fasa zat warna yang berbentuk partikel-partikel padat menjadi molekuler yang dapat diserap dan terdispersi  atau berdifusi  yang mudah ke dalam serat  antara  molekul-molekul  serat yang teraduk secara  termile ( terlarut dalam  poliester) . Apalagi poliester bersifat plastis yang struktur  molekul poliester akan longgar , menyebabkan zat warna terserbut akan mudah masuk kedalam serat . Setelah beberapa detik poliester yang telah terfiksasi  akan keluar  dari mesin  dan suhunya akan kembali pada suhu awal sehingga struktur poliesternya akan rapat kembali ( memadat).

4.   Pengerjaan akhir, misalnya pembangkitan jika banyaknya serat campuran, penyabunan, pencucian dan lain sebagainya.

 

v Mekanisme Pencelupan

 Pada pencelupan cara termofiksasi, pertama-tama zat warna berpindah dari larutan celup ke permukaan bahan melalui proses padding dan kemudian dilakukan pengeringan pendahuluan.

Menurut Mauric R. Fox, masuknya zat warna dispersi dari permukaan serat ke dalam serat kemungkinan peristiwanya adalah sebagai berikut :

1).    Perpindahan karena persinggungan (contac transfer)

Pada sistem perpindahan ini umumnya dikenal sebagai sistem “Solid Solution”, yaitu adanya zat warna yang larut ke bagian rongga molekul serat poliester yang padat. Hal ini dikarenakan adanya pemanasan terhadap serat, pori-pori serat akan membesar, menyebabkan molekul zat warna masuk kedalamnya.

2).    Perpindahan melalui medium (medium transfer)

Perpindahan melalui medium ini adalah dalam bentuk lelehan zat warna. Hal ini disebabkan oleh adanya uap panas yang terabsorpsi kemudian menggelembungkan zat warna sampai meleleh dan lelehan zat warna ini akan larut  kedalam serat poliester yang struktur polimernya telah dibuka oleh pengaruh panas tersebut.

3).    Perpindahan zat warna melalui fasa uap (vapor phase transfer)

Prinsipnya adalah zat warna pada suhu tunggi oleh media fiksasi udara kering akan berubah dari bentuk molekul padat menjadi bentuk uap zat warna. Uap ini akan terabsorpsi ke permukaan kemudian terdifusi ke dalam serat poliester.

v  Hal-Hal yang Mempengaruhi Pencelupan

     Pemilihan zat warna untuk thermosol dyeing harus disesuaikan dengan hal-hal sebagai berikut :

a.    Stabilitas Dispersi (Partikel Distribusi)

Zat warna dispersi untuk termosol dibutuhkan ukuran partikel yang paling kecil. Tak dibenarkan mempunyai partikel yang kasar, karena dapat menyebabkan noda berupa bintik-bintik. Pada larutan padding, zat warna harus benar-benar dilarutkan.

b.    Kecepatan Pencelupan

Kecepatan pencelupan pada proses termosol kebanyakan dikontrol dari ukuran-ukuran partikel zat warna. Zat warna yang mempunyai absorpsi pada temperatur sedang, lebih umum digunakan pada proses-proses thermosol dyeing (optimum temperatur termofiksasi 190-220⁰C).

c.     Sublimasi

Zat warna dengan sublimasi rendah lebih baik dalam hubungannya dengan pemakaian, seperti juga daya ketahanannya (fastness-nya). Tetapi suatu zat warna yang mempunyai sublimasi rendah , cenderung memperlihatkan kecepatan pencelupan yang lebih lambat. Fiksasi zat warna terhadap serat dalam waktu yang singkat mugkin dibutuhkan untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi.

d.    Stabilitas Absorbsi dan Kemampuan Pencelupan

Kondisi pada proses termofikasasi, kerataan suatu termofiksasi perlu dikontrol. Daya absorpsi yang lebih kecil ketergantungannya oleh keadan temperatur dan waktu.

e.     Sifat-Sifat Build Up (Zat Warna yang Berfungsi)

Fiksasi rata-rata zat warna dispersi pada thermosol dyeing sangat besar dan tergantung pada warnanya. Limit nilai Build Up pada proses thermosol dan kehilangan zat warna biasanya lebih besar.

f.      Migrasi Pada Proses pengeringan

Migrasi dari zat warna ini erat hubungannya dengan dispersi bility (daya terdispersi) dan ukuran partikel dari zat warna. Zat warna yang mempunyai partikel yang lebih kecil atau lebih baik daya terdispersinya lebih mudah mengadakan migrasi. Daya dispersi dan migrasi mempunyai hubungan timbal balik yang berlawanan sebagaimana halnya pada hubungan antara sublimasi dan kecepatan pencelupan.

g.    Sifat Ketahanan

Pencelupan thermosol yang dipandang paling penting adalah ketahanan zat warnanya terhadap panas yang tinggi dan sublimasinya.

2.5. Reduction Clearing (pencucian reduksi)

       Proses pencucian reduksi dimaksudkan untuk membersihkan dan menghilangkan sisa zat warna dispersi  yang tidak terfiksasi dan masih menempel pada permukaan serat dengan demikian sifat tahan lunturnya jadi lebih baik bahan di kerjakan dalam suasana alkali pada suhu 70^oC selama 10 menit.Karena poliester bersifat hidrofob sehingga reaksi reduksi hanya terjadi pada permukaan serat dan tidak akan mereduksi zat warna yang sudah terserap ke dalam bahan. Alkali akan menghidrolisa permukaan serat dan mengatur pH pada penguraian reduktor ,sedangkan reduktor berfungsi untuk mereduksi zat warna dispersi dalam air supaya menjadi larut.Reaksi yang terjadi :

2NaOH + Na₂S₂O₄ +2H₂O             2 Na₂SO₄ + 6Hn

Hal penting yang terjadi pada pencucian reduksi adalah peristiwa pemindahan dan reduksi, sebagai berikut :

v  Efek reduksi

Setiap zat warna disperse hanya terdispersi dalam larutan celupnya, untuk menghilangkan sisa zat warna di permukaan maka harus di lakukan reducting clearing untuk melarutkan zat warna tersebut.Apabila zat warna tersebut masih terdispersi  dalam air walaupin sudah di pindahkan dari permukaan seratnya zat warna tersebut masih memiliki afinitas terhadap poliester yang memungkinkan zat warna tersebut sudah tidak mempunyai afinitas lagi terhadap serat poliester sehingga tidak ada kemungkinan zat warna dispersi menempel kembali pada serat poliestyer.

v  Efek Pemindahan

       Zat warna dispersi yang tidak terserap dan yang terserap sebagian ,hanya bisa dipindahkan atau disingkirkan dalam suasana alkali .Setelah proses pemindahan ,zat warna tersebut harus segera di larutkan dalam air.

III. PERCOBAAN

III.1 Alat dan bahan

Alat :

·            Gelas piala 100 ml

·            Gelas piala 1000 ml

·            Gelas  ukur 100 ml

·            Mesin Padder

·            Mesin Stenter

·            Mesin termosol

·            Bunsen

·            Beker glass

·            Kasa asbes

·            Pipet volume 10 ml

·            Pengaduk

·            Termometer

Bahan – bahan

·            Bahan poliester

·            Zat warna Dispersi “Dispanil Yellow C-6G ”

·            Zat pendispersi anionik

·            Asam asetat 30%

·            Zat anti migrasi

·            Deterjen

·            NaOH 38⁰Be

·            Natrium Hidrosulfit (Na_2­S₂O₄)

III. 2. DIAGRAM ALIR DAN SKEMA PROSES

v  Diagram Alir

Persiapan Zat dan Bahan Kain Grey poliester

Proses Scouring

Pencucian

 

                

Proses padding wpu 65%

Pengeringan/pre-dryeing (100oC, 1’)

Thermofiksasi (210oC, 1’)

Reduction clearing/ cuci reduksi (80oC, 10 menit)

Pembuatan larutan zat warna dispersi

Persiapan larutan celup

Bilas dan keringkan

Evaluasi : kerataan dan ketuaan warna

 

                

              

 

   

       

v  Skema Proses

? Proses Pemasakan

Menit

Na2CO3 Pembasah Bahan

100­0C

10’

5’

30­0C

 

? Proses Pencelupan metoda pad-termosol

Rendam peras WPU 50%

Pengeringan 100OC, 1’

Thermofiksasi 210 OC,1’

pengeringan

Cuci Sabun

Cuci reduksi 80OC,15’

 

       Padding wpu 70% (Bahan ,zat warna , dispersing agent,zat anti migrasi, asam asetat)

III.3.  RESEP DAN FUNGSI ZAT

v RESEP

·      Resep Pemasakan

?  Na₂CO₃            : 2 g/L

?  Pembasah         : 2 ml/L

?  Vlot                 : 1 : 20

?  Suhu                : 100⁰ C

?  Waktu              : 15 menit

·      Resep Pencelupan

Zat warna disperse	: 10 g/l
Zat Pendispersi anionik	:   2 ml/l
Asam asetat 30%	:   2 ml/L
Zat anti migrasi	: 15 ml/l
Suhu thermofiksasi	: 210 oC
Waktu	: 1 menit
WPU	: 60  %

           

·      Resep predrying

?  Suhu drying 100^oC selama 1 menit

·      Resep cuci Reduksi

?  Deterjen                       : 2 ml/l

?  Na₂S₂O₄                       : 2 g/l

?  NaOH  38^o BE             : 2 ml/l

?  Volt                             : 1 : 20

?  Suhu                            : 80^oC

?  Waktu                          : 10 menit

v  Fungsi Zat

?  Zat warna disperse    : Memberi warna pada polyester secara merata dan                permanen

?  Asam asetat 30%      : Memberi suasana asam dan mengatur pH larutan celup

?  Zat Pendispersi         : Mendispersikan zat warna sehingga tersebar rata dalam larutan celup, meratakan dan mempercepat pembasahan dengan cara menurunkan tegangan permukaan.

?  Zat pembasah            : Membantu pembasahan dengan cara meratakan dan mempercepat proses pembasahan

?  Zat anti migrasi         : Menjaga larutan yang telah menempel di permukaan serat sehingga pada saat setelah padding tidak bermigrasi (zat warnanya)

?  Na₂S₂O₄                           : Menghilangkan zat warna yang tidak terfiksasi       (tidak berikatan dengan serat) pada proses pencucian reduksi.

Baca Artikel lainya: