PROSES PENCELUPAN KAIN T/C DENGAN ZAT WARNA DISPERSI-REAKTIF METODA EXHAUST ( 1 BATH 2 STAGE CARA CARRIER )

Tweet

I.    MAKSUD dan TUJUAN

Maksud

Studi tentang proses pencelupan kain campuran Tetoron-Cotton (T/C) dengan zat warna dispersi dan zat warna reaktif melalui metode exhaust ( 1 bath 2 stage cara carrier ).

Tujuan

Untuk mendapatkan hasil celup yang rata,  warna yang tua, combinasi warna solid dan baik  serta ketahanan luntur warna yang tinggi dengan menggunakan resep celup dan metode celup yang baik.

II.   TEORI DASAR

Dalam pencelupan kain T/C dengan zat warna dispersi dan zat warna reaktif, bahan diwarnai dengan zat warna tersebut, sehingga diperoleh hasil celup dengan warna tertentu yang merata dan mempunyai ketahanan luntur optimal.

Dalam proses ini diperlukan pemilihan zat warna dan zat pembantu tekstil yang sesuai dengan bahan yang akan dicelup, penentuan skema proses dan resep yang tepat, perhitungan kebutuhan zat yang tepat, pelaksanaan proses pencelupan yang baik sesuai skema proses, sehingga proses dan hasil celupnya sesuai dengan target yang diinginkan.

Serat sellulosa

Serat selilosa merupakan serat hidrofil yang strukturnya berupa polimer selubiosa, dengan derajat polimerisasi (DP) yang bervariasi, contoh DP rayon 500-700, sedangkan DP kapas sekitar 3000, makin rendah darajat polimerisasi, daya serap airnya makin besar, contoh moisture regain (MR) rayon 11 - 13 % sedangkan kapas hanya sekitar 7 – 8 %.

Struktur kimia serat selulosa adalah sebagai berikut:

 

Gugus OH primer pada selulosa merupakan gugus fungsi yang berperan untuk mengadakan ikatan dengan zat warna. Serat selulosa pada umumnya lebih tahan alkali, tetapi kurang tahan suasana asam, sehingga pengerjaan proses pencelupanya dilakukan dalam suasana alkali.

Kapas terdiri dari lapisan – lapisan antara lain :

-          Kutikula untuk melindungi serat dari oksidasi atmosfir dan komponen ultraviolet.

-          Dinding primer berupa lapisan yang tersusun sebagai lapisan benang – benang halus yang disebut miofibril dan dinding sekunder yang berupa lapisan yang terdiri dari fibril–fibril yang bergabung membentuk spiral yang mengelilingi sumbu serat.

-       Lumen merupakan lubang ditengah serat yang ukurannya sesuai dengan kedewasaan serat. Lumen berisi cairan protoplasma yang akan menguap pada saat buah terbuka, sehingga ukuran lumen mengecil dan mengkerut membentuk seperti ginjal.

Sifat Kapas

Warna kapas tidak betul-betul putih, biasanya sedikit cream. Kekuatan serat kapas diperngaruhi oleh kadar selulosa dalam serat, panjang rantai dan orientasinya. Kekuatan serat kapas per bundel rata-rata adalah 96.700 pound per inci². Kekuatan kapas dalam keadaan basah makin tinggi. Mulur serat kapas berkisar antara 4 – 13 % bergantung pada jenisnya dengan mulur rata-rata 7%. Keliatan (toughness) serat kapas relatif tinggi dibanding dengan serat selulosa yang diregenerasi. Moisture regain serat kapas pada kondisi standard berkisar antara 7 – 8,5%. Berat jenis serat kapas 1,5 sampai 1,56. Indeks bias serat kapas sejajar sumbu serat 1,58, indeks bias melintang sumbu serat 1,53.

Serat 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 poliester sulit didekati air atau zat warna. Serat ini dibuat dari asam tereftalat dan etilena glikol.

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.

·           Sifat Fisika Poliester

1.    Elektrostatik

Serat poliester sangat menimbulkan elektrostatik selama proses. Selain itu kain poliester bila bersentuhan dengan kulit akan menyebabkan timbulnya listrik statis. Oleh karena itu perlu ditambahkan sifat anti statik pada serat poliester.

2.    Berat jenis

Serat poliester memiliki berat jenis 1,38 g/cm³.

3.    Morfologi

Serat poliester berbentuk silinder dengan penampang melintang bulat, atau sesuai dengan bentuk spineret yang digunakan pada saat pembuatanya.

4.    Kandungan air

Serat sintetik pada umumnya memiliki kandungan air yang rendah yaitu antara 0-3 % .Serat poliester sendiri memiliki kandungan air 0,4 %

5.    Derajat kristalinitas

Derajat kristalinitas adalah faktor penting untuk serat poliester,karena derajat kristalinitas serat sangat berpengaruh pada daya serap zat warna, mulur, kekeuatan tarik, stabilitas dimensi, serta sifat-sifat lainya.

6.    Pengaruh panas

Serat poliester tahan terhadap panas sampai pada suhu 220 ⁰C, diatas suhu ini akan memepengaruhi kekuatan, mulur, dan warnanya menjadi kekuningan. Suhu 230-240 C menyebabkan poliester melunak, suhu 260⁰ C menyebabkan poliester meleleh.

7.    Sifat Elastis

Poliester memiliki sifat elastisitas yang baik dan ketahanan kusut yang baik.

·           Sifat Kimia Poliester

Poliester tahan asam lemah meskipun pada suhu mendidih, dan tahan asam kuat dingin. Poliester tahan basa lemah tapi kurang tahan basa kuat. Poliester tahan zat oksidator, alkohol, keton, sabun, dan zat-zat untuk pencucian kering. Poliester larut dalam metakresol panas, asam trifouro asetat-orto-cloro fenol.

§   Heat setting

Heat setting merupakan proses yang dilakukan pada serat-serat sintetik yang bertujuan untuk memperbaiki stabilitas dimensinya. Serat-serat sintetik bersifat termo plastik, yaitu serat tersebut akan melunak pada suhu mendekati titik lelehnya yaitu suhu transisi kedua serat tercapai. Pada suhu ini akan terjadi pergerakan rantai melekul serat sehingga rantai molekul yang semula dalam keadaan tegang menjadi kendur, karena banyak ikatan hidrogen yang terputus membentuk struktur rantai baru. Besarnya pengenduran dan perubahan struktur tersebut tergantung dari suhu dan lamanya waktu pemantapan panas, serta tegangan yang diberikan. Setelah didinginkan, ikatan hidrogen akan terbentuk kembali sehingga bentuk struktur yang baru ini akan stabil pada proses selanjutnya selama tidak dilakukan proses pemanasan yang melebihi suhu pemantapan panasnya.

Proses pemantapan panas dapat dilakukan pada benang, kain tenun maupun kain rajut. Pemantapan panas pada benang dilakukan pada rol-rol panas, kain tenun dan rajut datar mengunakan mesin stenter, sedangkan kain rajut bundar pada mesin beugel..Pemantapan Panas dapat dilakukan dengan tiga cara :

1.    Pemantapan panas awal (pre-setting), pemantapan pada bahan yang masih mentah/grey. Tujuan dari pre-setting ini adalah untuk menstabilkan dimensi bahan tekstil yang terbuat dari serat polyester agar tidak berubah pada proses selanjutnya.

2.    Pemantapan panas antara (intermediate setting) bahan dimantapkan setelah pemasakan.

3.    Pemantpan panas akhir (pos/ final setting) bahan dimantapan setelah proses pencelupan ataupun pencapan.

Zat warna dispersi

Zat warna ini tidak larut dalam air, warnanya beraneka ragam dan cerah ketahananya baik, digunakan untuk pencelupan serat-serat tekstil yang hidrofob, seperti serat sintetik dan asetat.

Menurut struktur kimianya zat warna dispersi merupakan zat warna azo atau antrakuwinon dengan berat molekul yang kecil dan tidak mengandung gugus pelarut.

Dalam perdagangan zat warna dispersi merupakan senyawa-senyawa aromatik yang mengandung gugus-gugus hidroksi atau amina yang berfungsi sebaai donor atom hidrogen untuk mengadakan ikatan dengan gugus-gugus karbonil dalam serat.

Zat warna dispersi di klasifikasikan menjadi 4 golongan  berdasarkan ukuran molekul dan tahanan sublimasi:

1.    Tipe A ,ukuran molekulnya kecil ,menyublim sekitar suhu 130^oC pada umumnya di celup dengan cara carrier dan HT/HP (high temperature /high pressure).

2.    Tipe B ,ukuran molekulnya sedang , menyublim pada suhu sekitar 150^oC pada umumnya di celup dengan cara HT/HP dan carrier.

3.    Tipe C, ukuran molekul besar , menyublim pada suhu sekitar 190^oC pada umumnya dicelup dengan cara HT/HP dan transfer printing.

Tipe D, ukuran molekul besar sekali menyublim pada suhu 230^oC di celup dengan cara termosol.

Contoh struktur zat warna dispersi:

Golongan zat warna dispersi:

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

Sifat-sifat umum zat warna dispersi

Ø Tidak larut dalam air, karena tidak mempunyai gugus pelarut didalam struktur molekul

Ø Pada umumnya zat warna dispersi berasal dari turunan azo, antrakwinon/nitro akril amina dengan berat molekul rendah

Ø Mempunyai titik leleh yang cukup tinggi yaitu 150⁰C dengan ukuran partikel antara 0,5-2 mikron

Ø Bersifat non-ionik, walaupun mengandung gugus-gugus – NH₂ – NHR – OH

Ø Selama proses pencapan dengan zat dispersi tidak mengalami perubahan kimia

Pencelupan Poliester Dengan Zat Pengembang (Carrier)

Pada mulanya pencelupan dengan menggunakan cara zat pengemban ( carrier ) merupakan cara pencelupan serat polyester yang menggunakan peralatan pencelupan yang sederhana pada suhu 100ºC. cara pencelupan ini juga diaplikasikan pada kain polyester campura seperti polyester dengan wol, polyester dengan nilon dengan mempertimbangkan keterbatasan sifat – sifat fisika pada masing – masing serat yang akan dicelup. Karena apabila pencelupan kain campuran diatas menggunakan suhu dan tekanan yang tinggi maka akan dapat merusak serat wol atau nilonnya. Oleh karena itu, menggunakan carrier ( zat pengemban ) yang berfungsi untuk membuka pori – pori bagian kristalin  serat polyester pada suhu rendah dan menggerakkan rantai molekul serat poliesternya sehingga lebih terbuka kemudian dengan zat warna disperse akan mudah masuk kedalam serat. Carrier ( zat pengemban ) akan menambah jumlah bagian amorf didalam serat polyester dengan mengurangi bagian kristalin. Dengan ini akan diperoleh ppenyerapan zat warna disperse yang llebih rata.

Pada umumnya zat pengemban adalah berasal dari senyawa – senyawa organic yang juga bersifat buruk terhadap lingkungan yaitu mengandung racun.

Mekanisme pencelupan polyester dengan cara carrier

Mekanisme pencelupan polyester dengan cara carrier dapat dijelaskan sebagai beriut :

v  Sebelum pencelupan

Pada tahap ini susunan rantai molekul serat polyester masih rapat sekali dan terjadi pergerakan rantai molekul serat polyester.

v  Difusi zat carrier kedalam serat

Pada tahap ini zat carrier akan bertahap masuk kedalam rantai molekul serat polyester karena memiliki ukuran molekul yang lebih kecil daripada zat warna.

v  Penggantian bagian rantai molekul serat polyester oleh carrier

Pada tahap ini rantai molekul serat polyester akan diganti kedudukannya oleh carrier yang bersifat sementara.

v  Penggantian kedudukan carrier oleh zat warna

Pada tahap ini zat warna disperse akan masuk antara rantai molekul serat polyester dengan menggantikan kedudukan carrier sebagai penghantar yang sebelumnya telah masuk kedalam rantai molekul serat polyester terlebih dahulu.

v  Fiksasi

Pada tahap ini akan terjadi ikatan antara serat polyester denga zat warna disperse yakin mungkin ikatan hydrogen dan ikatan hidrofobik.

Zat Warna Reaktif

Zat warna reaktif panas merupakan zat warna yang larut dalam air dan berikatan dengan serat selulosa melalui ikatan kovalen sehingga tahan luntur warna hasil pencelupanya baik. Contoh strukturnya adalah jenis Mono Cloro Triazin (MCT), sebagai berikut:

Beberapa contoh zat warna reaktif panas antara lain Procion H, Drimarene X, Sumifik, Remazol, Sumifik supra dan Drimarene Cl.

Selama proses pencelupan zat warna reaktif dapat terjadi reaksi hidrolisis sehingga zat warna menjadi rusak dan tidak dapat berfiksasi dengan serat

D-Cl + H-O-H          D-O-H

Reaksi hidrolisis ini sangat dipengaruhi pH, suhu dan konsentrasi air, artinya bila ph, suhu dan konsentrasi air meningkat maka reaksi hidrolisis juga akan semakin besar.

Namun reaksi hidrolisis ini lebih kecil dari reaksi fiksasi, karena kenukleofilan OH^-lebih lemah dari Sell-O^-, akan tetapi dalam proses pencelupan perlu diusahakan agar reksi hidrolisis yang terjadi dapat sekecil mungkin antara lain dengan cara memodifikasi skema proses.

Kelemahan lain dari zat warna reaktif, selain mudah rusak terhidrolisis, juga hasil celupnya kurang tahan terhadap pengerjaan asam, yang akan menyebabkan ketuaan warnanya akan turun.

Salah satu kelompok zat warna reaktif panas yang lain adalah jenis Sumifik dan Remazol yang merupakan jenis zat warna reaktif yang bereaksi dengan serat melalui mekanisme adisi nukleofilik.

Zat warna tersebut dijual dalam bentuk sulfatoetilsulfon yang tidak reaktif dan baru berubah menjadi vinil sulfon yang reaktif setelah ada penambahan alkali, vinil sulfon bersifat reversible. Kelebihan zat warna vinil sulfon adalah relatif lebih tahan alkali, tetapi kelemahanya adalah hasil celupanya mudah rusak oleh pengerjaan dalam suasana alkali, contoh bila terhadap hasil pencelupan dilakukan proses pencucian dengan sabun dalam suasana alkali dengan suhu yang terlalu panas, maka ketuaan warnanya akan sedikit turun lagi.

Pencucian

Guna memperbaiki ketahanan luntur warnanya, zat warna yang hanya menempel dipermukaan serat harus dihilangkan. Untuk itu perlu dilakukan pencucian ringan dengan sabun netral / teepol.

III. PERCOBAAN / PRAKTIKUM

1.   Alat dan Bahan

ALAT	BAHAN
·         1 buah piala gelas 500 ml	·         Kain T/C
·         2 buah pengaduk kaca	·         Air secukupnya (sesuai dengan perhitungan)
·         1 buah gelas ukur 100 ml	·         Zat warna dispersi ( Forron Red E-2GL ) dan zat warna reaktif (DRIMARENE RED- CL 5B)
·         1 set kasa + kaki tiga + bunsen	·         Zat pembantu pencelupan
·         1 buah termometer
·         1 buah pipet volume
·         1 buah timbangan digital
·         2 buah piala gelas 100 ml
·         Kalkulator dan alat tulis
·         Lembar observasi
·         Mesin stenter

2.   Diagram Alir Proses Pencelupan

Evaluasi

Persiapan  Proses Pencelupan

Pembuatan Larutan Pencelupan

Proses Pencelupan

Proses Pencucian

Proses Pengeringan

 

3.   Skema Proses                       

  Zw.Reaktif

                      Na₂CO₃       Teepol

1000C

                                           Na₂CO₃

900C

  Zw. Dispersi                                                                       NaCl

  Pendispersi                                                                                                                                      

  Asam                                                                           60⁰C

300C

  Carrier

Waktu ( menit )

  10’          40’                 40’                        10’       20’       20’                            10’

                                                                                                                          

4.   Resep yang Digunakan

    Resep Pencelupan

Nama Zat	Satuan	Konsentrasi
		Resep
1.        Zat Warna dispersi	%	1
2.        Zat pendispersi	cc/L	1
3.        CH3COOH 30 %	cc/L	1
4.        Carrier	cc/L	1
5.        Zat warna reaktif	%	1
6.        Na2CO3	g/L	15
7.        NaCl	g/L	40
Waktu 40 Menit
Vlot 1: 20

    Resep Pencucian

Nama Zat	Satuan	Konsentrasi
		Resep
1.        Teepol	cc/L	1
2.        Na2CO3	g/L	1
Suhu 900C
Waktu 10 Menit
Vlot 1:20

5.   Fungsi Zat yang Digunakan

1.  Zat warna dispersi	: Memberikan warna pada serat poliester secara merata dan permanen.
2.  Zat warna reaktif	: Memberikan warna pada serat selulosa secara merata dan permanen.
3.  Zat pendispersi	: Mendispersikan zat warna dispersi menjadi molekul-molekul kecil sehingga dapat tersebar secara merata dalam larutan celup.
4.  Asam asetat	: Mengatur pH larutan.
5.  NaCl	: Mendorong penyerapan zat warna reaktif kedalam serat.
6.  Na2CO3	: Pada pencelupan akan membantu proses fiksasi zat warna reaktif dengan selullose, sedangkan pada pencucian akan membantu kelarutan sabun dan mengurangi tingkat kesadahan larutan dengan suasana agak alkalis.
7.  Carrier	: Menggelembungkan serat poliester dan membawa molekul-molekul zat warna dispersi untuk masuk kedalam serat.
8.  Teepol	: Berfungsi untuk menghilangkan sisa-sisa zat warna yang menempel dipermukaan dan tidak berfiksasi dengan serat, agar tahan luntur zat warna menjadi baik.

6.   Prosedur Kerja

a.   Pencelupan

1.    Mempersiapkan alat dan bahan T/C yang akan dicelup, memastikan agar bahan tersebut dalam keadaan bersih.

2.    Menentukan resep dan skema proses terbaik yang akan digunakan dalam pencelupan.

3.    Menghitung kebutuhan zat.

4.    Menimbang zat yang telah dihitung kebutuhannya.

5.    Menimbang bahan.

6.    Membuat larutan induk zat warna, yaitu dengan memastakan 0,5 gram zat warna dispersi maupun zat warna reaktif dalam 10 ml air dan mengencerkanya menjadi 50 ml air.

7.    Bahan yang akan dicelup di heat setting terlebih dahulu.

8.    Memasukan zat-zat yang telah dihitung kebutuhannya kedalam piala gelas 500 ml yang telah berisi air, dan mengaduknya sampai homogen sempurna.  Kemudian memasukan bahan T/C yang telah di heat setting kedalam larutan celup, dan mengaduknya kembali selama 10 menit.

9.    Setelah 10 menit kemudian menaikan suhu perlahan - lahan sampai 40 menit hingga mencapai suhu 100⁰C, dan menstabilkannya selama 40 menit.

10.  Menurunkan suhu larutan hingga mencapai suhu 60⁰C, kemudian memasukan zat warna reaktif yang telah dibuat larutan induknya kedalam larutan celup.

11.  Menstabilkannya dalam suhu 60⁰C selama 10 menit, kemudian memasukan NaCl secara bertahap dan menstabilkannya dalam suhu 60⁰C selama 20 menit.

12.  Setelah 20 menit, kemudian memasukkan Na₂CO₃ kedalam larutan celup tersebut dan menstabilkannya selama 20 menit pada suhu 60⁰C.

13.  Menurunkan suhunya kemudian bahan dipersiapkan untuk dilakukan pencucian.

b.  Pencucian

1.    Mempersiapkan alat dan zat yang telah dihitung kebutuhanya.

2.    Menimbang zat tersebut sesuai kebutuhan.

3.    Memasukan zat-zat yang telah ditimbang tersebut kedalam piala gelas 500 ml yang telah berisi air.

4.    Kemudian mengaduknya sampai homogen.

5.    Memasukan bahan yang telah dicelup tersebut.

6.    mengaduknya dan menaikan suhunya hingga mencapai 90⁰C.

7.    Setelah  90⁰C kemudian menstabilkan suhunya selama 10 menit.

8.    Menurunkan suhu dan membilas kain dengan air dingin.

9.    Kemudian mengeringkan bahan yang telah dicuci.

10.   Mengevaluasi dan menganalisa hasil pencelupannya.

7.   Perhitungan Resep

Pencelupan

    Berat bahan                                      : 8,45 gram

    Larutan                                              : 8,45 x 20   = 169 ml

    Zat warna dispersi 1%                      :

Dipipet sebanyak                              :

    Zat pendispersi                                 :

    Asam asetat 30 %                            :  

    Carrier                                               :  

    Zat warna reaktif 1 %                       :

Baca Artikel lainya: