Pencelupan Kain Poliester dengan Zat Warna Dispersi Metoda Exhaust Menggunakan Zat Pengemban (Carrier)

Pencelupan Kain Poliester dengan Zat Warna Dispersi Metoda Exhaust Menggunakan Zat Pengemban (Carrier)

 

  1. I.    MAKSUD DAN TUJUAN

1.1.  Maksud

Maksud dari proses pencelupan adalah untuk memberikan warna pada serat poliester dengan menggunakan zat warna dispersi metoda carrier secara merata dan permanen.

1.2.  Tujuan

Membandingkan hasil pencelupan serat poliester dengan menggunakan zat warna dispersi melalui variasi zat warna, zat pengemban atau carrier, dan waktu celup untuk memperoleh kain poliester yang memiliki kerataan warna, ketahanan gosok, dan ketahanan cuci yang baik.

 

  1. II.    TEORI DASAR
    1. a.      Serat Poliester dan Karakteristiknya

Serat poliester adalah serat sintetik yang terbentuk dengan cara polimerisasi kondensasi asam tereftalat dengan etilena glikol pada temperatur tinggi. Poliester dari 1,2-ethanediol (etilena glikol) dan benzene 1,4-asam dikarboksilat (asam tereptalik) telah diolah dan ditemukan meleleh pada suhu ± 265 ºC, dimana hasilnya poliester lebih dikenal dengan poli (etilena tereftalat).

Berikut ini merupakan reaksi pembuatan serat poliester :

Gambar 1.1.

Reaksi Pembuatan Serat Poliester dan Struktur Poliester (Polietilena Tereftalat)

Setiap unit polimer di dalam serat poliester terikat satu dengan yang lainnya membentuk ikatan hidrogen dan van der waals. Dengan tingginya tingkat orientasi selama pembuatan filamen menyebabkan suatu struktur yang kompak dan sejajar dengan sumbu serat sehingga daya serap poliester menjadi lemah. Poliester tahan asam lemah dan asam kuat dingin, basa lemah, tetapi kurang tahan basa kuat. Serat poliester 100% mempunyai sifat-sifat yang baik seperti tahan gosokan, sifat cuci dan pakai (wash and wear) sifat tahan kusut dan dimensi yang stabil. Selain sifat-sifat di atas, serat poliester 100% dikenal dapat menimbulkan elektrostatik bila dipakai.

  1. b.      Zat Warna Dispersi

Zat warna dispersi adalah zat warna yang kelarutannya dalam air hanya sedikit dan merupakan larutan dispersi. Zat warna tersebut digunakan untuk mewarnai serat-serat tekstil yang bersifat hidrofob. Menurut bentuk kimiawinya, zat warna dispersi merupakan senyawa azo atau antrakwinon dengan berat molekul yang kecil dan tidak mengandung gugusan pelarut. Seperti yang telah diketahui, bahwa Zat warna dispersi adalah zat warna non-ion yang terdiri dari inti kromofor azo dan antrakwinon, sedangkan untuk beberapa warna kuning yang penting mengandung gugus difenilamina seperti contoh zat warna dibawah ini:

 

Gambar 1.2.

Zat Warna Yellow Diphenyl – Amine

Meskipun azobenzena, antrakwinon dan difenilamina dalam bentuk dispersi dapat mencelup kedalam serat hidrofob, dalam perdagangan, kebanyakan zat warna dispersi mengandung gugus aromatic dan alifatik yang mengikat gugusan fungsional (-OH, -NH2, NHR, dan sebagainya) dan bertindak sebagai gugus pemberi (donor) hydrogen.

Gugus fungsional tersebut merupakan pengikat dipole (dwi kutub) dan juga membentuk ikatan hydrogen dengan gugus karbonil (>C=O) atau gugus asetil (-C-O-C(CH3)=O) dari serat yang dicelup. Salah satu contoh zat warna dispersi (turunan senyawa azo):

 

Gambar 1.3.

Zat Warna Dispersol Diazo Black AS

Gugus aromatic (-OH) dan alifatik (-NH2) dan gugusan fungsional yang sejenis, menyebabkan zat warna dispersi sedikit larut didalam air. Disamping itu, zat warna dispersi molekulnya kecil agar mudah terdispersi. Karena molekulnya cukup kecil, zat warna dispersi mudah menyublim pada suhu tinggi. Maka untuk mencelup serat poliester harus dipilih zat warna dispersi yang tahan suhu tinggi (hingga 220 oC).

Menurut struktur kimianya, zat warna dispersi dibagi menjadi tiga golongan, yaitu :

 

N

OH

N = N Ph

OH

a. Golongan Azo

 

 

 

Dispersol Yellow 3 G

b. Golongan Antrakuinon

 

NCH2CH2OH

NCH2CH2OH

O

O

OH

OH

 

 

 

Celliton Fast Blue Green B

 

 

 

c. Golongan Difenil Amina

 

– N –

H

SO2NH

O2N

 

 

 

Dispersol Yellow T

(CI. Disperse Yellow 42, 10338)

 

Berdasarkan ketahanan sublimasinya, zat warna dispersi dapat digolongkan menjadi 4 kelompok, yaitu :

  1. Golongan A : mempunyai suhu sublimasi sekitar 130oC.
  2. Golongan B : mempunyai suhu sublimasi 150-170oC.
  3. Golongan C : mempunyai suhu sublimasi sekitar190oC.
  4. Golongan D : mempunyai suhu sublimasi sekitar 220oC.

 

Zat pengemban

Zat pengemban ialah zat yang dapat menggelembungkan dan memplastisasikan serat yang bersifat hidrofob, sehingga zat warna akan mudah masuk kedalamnya. Pada umumnya zat pengemban bergugus aromatik dan mengandung zat pengelmusi yang mempertahankan stabilitas dispersinya dan agar dapat teremulsi dengan baik didalam larutan.

Zat pengemban memungkinkan untuk mewarnai serat poliester dengan sistem konvensional (tekanan dan suhu normal), dan pemakaian zat pengemban juga dapat diaplikasikan untuk pencelupan sistem suhu tinggi.

 

Zat pengemban bermacam-macam struktuk kimia :

Golongan

Jenis

Hidrokarbon aromatik

Fenol

Kloro aromatik

Asam aromatik

Ester aromatik

 

Ester fosfat

Eter aromatik

Persenyawaan aromatil lain

Difenil, naftalen, toluena

Fenol, o-fenilfenol, m-kresol

Mono, di, dan tribenzoat

Benzoat, klorobezoat, o-flatat

Metil benzoat, butil benzoat, dimetil/dietil flatat.

Tripropil dan tributil fosfat

p-naftil metil eter

aston fenol, metil salisilat, benzanilida

Dalam praktek zat pengemban harus mempunyai sifat sebagai berikut :

1.      Tersedia dengan harga ekonomis

2.      Efisiensi yang tinggi pada konsentrasi yang rendah dan tidak dipengaruhi oleh bentuk zat warna dispersi.

3.      Teremulsi dan mempunyai kestabilan yang baik.

4.      Tidak mudah menguap, konsentrasi zat pengemban tidak boleh berubah selama proses.

5.      Mudah dibilas setelah proses.

6.      Bebas dari bau yang tidak sedap.

7.      Tidak bebrbahaya dalam penggunaannya.

  1. Tidak mempengaruhi bahan terutama penyusutan, pegangan dan lipatan.
  2. Mudah menyimpan dan stabil dalam penyimpanan.
  3. Tidak berbahaya bagi lingkungan.

 

Berdasarkan derajat kepolaran pada stuktur kimia, maka zat pengemban ada yang bersifat hidrofildan yang bersifat hidrofob, diantaranya adalah sbb:

Z.P. Hidrofob

Z.P. Hidrofil

–          Benzena

–          Difenil

–          Metil naftalena

–          Monoklor benzena

–          fenol

–          orto fenilfenol

–          para fenilfenol

–          asam benzoat

–          asam salisilat

–          metakresol

Fungsi utama zat pengemban ialah menggelembungkan serat dan sebagai zat pengemban zat warna ke dalam serat. Zat pengemban ini tidak berikatan dengan serat, pada proses pencucian reduksi akan keluar lagi dan pori-pori serat akan menutup sehingga zat warna tertinggal di dalam serat.

 

Metoda Pencelupan Zat Pengemban

Dalam pencelupan dengan sitem ini diperlukan zat pembantu khusus yaitu zat pengemban yang berfungsi mmperbaiki kelarutan zat warna dalam larutan celup.

Pencelupan dengan zat pengemban dapat dilakukan pada suhu 85oC atau mendidih. Disamping zat pengemban diperluakan pula zat pembantu yang lain, yaitu zat pendisperi untuk mendapatkan dipersi zat warna yang stabil. Karena kebanyakan zat warna dispersi mencelup dalam suasana asam (pH 5-5,5), maka kedalam larutan celup perlu ditambahkan larutan asam, misalnya yang biasanya digunakan adalah asam asetat dan asam formiat.

 

Mekanisme kerja carriernya adalah sebagai berikut :

Zat pengemban menggelembungkan pori-pori serat sehingga pori-pori serat terbuka. Kristal-kristal besar atau agregat kristal zat warna terdispersi dalam air. Dari dispersi ini kemudian terpecah molekul-molekul zat warna yang berada dalam medium tersebut akan melekat dipermukaan serat kemudian berdifusi dan larut dalam serat.

Ikatan antara zat warna dan serat dapat merupakan ikatan hidrogen yang dibentuk oleh gugusan-gugusan pemberi (donor) atom hidrogen dari zat warna dengan gugusan karbonil dari serat disamping itu gaya-gaya Van der Waals dan interaksi dua kutub dapat pula terjadi.

Mencelup dengan metoda zat pengemban mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut :

–          Tidak mempunyai tekanan

–          Tidak memerlukan peralatan yang khusus, dapat menggunakan mesin jigger, haspel atau bak.

–          Penyerapan zat warna lebih cepat dan besar.

 

Reduksi Clearing

Reduksi clearing berguna untuk memperbaiki tahan gosok, biasanya pencucian reduksi dikerjakan pada larutan yang mengandung natrium hidrosulfit, natrium hidroksida dan lissolamin. Oleh karena poliester berifat hidrofob maka reaksi reduksi tersebut hanya terjadi dipermukan serat saja dan tidak akan mereduksi zat warna yang telah terserap kedalam serat. Reduksi clearing berguna untuk menghilangkan zat warna yang tidak terfiksai oleh serat. Setelah pencelupan suhu tinggi ini bahan harus dicuci dengan larutan yang mengandung deterjen.

Beberapa keuntungan dapat diperoleh dengan metoda ini. Misalnya dapat mencelup warna tua tanpa penambahan zat pengemban, mengurangi waktu pencelupan dan biaya pencelupan.

Reaksi

NaOH  +  2 Na2S20  2 H2O    Na2SO4  +   6 Hn

 

Mekanisme Pencelupan

Mekanisme pencelupan zat warna dispersi adalah solid solution dimana suatu zat padat akan larut dalam zat padat lain. Dalam hal ini, zat warna merupakan zat padat yang larut dalam serat.

Mekanisme lain menjelaskan demikian : zat warna dispersi berpindah dari keadaan agregat dalam larutan celup masuk kedalam serat sebagai bentuk molekuler. Pigmen zat warna dispersi larut dalam jumlah yang kecil sekali, tetapi bagian zat warna yang terlarut tersebut sangat mudah terserap oleh bahan. Sedangkan bagian yang tidak larut merupakan timbunan zat warna yang sewaktu-waktu akan larut mempertahankan kesetimbangan. Bagian zat warna dalam bentuk agregat, pada suatu saat akan terpecah menjadi terdispersi monomolekuler. Zat warna dispersi dalam bentuk ini akan masuk ke dalam serat melalui pori-pori serat.

Pencelupan dimulai dengan adsorpsi zat warna pada permukaan serat, selanjutnya terjadi difusi zat warna dar permukaan ke dalam serat. Zat warna akan menempati bagian amorf dan terorientasi dari serat poliester. Pada saat pencelupan berlangsung, kedua bagian tersebut masih bergerak sehingga zat warna dapat masuk di antara celah-celah rantai molekul dengan adanya ikatan antara zat warna dengan serat. Ikatan yang terjadi antara serat dengan zat warna mungkin merupakan ikatan fisika, tetapi dapat pula merupakan ikatan hidrogen yang terbentuk dari gugusan amina primer pada zat warna dengan gugusan asetil pada molekul serat.

 

N=N

O2N

N – H

I

H

O=C – O – C

I

CH3

 

 

 

                                                                                   ikatan hidrogen

zat warna dispersi                gugus ester

Demikian pula gaya-gaya Diseprsi London (Van der Waals) yang dapat terjadi dalam pencelupan tersebut, seperti diilustrasikan dalam gambar di bawah ini :

 ikatan Van Der Waals

Dalam gambar di atas dimisalkan atom A adalah atom zat warna, sedangkan atom B adalah serat poliester. Pada saat atom A mulai berdekatan dengan atom B, maka salah satu atom cenderung untuk mendekati atom tetangganya. Smapai pada jarak tertentu maka pada kedua atom akan terjadi antaraksi, dimana awan elektron I pada atom A akan tertarik pada inti atom B, awan elektron II pada atom B akan tertarik pada inti atom A, awan elektron I dan awan elektron II saling tolak, dan inti atom A akan menolak inti atom B. Antaraksi tersebut akan menghasilkan energi tarik-menarik. Interaksi 2 kutub juga mungkin mengambil peranan penting dalam mekanisme pencelupannya.

 

=N–N=

+N=

=N+ – H

I

H

O=+C – O – C

I

CH3

O

O

                                                                                     Ikatan dua kutub

 

 

Zat warna yang bersifat planar akan lebih mudah terserap daripada zat warna yang bukan planar. Hal ini menunjukkan pertentangan terhadap teori solid solution.

 

  1. PERCOBAAN

3.1  Alat dan Bahan

  1. 1. 

1.1. 

Alat Bahan
  • Gelas piala 100 ml
  • Kain Poliester
  • NaOH (Natrium Hidroksida)
    • Pengaduk
    • Zat warna dispersi
    • Na2S2O4  (Natrium Bisulfit)
      • Mesin HT Dyeing
      • Zat pendispersi
      • Zat Pengemban (Carrier)
        • Tabung Rapid/celup
        • Asam asetat 30%
 
  • Gelas ukur 100ml
  • Teepol
 

 

3.2  Resep

3.2.1. Pencelupan

Resep

1

2

3

4

Air (ml/l)

1:10

1:10

1:10

1:10

NaOH (ml/l)

1

1

1

1

Na2S2O4 (ml/l)

2

2

2

2

Zat Warna Dispersi gol.A (% owf)

1

1

1

2

CH3COOH (ml/l)

pH 5

pH 5

pH 5

pH 5

Carrier (ml/l)

0,5

0,5

1

Zat pendispersi (ml)

0,5

0,5

0,5

0,5

Suhu (0C)

100

100

100

100

Waktu (menit)

30

30

45

45

 

3.2.2. Pencucian reduksi

No. Resep Jumlah
1 NaOH 380Be 1 g/l
2 Na2S2O4 2 g/l
3 Suhu 700C
4 Waktu 15 menit
5 Vlot 1        : 10

 

 

3.3. Diagram Alir

 

Persiapan bahan dan zat

 

 

 

Pencelupan

 

 

 

Proses R/C

 

 

 

Evaluasi tahan gosok, ketuaan dan kerataan

 

 

 

3.4. Skema Proses

 

3.5.Fungsi Zat

  • Zat penyangga: Menstabilkan pH dan sebagai Buffer.
  • Zat pengemban / Carrier : Untuk membawa zat warna masuk kedalam serat.
  • Zat warna disperse : Untuk mewarnai bahan tekstil (poliester) secara merata dan permanent.
  • Dispersing agent : Mendispersikan zat warna.

Untuk menjaga agar partikel zat warna tetap stabil dan tidak mengendap (mencegah penggabungan kembali partikel zat warna dispersi (aglomerasi) menjadi partikel yang lebih besar).

  • Asam Asetat : Untuk mengatur pH larutan celup (pH 4-5) dan pemberi suasana asam.
  • Natrium Hidrosulfit : Reduktor yang akan menghilangkan zat warna yang menempel pada permukaan serat, dan zat pengemban yang masih tertinggal didalam serat pada proses cuci reduksi.
  • Kostik Soda : Zat yang bekerja dengan natrium hidrosulfit untuk menghilangkan zat pengemban yang masih tertinggal didalam serat.

 

3.6.Langkah Kerja

  1. 1.      Proses pencelupan
  • Melarutkan zat warna dispersi dengan air, sesuai dengan kebutuhan resep (3 %); dan memasukkan juga zat-zat pembantu seperti : zat pembasah, zat pendispersi, asam asetat, zat pengemban / carrier sesuai dengan kebutuhannya pula.
  • Bahan (kain poliester) dicelup kedalam larutan tersebut selama 10 menit pada suhu 60 oC.
  • Memasukkan zat warna kedalam larutan. Kemudian larutan dan bahan tersebut dipindahkan kedalam tabung rapid yang terdapat didalam mesin HT Dyeing, kemudian dipasangkan didalam mesin tersebut. Sesudah siap, dilakukan pengaturan suhu dan waktu pengerjaan dari proses pencelupan tersebut (selama 20 menit suhu naik secara bertahap) hingga suhu meningkat sampai ± 100 oC. Pada suhu ini (100 oC), proses pencelupan berlangsung selama 30 menit. Kemudian menurunkan suhunya hingga 80 oC secara bertahap pula.
  • Mengangkat bahan yang telah dicelup, kemudian dilakukan proses pencucian reduksi yang bertujuan untuk menghilangkan zat pengemban yang masih tertinggal didalam serat dan juga (reduktor) yang akan menghilangkan zat warna yang menempel pada permukaan serat
  • Kemudian dilakukan proses pencuci sabunan dengan menggunakan bantuan detergen pada suhu 80 oC selama 10 menit.
  • Kemudian bahan dicuci dengan air panas dan dilanjutkan dengan air dingin. Bahan kemudian dibilas hingga bersih. Bahan yang telah dibilas, dibiarkan sejenak, kemudian dilakukan proses pengeringan. Setelah proses pengeringan selesai, maka dilakukan proses evaluasi bahan.

 

  1. HASIL PERCOBAAN

4.1. Perhitungan Resep

  • Kain 1

Berat kain = 14,24 gram

Zat warna dispersi : 1/100 x 14,24 = 14,24 ml

CH3COOH : pH 5

NaOH : 1/1000 x 142,4 = 0,142 ml

Na2S2O4 : 2/1000 x 142,4 = 0,284 gr

Carrier : 0,5/1000 x 142,4 = 0,07 ml

Vlot 1:20 = 14,24 x 10 = 142,4 ml

  • Kain 2

Berat kain = 14,00 gram

Zat warna dispersi : 1/100 x 14,00 = 14,00 ml

CH3COOH : pH 5

NaOH : 1/1000 x 140,0 = 0,140 ml

Na2S2O4 : 2/1000 x 140,0 = 0,28 gr

Carrier : 0,5/1000 x 140,0 = 0,07 ml

Vlot 1:20 = 14,00 x 10 = 140,0 ml

  • Kain 3

Berat kain = 14,17 gram

Zat warna dispersi : 1/100 x 14,17 = 14,17 ml

CH3COOH : pH 5

NaOH : 1/1000 x 14,17 = 0,141 ml

Na2S2O4 : 2/1000 x 14,17 = 0,28 gr

Carrier : 0,5/1000 x 14,17 = 0,07 ml

Vlot 1:20 = 14,17 x 10 = 141,7 ml

  • Kain 4

Berat kain = 14,74 gram

Zat warna dispersi : 1/100 x 14,74 = 14,74 ml

CH3COOH : pH 5

NaOH : 1/1000 x 14,74 = 0,141 ml

Na2S2O4 : 2/1000 x 14,74 = 0,29 gr

Carrier : 0,5/1000 x 14,74 = 0,15 ml

Vlot 1:20 = 14,74 x 10 = 147,4 ml

 

4.2.Data Percobaan

Kain 1 (orang 1)

Kain 2 (orang 2)

Kain 3 (orang 3)

Kain 4 (orang 4)

       

 

  1. DISKUSI dan KESIMPULAN

5.1. Diskusi

Pada percobaan ini menggunakan metoda carrier dimana fungsi nya yaitu untuk membawa masuk zat warna ke dalam serat. Carrier akan membuka pori-pori serat sehingga ketika di cuci reduksi atau diuapkan dengan udara kering pori-pori tersebut akan menutup karena jika tetap terbuka maka zat warna akan keluar kembali. Pada pencelupan ini telihat secara keseluruhan kain celup tampak sangat rata dan tahan gosoknya baik. Hal ini disebabkan karna pencelupan dengan zat warna bejana bersifat solid solution atau padat dalam padat. Oleh karena itu pencelupan ini mempunyai ketahanan luntur yang baik.

Pada kain 1 yaitu tidak menggunakan zat pengemban hasilnya tampak sangat muda dibandingkan dengan kain lain. Hal ini disebabkan tidak semua zat warna larut dan dapat masuk ke kain karena fungsi carrier yaitu untuk membantu melarutkan zat warna. Penggunaan zat warna disperse yaitu 1 ml/l dengan waktu celup 30 menit. Pada kain ini memiliki ketahanan gosok yang baik yang dapat dikatakan bahwa proses R/C nya baik karena pada proses ini zat warna yang belum terfiksasi dengan serat akan dibersihkan.

Pada kain 2 yaitu menggunakan zat pengemban 0,5ml/l, zat warna 1 ml/l dan waktu celup 30 menit. Dibandingkan kain 1, kain ini memiliki ketuaan warna yang lebih tua, kerataan yang sangat baik, dan tahan gosok yang baik. Pada pencelupan kain ini mengguakan carrier yang akan membantu melarutkan zat warna sehingga banyak zat warna yang akan masuk ke dalam serat.

Pada kain 3 terlihat ketuaan warna yang baik karena menggunakan zat warna 1 ml/l, zat pengemban 0,5 ml/l dan waktu celup 45 menit. Dengan waktu yang lebih lama dari yang sebelumnya maka kain ini tampak lebih tua dan kerataan dan tahan gosoknya baik.

Pada kain 4 yaitu kain yang ketuaan warnanya paling tua dan tahan gosoknya pun baik. Dalam penggunaan zat warnanya digunakan sebesar 2 ml/l, zat pengemban 1 ml/l dan suhu 45 menit. Carrier yang digunakan paling banyak sehingga banyak zat warna yang dapat larut dan masuk ke dalam serat.

 

5.2 Kesimpulan

Berdasarkan hasil praktikum, didapat kesimpulan sebagai berikut :

è  Kain hasil pencelupan yang tertua, kerataan baik dan tahan gosok yang baik adalah pada kain no.4.

 

 

 

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s