pencelupan poliester dengan zat warna dispersi
TRANSCRIPT
DAYA CELUP PADA SERAT SESUAI STRUKTUR ZAT
WARNA
PENCELUPAN POLIESTER DENGAN ZAT WARNA DISPERSI
A. Serat Poliester
Poliester dibuat dari asam tereftalat dan etilena glikol.
Dacron dibuat dari asamnya dan reaksinya sebagai berikut :
HO OC COO(CH ) O H + (2n-1)H O 2 2 n 2
nHOOC COOH + nHO(CH ) OH 22
Asam tereftalat Etilena glikol
Dacron Air
Sedangkan Terylene dibuat dari dimetil ester asam tereftalat
dengan etilen glikol, dan reaksinya sebagai berikut :
n
Terylene
Etilena glikol
nCH OOC COOCH + nHO(CH ) OH 223
CH O OC COO(CH ) O H + (2n-1)CH O 3 2 2 3
Etilena glikol didapat dari etilena yang berasal dari
penguraian minyak tanah yang dioksidasi dengan udara
menjadai etilena oksida yang selanjutnya dihidrasi menjadi
etilena glikol. Sedangkan asam tereftalat dibuat dari para-
xilena yang harus bebas dari isomer orto dan meta dengan
pemisahan kristalisasi.
Karakter serat poliester adalah sebagai berikut :
1. Morfologi
Penampang membujur serat poliester berbentuk
seperti silinder dengan penampang melintang berbentuk
bundar.
2. Sifat fisika
a. Kekuatan dan mulur
Terylene memilki kekuatan 4,5-7,5 g/denier dan mulur
25-7,5%. Dacron mempunyai kekuatan 4-6,9 g/denier
dan mulur 40-11%.
b. Elastisitas
Pemulihan selama 1 menit setelah penarikan :
- Penarikan 2% .............. pulih 97%
- Penarikan 4%............... pulih 90%
- Penarikan 8% .............. pulih 80%
c. Moisture Regain
Kondisi standar = 0,45%. Pada RH 100% = 0,6-0,8%.
d. Titik leleh
Meleleh pada udara panas bersuhu 250oC.
e. Berat jenis
Berat jenis poliester adalah 1,38.
3. Sifat kimia
a. Tahan asam lemah walaupun pada suhu mendidih, dan
tahan asam kuat dingin.
b. Tahan oksidator, alkohol, keton sabun, dan zat-zat
untuk pencucian kering.
c. Larut dalam meta-kresol panas, asam trifloroasetat-
orto-klorofenol.
Tahan serangga, jamur, dan bakteri.
B. Zat warna Dispersi
Zat warna dispersi adalah zat warna organik yang terbuat
secara sintetik. Kelarutannya dalam air kecil sekali dan larutan
yang terjadi merupakan dispersi atau partikel-partikel yang
hanya melayang dalam air.
Zat warna dispersi mula-mula digunakan untuk mewarnai
serat selulosa. Kemudian dikembangkan lagi, sehingga dapat
digunakan untuk mewarnai serat buatan lainnya yang lebih
hidrofob dari serat selulosa asetat, seperti serat poliester,
poliamida, dan poliakrilat.
Zat warna dispersi merupakan zat warna yang terdispersi
dalam air dengan bantuan zat pendispersi. Adapun sifat-sifat
umum zat warna dispersi adalah sebagai berikut :
1. Zat warna dispersi mempunyai berat molekul yang relatif kecil
(partikel 0,5-2).
2. Bersifat non-ionik terdapat gugus-gugus fungsional seperti –
NH2, -NHR, dan-OH. Gugus-gugus tersebut bersifat agak polar
sehingga menyebabkan zat warna sedikit larut dalam air.
3. Kelarutan zat warna dispersi sangat kecil, yaitu 0,1 mg/l pada
suhu 80C.
4. Tidak megalami perubahan kimia selama proses pencelupan
berlangsung
C. Penggolongan Zat Warna Dispersi
Berdasarkan ketahanan sublimasinya, zat warna dispersi
dikelompokkan menjadi 4 golongan yaitu :
1. Golongan A
Zat warna dispesi golongan ini mempunyai berat molekul kecil
sehingga sifat pencelupannya baik karena mudah terdispersi
dan mudah masuk ke dalam serat, sedangkan ketahanan
sublimasinya rendah yaitu tersublim penuh dengan suhu
100C. pada umumnya zat warna dispersi golongan ini
digunakan untuk mencelup serat rayon asetat dan poliamida,
tetapi juga digunakan untuk mencelup poliester pada suhu
100C tanpa penambahan zat pengemban.
2. Golongan B
Zat warna dispersi golongan ini memiliki sifat pencelupan
yang baik dengan ketahanan sublimasi cukup, yaitu tersublim
penuh suhu 190C. sangan baik untuk pencelupan poliester,
baik pencelupan poliester, baik dengan cara
carrier/pengemban pada suhu didih (100C) maupun cara
pencelupan suhu tinggi (130C).
3. Golongan C
Zat warna dispersi golongan ini mempunyai sifat pencelupan
cukup dengan ketahanan sublimasi tinggi, yaitu tersublim
penuh pada suhu 200C. bisa digunakan untuk mencelup cara
carrier, suhu tinggi ataupun cara thermosol dengan hasil yang
baik
4. Golongan D
Zat warna dispersi golongan ini mempunyai berat molekul
paling besar diantara keempat golongan lainnnya sehingga
mempunyai sifat pencelupan paling jelek karena sukar
terdispersi dalam larutan dan sukar masuk kedalam serat.
Akan tetapi memiliki ketahanan sublimasi paling tinggi yaitu
tersublim penuh pada suhu 220C. zat warna ini tidak
digunakan untuk pencelupan dengan zat pengemban, namun
baik sangat baik untuk cara pencelupan suhu tinggi dan cara
thermosol.
Berdasarkan sturuktur kimianya, zat warna dispersi terbagi
menjadi 3 golongan yaitu:
1. Golongan Azo (-N=N-)
Dispersol Yellow 3G
2. Golongan antrakuinon ditandai dengan adanya gugus
karboksil, contoh :
NCH2CH2OHOOH
NCH2CH2OHOOH
N
OH
N = N – Ph
OH
Celliton Fast Blue Green B
3. Golongan Difenil amin, contoh :
Dispersol Yellow T
Jenis ikatan yang terjadi antara gugus fungsional zat warna
dispersi dengan serat poliester ada 2 macam yaitu :
1. Ikatan Van der Walls
Zat warna dispersi dan serat merupakan senyawa hidrofob
dan bersifat non polar. Ikatan yang terjadi pada senyawa
hidrofob dan bersifat non polar ini ikatan fisika, yang berperan
dalam terbentuknya ikatan fisika adalah ikatan van der walls,
yang terjadi berdasarkan interaksi antara kedua molekul yang
berbeda. Ikatan yang besar terjadi pada ikatan van der walls
pada zat warna dispersi dan serat poliester adalah dispersi
London.
2. Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen merupakan gaya dipol yang melibatkan atom
hidrogen dengan atom lain yang bersifat elektronegatif.
Kebanyakan zat warna dispersi tidak mengadakan ikatan
hidrogen dengan serat poliester karena zat warna dispersi dan
serat poliester bersifat nonpolar, hanya sebagian zat warna
dispersi yang mengadakan ikatan hidrogen dengan serat
poliester yaitu zat warna dispersi yang mempunyai donor
proton seperti –OH atau NH2.
D. METODA PENCELUPAN
Carrier
HT/HP
Thermosol
- N -H
SO2NH
O2N
Pencelupan Carrier
Pencelupan HT/HP
Pencelupan dengan suhu tinggi selalu disertai dengan
tekanan tinggi. Tekanan berfungsi untuk menaikkan suhu proses
dan membantu difusi zat warna ke dalam serat. Pencelupan
dilakukan pada mesin tertutup tanpa bantuan zat pengemban.
Pencelupan metoda ini banyak dilakukan pada serat poliester
karena dianggap efektif akibat :
Perpindahan atau pergerakan rantai molekul serat poliester
mulai aktif pada suhu tinggi (120-130oC) sehingga memberi
ruang bagi molekul-molekul zat warna untuk meningkatkan
penyerapan zat warna ke dalam serat.
Kecepatan difusi zat warna dispersi mulai meningkat pada
suhu tinggi (120-130oC) dan kecepatan penyerapan serta
migrasi zat warna menjadi lebih besar sehingga akan
mempercepat proses.
Pencelupan mulai lebih cepat karena kelarutan zat warna
dispersi pada suhu tinggi (120-130oC) mulai meningkat.
Beberapa keuntungan penggunaan metoda ini adalah dapat
mencelup warna tua, hemat bahan, waktu dan biaya proses,
adsorbsi lebih cepat, kerataan lebih baik, ketahanan luntur baik,
penetrasi lebih baik, dan dapat menggunakan zat warna dispersi
dengan ketahanan sinar yang lebih baik dan sukar menguap
tetapi hanya terserap sedikit pada pencelupan di bawah
temperatur 100oC.
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. Untuk lebih jelasnya, sifat zat warna dispersi
dalam larutan celup dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Error: Reference source not found
Pencelupan dimulai dengan adsorpsi zat warna pada
permukaan serat, selanjutnya terjadi difusi zat warna dari
permukaan ke dalam serat. Adsorpsi dan difusi zat warna ke
dalam serat dapat dipercepat dengan menaikkan temperatur
proses.
Dalam air, serat poliester akan memiliki gaya dipol antar
serat dimana ikatannya digambarkan sebagai berikut:
Gaya ini terjadi karena atom karbon bermuatan parsial
positif (+)dan atom oksigen bermuatan parsial negatif (-).
Gaya dipol akan renggang pada saat pemanasan di atas 80oC
sehingga zat warna bisa masuk ke dalam serat.
Pada suhu tinggi, rantai-rantai molekul serat pada daerah
amorf mempunyai mobilitas tinggi dan pori-pori serat
mengembang. Kenaikan suhu menyebabkan adsorpsi dan difusi
zat warna bertambah. Energi rantai molekul serat bertambah
sehingga mudah bergeser satu sama lain dan molekul zat warna
dapat masuk ke dalam serat dengan cepat. Masuknya zat warna
ke dalam serat dibantu pula dengan adanya tekanan tinggi.
Rantai molekul serat poliester tersusun dengan pola zigzag
yang rapi dan celah-celah yang akan dimasuki zat warna sangat
sempit. Rantai molekul sangat sulit untuk mengubah posisinya.
Akibatnya molekul zat warna sulit menembus serat dan
pencelupan akan berjalan sangat lambat bila dilakukan tanpa
pemanasan dengan suhu tinggi. 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
HO OC CO(CH ) O H 2 2 n
O O
HO OC CO(CH ) O H 2 2 n
O O
Gaya Dipol
merupakan ikatan fisika, tetapi dapat pula merupakan ikatan
hidrogen yang terbentuk dari gugusan amina primer pada zat
warna dengan gugusan asetil pada molekul serat.
ikatan hidrogen
zat warna dispersi gugus ester
Demikian pula gaya-gaya Dispersi London (Van der Waals)
yang dapat terjadi dalam pencelupan tersebut, seperti
diilustrasikan dalam gambar di bawah ini :
+ +
I II
A B
TolakanTarikan
Tarikan
Tolakan
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.
Ikatan dua kutub
Error: Reference source not found
N=NO2N N – H IH
O=C – O – C I
CH3
=N–N= +N= =N+ – H
IH
-O=+C – O – C
ICH3
O-
O-
Zat warna yang bersifat planar akan lebih mudah terserap
daripada zat warna yang bukan planar. Hal ini menunjukkan
pertentangan terhadap teori solid solution.
Pencelupan Thermosol
Zat warna dispersi melekat pada serat berdasarkan sistem
disperse. Zat warna pada temperatur tinggi akan kehilangan
warna, karena pemutusan rantai molekul zat warna, selanjutnya
menguap menjadi gas ( menyublim ). Sublimasi tiap-tiap zat
warna berbeda-beda tergantung susunan molekul dan berat
molekul zat warnanya.
Pada thermosol, bangkitnya warna diterangkan sebagai berikut :
1. Adanya pemanasan terhadap serat,
pori-pori serat membesar, menyebabkan molekul zat warna
akan masuk kedalamnya.
2. Pada saat thermosol, partikel zat
warna terpotong-potong menjadi lebih kecil dan hampir dalam
bentuk gas, masuk dalam pori-pori serat, apalagi dengan
proses pemanasan.
3. Pada saat thermosol selesai, zat
warna telah masuk dalam serat dan mendispersikan diri
secara kuat terhadap serat dan zat warnapun bangkit.
Hal-hal yang mempengaruhi pencelupan :
a. Stabilitas dispersi
b. Kecepatan pencelupan dalam
themosol dyeing
c. Sublimasi
d. Stabilitas absorpsi, kemampuan
pencelupan tergantung temperatur dan waktu
e. Sifat build up ( kemampuan
daya celup )
f. Stain ( lunturan )
g. Migrasi pada pengeringan
h. Sifat-sifat ketahanan dari celup.
Beberapa kerugian penggunaan metoda ini yaitu kerugian
sejumlah zat warna pada perubahan warna pencelupan, kurang
baik untuk warna-warna tua tetapi baik untuk warna-warna cerah
( muda sampai warna sedang ). Metode ini juga memerlukan
peralatan yang mahal harganya lalu daya pencelupan zat warna
tergantung pada sifat-sifat warnanya ( berhubung dengan sifat
sublimasi, dispersibility dan sebagainya ).
E. Faktor-faktor yang mempengaruhi
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kelarutan zat
warna dispersi :
Pengaruh suhu terhadap penyerapan pencelupan
Dalam proses pencelupan poliester dapat menggunakan
zat warna dispersi diperlukan pemanasan, dimana dalam
proses pemanasan kelarutan zat warna akan bertambah
besar, molekul-molekul zat warna relatif bergerak lebih cepat
dan aktif sehingga zat warna lebih mudah masuk ke dalam
serat.
Serat poliester dalam keadaan biasa, strukturnya padat
dan kompak. Pada proses pemanasan susunan rantai-rantai
polimer pada bagian-bagian amorf akan mudah bergerak,
sehingga ruangan antar molekulnya menjadi lebih besar,
maka molekul zat warna lebih banyak masuk kedalam serat.
Dengan kenaikan suhu, kecepatan difusi zat warna akan
bertambah besar karena energi kinetik zat warna akan
bertambah besar. Struktur molekul zat warna yang sederhana
atau lebih kecil akan mempunyai energi kinetik yang lebih
besar dibandingkan dengan zat warna yang mempunyai
energi kinetik yang kecil dicampur, maka zat warna yang
masuk lebih dulu kedalam serat adalah yang mempunyai
energi kinetik yang lebih besar, sehingga bisa menghasilkan
warna yang tidak sesuai dengan yang diinginkan.
Pengaruh molekul zat warna
Pada pencelupan pada kain poliester ini salah satunya
dipengaruhi oleh besar kecilnya molekul zat warna. Semakin
kecil molekul zat warna akan mempermudah zat warna untuk
masuk kedalam serat, karena serat poliester memiliki pori-pori
yang sangat kecil sehingga zat warna dispersi yang memiliki
molekul kecil akan dengan sangat mudah larut dan mewarnai
serat poliester.
Pengaruh pengadukan yang aktif
Pencelupan kain poliester ini sangat dipengaruhi oleh
pengadukan yang aktif karena dengan pengadukan yang aktif
akan membantu dan mempermudah penyerapan zat warna
untuk masuk kedalam serat, dimana zat warna akan bergerak
secara aktif untuk menempel dan terdorong masuk kedalam
serat atau bahan.
PAPERKIMIA ZAT WARNA
Daya Celup Pada Serat Sesuai Struktur Zat Warna
PENCELUPAN KAIN POLIESTER
DENGAN ZAT WARNA DISPERSI
Disusun oleh :
Juaningsih ( 02.P.29 )
Lisma ( 02.P.29 )
Mantiq Al Kindy ( 02.P.2918 )
Missi Herawati ( 02.P.2922 )
Nidhea Mulyati ( 02.P.2926 )
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TEKSTIL
B A N D U N G
2004