GELAS DAN KACAGELAS DAN KACA

Gelas adalah benda yang transparan, lumayan kuat, biasanya tidak bereaksi dengan barang kimia, dan tidak aktif secara biologi yang bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Oleh karena sifatnya yang sangat ideal gelas banyak digunakan di banyak bidang kehidupan. Tetapi gelas bisa pecah menjadi pecahan yang tajam. Sifat kaca ini bisa dimodifikasi dan bahkan bisa diubah seluruhnya dengan proses kimia atau dengan pemanasan.Kaca merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai, dan secara biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang boleh dibentuk menjadi permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca sebagai bahan yang sangat berguna. Komponen utama kaca ialah silika. Silika ialah galian yang mengandungi silikon dioksida. Nama IUPAC silikon dioksida ialah silikon(IV) oksida. Silika wujud secara semulajadi dalam pasir.Kaca merupakan bahan pejal sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal biasa terbentuk.Kaca biasa biasanya terdiri daripada silikon dioksida (SiO2), yang merupakan sebatian kimia yang serupa dengan kuarza, atau dalam bentuk polihabluran, pasir. Silika tulen mempunyai tahap lebur sekitar 2000 Selsius, jadi dua bahan lain sering dicampurkan kepada pasir dalam pembuatan kaca. Satu daripadanya adalah soda (sodium karbonat Na2CO3), atau potasy, setara dengan sebatian kalium karbonat, yang menurunkan tahap lebur kepada sekitar 1000 Selsius. Bagaimanapun, bahan soda menjadikan kaca larut, jadi kapur (kalsium oksida, CaO) merupakan bahan ketiga, ditambah untuk menjadikan kaca tidak larut.Silikon(IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh itu, silikon(IV) oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, silikon(IV) oksida mempunyai takat lebur yang sangat tinggi, iaitu 1710 C. Dalam silikon(IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara kovalen kepada 4 atom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan 109.5 . Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan setiap atom oksigen terikat kepada 2 atom silikon untuk membentuk molekul kovalen raksasa seperti struktur berlian. Kaca merupakan bahan pejal sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal biasa terbentuk.Salah satu ciri kaca adalah ia lutsinar. Sifat lutsinar disebabkan kaca terdiri daripada bahan yang tidak mempunyai keadaan perubahan garisan atomik dalam tenaga cahaya. Juga disebabkan kaca adalah sekata pada tahap gelombang yang lebih besar daripada cahaya, ketidaksekataan menyebabkan cahaya terbias, menghalang pemancaran imej.

Sifat sifat Email mempunyai sifat mirip gelas. Karena koefisien pemuaiannya lebih kecil dari pada baja, ada kemungkinan email bisa retak pada saat pemanasan. Hal ini disebabkan baja memuai lebih panjang. Demikian pula pada pendinginan yang cepat, email dapat menjadi retak karena tegangan tarik. Adanya retak-retak menyebabkan bahan proses dapat menerobos masuk, menyerang baja dan menyebar dibawah lapisan email. Apabila pada proses ini terbentuk gas seperti H2,gas tersebut dapat mengangkat lapisan email sehingga terkelupas. Untuk memperkecil bahaya ini, pada pembuatan peralatan email, email diberi tekanan-tegangan awal. Dengan demikian, penggunaan dengan perbedaan temperatur yang lebih besar diperbolehkan, sehingga peralatan dapat dipanaskan/didinginkan lebih cepat. Petunjuk dari perusahaan pembuat harus diberlakukan bila tidak ada petunjuk intem. Penggunaan: Peralatan email digunakan dalam produksi bila produk yang diinginkan harus mempunyai kemurnian yang tinggi dan/atau peralatan harus mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap asam.Penggunaan Jenis kaca yang paling umum dikenal dan yang telah digunakan sejak berabad-abad silam sebagai jendela dan gelas minum adalah kaca soda kapur, yang terbuat dari 75% silica (SiO2) ditambah Na2O, CaO, dan sedikit aditif lain. Di dalam ilmu pengetahuan, istilah kaca didefinisikan dalam arti yang luas, kaca dapat dibuat dari paduan bahan yang berbeda: paduan logam, ion-ion yang di cairkan, molekul cair, dan polimer. Untuk banyak aplikasi seperti; botol, kaca mata, gelas dll. Kaca memainkan peran penting dalam ilmu pengetahuan dan industri. Karena struktur kimianya, fisik, dan khususnya sifat optik kaca cocok untuk aplikasi optik dan bahan Optoelektronik, peralatan laboratorium, isolator termal, bahan penguat, dan seni kaca (seni, kaca studio).PEMBUATAN GELAS Proses pembuatan gelas di dalam industri meliputi tahap-tahap sebagai berikut:1. Persiapan bahan baku (batching)Pada tahap ini dilakukan penggilingan, pengayakan bahan baku serta pemisahan dari pengotor-pengotornya. Serbuk bahan baku ditimbang sesuai komposisi, termasuk bahan-bahan aditif lain yang diperlukan seperti zat pewarna atau zat-zat sesuai dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam suatu mixer dilakukan agar campuran menjadi homogen sebelum dicairkan.2. Pencairan (melting/fusing)Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500oC sehingga campuran akan mencair.Leburan kacaTungku sebagai tempat mencairkan campuran bahan baku kaca, terbagi menjadi3 jenis, yaitu :Pot furnace, biasanya dipakai untuk menghasilkan kaca-kaca khusus (special glass) seperti kaca seni, kaca optik dengan skala produksi yang kecil sekitar 2 ton atau lebih rendah. Pot terbuat dari bata silica-alumina (lempung) khusus atau platina. Tank furnace, digunakan pada industri gelas skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata tahan panas).Furnace ini mampu menampung sekitar1350 ton cairan gelas yang membentuk kolam di jantung furnace.Regenerative furnace.Pembentukan (forming/shaping)Bahan kaca yang berbentuk cair lalu dialirkan ke dalam alat-alat yang berfungsi untuk membentuk kaca padatsesuaiyang diinginkan. Ada beberapa jenis proses pembentukkan kaca, di antaranya adalah :a. Proses Fourcault., Bahan cair dialirkan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang dinamakan "debiteuse". Bagian ini terapung di permukaan kaca cair dengan celah sesuai dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air pendingin yang akan mendinginkan kaca hingga 650 670oC. Pada suhu tersebut kaca berubah menjadi pelat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar (roller) yang menarik kaca tersebut ke atas. Gambar di bawah ini melukiskan skema prosesFour cault.b. ProsesColburn (Libbey-Owens),Jika prosesFourcault , gerakan kaca berlangsung secara vertikal, maka pada prosesColburn kaca akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal setelah melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-lembaran.c. ProsesPilkington (float process), Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam berisi cairan timah (Sn) panas. Kecepatan aliran bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang akan diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas di antara keduanya. Kaca ini tetap berupa cairan dengan pasokan panas yang berasal dari pembakar di bagian atas kolam . Pengendalian temperatur di dalam kolam dilakukan agar kaca tetap rata di kedua sisinya serta pararel. Bahan yang biaanya digunakan untuk keperluan ini adalah gas nitrogen murni. Selanjutnya, aliran kaca melewati daerah pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran bersuhu 600oC. Proses a c di atas dikenal dengan proses mekanik. d. Proses tiup (blow), Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelaskemasan, atau aneka bentuk kaca seni lainnya. 4. AnnealingFungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antar molekul pada kaca yang tidak merata sehingga dapat menimbulkan kepecahan. Proses annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu : (1) menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur kritik tertentu untuk menurunkan regangan internal, dan (2) mendinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menahan regangan sampai titik maksimumnya. Proses ini berlangsung di dalam "annealing lehr". Untuk jenis kaca lembaran, annealing lehr ini dilewati oleh kaca-kaca yang bergerak di atas roda berjalan. 5. Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalahcleaning and polishing, cutting, enameling, dan grading.DAFTAR PUSTAKA Austin, George T ,"Shreve's ChemicalProcess Industries".McGraw Hill Book Company, Singapore, 1984 Stocchi, E ,"Industrial Chemistry Vol.1", Ellis Horwood, Englnad, 1990 Othmer, Kirk ,"Encyclopedia of ChemicalTechnology".tech.groups.yahoo.com/group/Teknik-Kimia/message/5567 www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia.../gelas-dan-kuarsa/id.wikipedia.org/wiki/Gelas

1. Bahan baku pembuatan gelasPada dasarnya, bahan baku pembuatan gelas terdiri atas 3 jenis yang masing-masing memiliki peranan pada kualitas dan hasil akhir dari produk gelas secara keseluruhan. Keempat bagian tersebut yaitu :1. Bahan pembentuk gelas. Bahan baku jenis ini terdiri dari :A. Pasir kuarsa/silika dengan kemurnian SiO299.1 99.7%B. Sodium karbonat/soda abu (Na2CO3)C. Asam borat/boraxD. Phosfor pentaoksidaE. Dolomit (CaCO3.MgCO3)F. Feldspar, dengan rumus molekul R2O.Al2O3.6SiO2di mana R2O mewakili Na2O atau K2O atau gabungan keduanya.G. Cullet, merupakan pecahan-pecahan kaca atau kaca yang berasal dari produk tak lolos quality control. Cullet berfungsi untuk menurunkan temperatur leleh dari bahan baku. Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.H. Bahan stabiliser, merupakan bahan yang mampu menurunkan kelarutan di dalam air, tahan terhadap serangan bahan kimia lain termasuk materi-materi lain yang terdapat di atmosfer. Contoh bahan stabiliser yang biasa dipakai di industri gelas adalahi. kalsium karbonat, membuat produk akhir menjadi tidak larut di dalam air.ii. barium karbonat, meningkatkan berat spesifik dan indeks bias.iii. timbal oksida, membuat produk menjadi transparan, mengkilat, dan memiliki indeks bias yang tinggi.iv. seng oksida, membuat gelas tahan terhadap panas yang mendadak, memperbaiki sifat-sifat fisik dan mekanik, dan meningkatkan indeks bias.v. aluminium oksida, meningkatkan viskositas gelas, kekuatan fisik, dan ketahahan terhadap bahan kimia.1. Komponen sekunder, di antaranya adalah :A. Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat pelelehan bahan baku. Bahan yang biasa digunakan sebagairefining agentpada industri gelas adalah sodium nitrat dan sodium sulfat atau arsen oksida (As2O3).B. Penghilang warna (decolorant), menghilangkan warna yang biasanya diakibatkan oleh kehadiran senyawa besi oksida yang masuk bersama bahan baku. Bahan penghilang warna yang digunakan adalah mangan dioksida (MnO2), logam selenium (Se), atau nikel oksida (NiO).C. Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas khusus sesuai dengan warna yang dikehendaki.D. Opacifiers. Bahan yang digunakan sebagaiopacifieradalah fluorite (CaF2), kriolit (Na3AlF6), sodium fluorosilika (Na2SiF6), timah phospat, seng phospat (Zn3(PO4)2), dan kalsium phospat (Ca3(PO4)2).1. II.Proses pembuatan gelasProses pembuatan gelas di dalam industri meliputi tahap-tahap sebagai berikut:1. Persiapan bahan baku (batching)Pada tahap ini dilakukan penggilingan, pengayakan bahan baku serta pemisahan dari pengotor-pengotornya. Serbuk bahan baku ditimbang sesuai komposisi, termasuk bahan-bahan aditif lain yang diperlukan seperti zat pewarna atau zat-zat sesuai dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam suatu mixer dilakukan agar campuran menjadi homogen sebelum dicairkan.1. Pencairan (melting/fusing)Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahulu sebelum dimasukkan ke dalam tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500oC sehingga campuran akan mencair. Selama proses pencairan, masing-masing bahan baku akan saling berinteraksi membentuk reaksi-reaksi kimia berikut :Reaksi-reaksi penguraian :Na2SO3 Na2O + CO2 .. (1)CaCO3 CaO + CO2 .. (2)Na2SO4 Na2O + SO2 .. (3)MgCO3.CaCO3 MgO + CaO + 2CO2 .. (4)Reaksi antara SiO2dengan Na2CO3pada suhu 630 780oCNa2CO3+ aSiO2 Na2O.aSiO2+ CO2 .. (5)Reaksi antara SiO2dengan CaCO3pada suhu 600oCCaCO3+ bSiO2 CaO.bSiO2+ CO2 .. (6)Reaksi antara CaCO3dengan Na2CO3pada suhu di bawah 600oCCaCO3+ Na2CO3 Na2Ca(CO3)2 .. (7)Reaksi antara Na2SO4dengan SiO2pada suhu 884oCNa2SO4+ nSiO2 NaO.nSiO2+ SO2+ 0.5O2 .. (8)Reaksi utamaaSiO2+bNa2O +cCaO +dMgO aSiO2.bNa2O.cCaO.dMgO .. (9)Tungku sebagai tempat mencairkan campuran bahan baku kaca, terbagi menjadi 3 jenis, yaitu :1. Pot furnace, biasanya dipakai untuk menghasilkan kaca-kaca khusus (special glass) seperti kaca seni, kaca optik dengan skala produksi yang kecil sekitar 2 ton atau lebih rendah. Pot terbuat dari bata silica-alumina (lempung) khusus atau platina.2. Tank furnace, digunakan pada industri gelas skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata tahan panas). Furnace ini mampu menampung sekitar 1350 ton cairan gelas yang membentuk kolam di jantung furnace.3. Regenerative furnace1. Pembentukan (forming/shaping)Bahan kaca yang berbentuk cair lalu dialirkan ke dalam alat-alat yang berfungsi untuk membentuk kaca padat sesuai yang diinginkan. Ada beberapa jenis proses pembentukkan kaca, di antaranya adalah :1. ProsesFourcault.Bahan cair dialirkan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang dinamakan debiteuse. Bagian ini terapung di permukaan kaca cair dengan celah sesuai dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air pendingin yang akan mendinginkan kaca hingga 650 670oC. Pada suhu tersebut kaca berubah menjadi pelat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar (roller) yang menarik kaca tersebut ke atas. Gambar di bawah ini melukiskan skema prosesFourcault.1. ProsesColburn(Libbey-Owens)Jika prosesFourcault, gerakan kaca berlangsung secara vertikal, maka pada prosesColburnkaca akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal setelah melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-lembaran.1. ProsesPilkington(float process)Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam berisi cairan timah (Sn) panas. Kecepatan aliran bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang akan diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas di antara keduanya. Kaca ini tetap berupa cairan dengan pasokan panas yang berasal dari pembakar di bagian atas kolam. Pengendalian temperatur di dalam kolam dilakukan agar kaca tetap rata di kedua sisinya serta pararel. Bahan yang biaanya digunakan untuk keperluan ini adalah gas nitrogen murni. Selanjutnya, aliran kaca melewati daerah pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran bersuhu 600oC. Proses a c di atas dikenal denganproses mekanik.1. Proses tiup (blow)Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelas kemasan, atau aneka bentuk kaca seni lainnya (lihat gambar 6.7.).1. 1. AnnealingFungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antar molekul pada kaca yang tidak merata sehingga dapat menimbulkan kepecahan. Proses annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu :(1) menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur kritik tertentu untuk menurunkan regangan internal,(2) mendinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menahan regangan sampai titik maksimumnyaProses ini berlangsung di dalam annealing lehr. Untuk jenis kaca lembaran, annealing lehr ini dilewati oleh kaca-kaca yang bergerak di atas roda berjalan1. 2. Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalahcleaningandpolishing,cutting,enameling, dangrading.