COATING (PELAPISAN)

Coating (pelapisan) adalah proses untuk melapisi suatu bahan dasar

(substrate) dengan maksud dan tujuan tertentu. Tujuan pelapisan (coating) adalah

memberi perlindungan pada material. Tingkat proteksi dari pelapisan tergantung

pada sistem keseluruhan dari pelapisan yang terdiri dari jenis pelapisan, substrat

logam dan preparasi permukaan. Walaupun demikian terdapat juga beberapa

fungsi yang lebih khusus dari coating (pelapisan) ini misalkan untuk memberikan

gaya apung negatif (negative buoyancy force), memberikan fungsi anti slip pada

permukaan substrat dan beberapa fungsi lainnya.

1.1. Bahan Penyusun Coating (pelapisan)

Hal yang menentukan sifat-sifat suatu coating (pelapisan) adalah

komposisi dari coating (pelapisan) itu sendiri. Umumnya coating (pelapisan)

mengandung empat bahan dasar, yaitu pengikat (binder), aditif, solven dan

pigmen (zat pewarna). Sangatlah penting bagi formulator untuk memahami fungsi

dari bahan-bahan dasar ini dan mengetahui bagaimana mereka saling berinteraksi.

1. Binder (pengikat)

Binder (pengikat) berfungsi sebagai pengikat antar komponen coating dan

juga bertanggung jawab terhadap gaya adhesi coating terhadap substrat. Terdapat

banyak binder yang telah dikenal, diantaranya alkyd, vinyl, resin alam, epoxy, dan

urethane. Hal yang perlu diketahui tentang binder adalah bagaimana mereka

mengalami curing. Pada umumnya binder dapat mengalami curing dengan dua

cara. Pertama adalah melalui evaporasi solven. Binder yang mengalami curing

seperti ini disebut binder thermoplastik atau non-covertible. Kedua adalah lewat

reaksi kimia selama atau setelah proses pengecatan. Binder ini dikenal sebagai

binder thermosetting.

Selain itu, hal yang harus dipahami dari binder adalah viskositas. Karena

merupakan komponen utama dalam coating, viskositas binder sangat

menentukan viskositas coating. Faktor utama yang menentukan viskositas binder

adalah berat molekularnya. Polimer yang mempunyai berat molekul tinggi akan

lebih viskos daripada berat molekul rendah. Ada dua cara untuk mengontrol

viskositas suatu coating, yaitu dengan memvariasi berat molekul binder atau dengan

menambahkan sejumlah solven.

2. Aditif

Aditif adalah senyawa-senyawa kimia yang biasanya ditambahkan dalam

jumlah sedikit, namun sangat mempengaruhi sifat-sifat coating (pelapisan).

Bahan-bahan yang termasuk aditif adalah surfaktan, alat anti endapan (anti-

settling agent), alat pencampur (coalescing agents), alat tahan pengulitan (anti-

skinning agents), katalis, defoamers, penyerapan cahaya ultraviolet (ultraviolet

light absorbers), alat dispersi, bahan pengawet (preservatives), pengering (driers)

dan plastisizers.

3. Solven

Kebanyakan coating (pelapisan) memerlukan solven untuk melarutkan

binder dan memodifikasi viskositas. Hal penting yang harus diperhatikan dalam

penentuan solven adalah kemampuannya dalam melarutkan binder dan

komponen coating (pelapisan) yang lain. Prinsip kelarutan sangatlah sederhana,

yaitu like dissolves like. Artinya solven polar akan melarutkan senyawa yang

polar juga. Selain itu laju penguapan solven juga perlu diperhatikan. Solven yang

mempunyai tekanan uap tinggi sehingga menguap dengan cepat disebut fast atau

hot solvent, sedangkan yang lambat disebut slow solvent. Laju penguapan

mempengaruhi sifat-sifat coating (pelapisan) dan beberapa cacat dapat disebabkan

karena ketidak cocokan dalam pemilihan solven. Jika solven menguap terlalu

cepat, coating (pelapisan) tidak cukup waktu untuk membentuk lapisan halus dan

kontinu.

4. Pigmen (zat pewarna)

Zat pewarna (pigmen) merupakan pemberi warna dari coating (pelapisan).

Selain berfungsi dalam hal estetika, zat pewarna (pigmen) juga mempengaruhi

ketahanan korosi dan sifat fisika dari coating (pelapisan) itu sendiri. Zat pewarna

(pigmen) dapat dikelompokkan menjadi pigmen organik dan anorganik. Pigmen

anorganik contohnya adalah titanium dioksida dan besi oksida. TiO2 merupakan

pigmen putih yang paling banyak digunakan, biasanya untuk coating eksterior.

TiO2 mempunyai indeks refleksi yang tinggi dan stabil terhadap sinar ultraviolet

dari sinar matahari yang dapat pelapisan pengikat (binder coating). FeO2

merupakan pigmen merah yang digunakan untuk pelapisan awal (coating

primer) ataupun topcoat. Terdapat juga ekstender pigmen yang memberikan

sedikit pengaruh terhadap warna dan ketahanan korosi namun banyak

mempengaruhi sifat-sifat coating seperti kekentalan (densitas), aliran, kekerasan

(hardness) dan permeabilitas. Contohnya adalah kalsium karbonat, kaolin, talc

dan barium sulfat (barytes).

1.2. Konsep Formulasi Coating (Pelapisan)

Setelah menentukan komponen-komponen untuk pelapisan (coating),

maka harus disatukan dalam jumlah yang sesuai. Berikut ini adalah parameter-

parameter yang penting untuk formulasi pelapisan.

a. Konsentrasi volume pigmen (PVC)

Pigmen Volume Concentration (PVC) merupakan rasio volume pigmen

terhadap volume total binder dan pigmen. Dua jenis pelapisan dapat memiliki

nilai pigmen dan binder yang sama namun sangat berbeda nilai PVCnya. Secara

sederhana hal ini dapat dihasilkan dengan menggunakan pigmen dengan densitas

yang berbeda. Nilai PVC dimana terdapat jumlah pengikat yang tepat untuk

menghasilkan lapisan tipis permukaan secara sempurna untuk setiap partikel dari

zat pewarna (pigmen) merupakan nilai PVC kritis (CPVC). Di atas nilai CPVC,

tidak ada cukup pengikat untuk membasahi semua zat pewarna. Sedangkan di

bawah nilai CPVC, terdapat kelebihan pengikat. Beberapa sifat pelapisan dapat

secara signifikan dipengaruhi oleh variasi formulasi PVC.

b. Densitas, berat solid dan volume solid

Densitas, berat solid dan volume solid serta persentase pengikat (binder)

dan persentase zat pewarna (pigmen) seringkali disebut sebagai konstanta fisik dari

pelapisan. Densitas biasanya dinyatakan dalam satuan pound per gallon. Berat

solid pelapisan biasanya dalam bentuk persentase non volatile, merupakan berat

solid dibagi dengan berat total pelapisan (coating). Volume solid adalah

persentase volume material non-volatil. Kemudian persentase pengikat (binder)

dan persentase zat pewarna (pigmen) merupakan persentase pengikat dan zat

pewarna dalam pelapisan (coating).

c. Rasio zat pewarna (pigmen)/pengikat (binder)

Merupakan perbandingan berat pigmen terhadap berat pengikat. Lapisan

atas (Topcoat) biasanya memiliki pigmen/binder 1,0 atau kurang, sedangkan

primer coating mempunyai pigmen/binder 2-4. Coating gloss biasanya

mempunyai pigmen/binder yang lebih rendah daripada coating flat.

1.3. Preparasi Coating (Pelapisan)

Kunci dari suatu lapisan ialah kemampuan untuk melekat pada permukaan

substrat. Permukaan substrat biasanya belum bisa langsung diberikan coating

(pelapisan), karena kualitas permukaan substrat yang rendah serta kemungkinan

adanya kotoran dan minyak dapat mengganggu sifat adhesive dari coating

(pelapisan). Oleh karena itu perlu dilakukan proses preparasi terlebih dahulu

sebelum dilakukan proses coating (pelapisan). Proses preparasi coating

(pelapisan) ini terdiri dari dua jenis, yaitu pembersihan secara kimiawi (chemical

cleaning) dan pembersihan secara mekanik (mechanical cleaning).

1. Chemical cleaning, yaitu proses pembersihan dengan menggunakan bahan

kimia. Cara pengaplikasiannya dapat diusapkan, disemprot, diuapkan, dan

dicelupkan. Ada beberapa jenis chemical cleaning, antara lain:

a. Emulsion cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan berbahan dasar

organic (surfactant) yang dapat membersihkan minyak seperti detergent

atau emulsifier.

b. Alkaline cleaning, yaitu dengan menggunakan larutan garam alkali untuk

membersihkan kotoran dan minyak. Larutan yang umum digunakan antara

lain sodium hydroxide (NaOH) dan sodium carbonate (Na2CO3). Biasanya

garam tersebut dilarutkan dengan air hangat sebanyak 80-40%. Setelah

proses alkaline cleaning, semua zat alkaline harus dibersihkan dengan air

atau uap agar tidak mengganggu kinerja coating.

c. Pickling (Acid cleaning), yaitu dengan menggunakan larutan asam untuk

membersihkan scale dan korosi. Larutan asam yang biasa digunakan yaitu

asam sulfat (H2SO4) yang akan melarutkan oksida pada permukaan.

2. Mechanical cleaning, yaitu dengan menggunakan material abrasif untuk

menghilangkan kotoran pada permukaan. Proses mechanical yang digunakan

umumnya yaitu grinding, sand blasting, dan lain-lain. Kontaminan yang dapat

dibersihkan antara lain scale, produk korosi, maupun sisa coating sebelumnya

dengan mengikis permukaan material substrat tersebut.

1.4. Sifat Adhesive Coating (Pelapisan)

Ketahanan pelapisan (coating) sangat dipengaruhi oleh kemampuan

pelapisan (coating) untuk menempel pada material substrat. Jika daya adhesive

tidak kuat maka selain pelapisan (coating) tidak menempel dengan baik, hal ini

dapat juga memberi kesempatan kepada udara lembab masuk ke celah antara

coating dan substrat yang menyebabkan kontaminasi. Ada beberapa jenis daya

ikatan (adhesive) antara coating dengan material substrat, antara lain:

a. Daya ikat mekanik (mechanical adhesion), yaitu daya ikat yang terjadi karena

ikatan secara mekanik (mechanical interlocking). Contohnya yaitu dengan

penggunaan pelapisan (coating) pada permukaan substrat yang kasar, seperti

penggunaan sand blast ataupun bahan abrasif sebelum proses pelapisan. Selain

itu bisa juga penggunaan pelapisan yang akan mengkerut ketika curing

sehingga akan membungkus material substrat dengan baik, seperti epoxy,

polyester, dan lain-lain.

b. Daya ikat kimia (chemical bonding adhesion), yaitu daya ikat yang terjadi

antara pelapisan (coating) dengan material substrat berupa ikatan atom.

Contohnya yaitu pada pelapisan (coating) zinc (seng) untuk melapisi baja,

atau yang biasa disebut galvanized steel. Zinc berikatan dengan baja

membentuk paduan intermetalik FeZn. Jenis ikatan ini adalah ikatan yang

paling kuat.

c. Daya ikat polar (polar adhesion), yaitu daya ikat yang terjadi karena gaya tarik

menarik material polar. Contohnya yaitu pelapisan (coating) organik, yang

banyak mengandung senyawa polar. Jenis ikatan ini tidak akan bekerja dengan

baik apabila terdapat zat pengotor di permukaan substrat seperti kotoran,

minyak, air, dan lain-lain.

1.5. Macam-macam Proses Coating (Pelapisan)

1. Dip Coating

Dip coating adalah suatu proses yang digunakan untuk pelapisan,

misalnya bahan semikonduktor. Pada proses pelapisan ini, biasanya di bagi

menjadi beberapa langkah. Perendaman (immersion), dimana substrat ini

direndam dalam larutan bahan lapisan pada kecepatan konstan. Kemudian s tart-

up, dimana substrat telah berada di dalam larutan untuk sementara waktu dan

mulai ditarik ke atas. Kecepatan menentukan ketebalan lapisan (penarikan lebih

cepat memberikan bahan pelapis yang lebih tebal). Pengeringan, dimana

kelebihan cairan akan mengalir dari permukaan. Penguapan (evaporation), dimana

pelarut yang menguap dari cair, membentuk lapisan tipis. Pada proses dip coating

ini, kecepatan alat sangat berpengaruh pada tiap langkah yang dilalui. Untuk itu,

perlu diperhatikan dalam pengontrolan kecepatan gerak alat agar hasil pelapisan

bahan semikonduktor mencapai hasil yang sesuai dengan kebutuhan.

2. Powder Coating Powder Coating adalah Suatu proses pelapisan logam/benda kerja yang

melapisilogam dengan cara menaburkan serbuk pelapisan diatas benda yang

dipanaskan sehingga serbuk cat tersebut mencair dan menempel pada benda yang

akan di lapisi. Kondisi benda/logam yang akan di lapisi harus memiliki titik leleh

lebih tinggi dibanding dengan serbuk pelapisanya. Powder coating juga

merupakan jenis lapisan yang diterapkan sebagai serbuk kering. Powder Coating

umumnya dipakai untuk melapisi permukaan logam seperti besi dan aluminium.

Untuk mencapai daya rekat yang maksimalmaka sebelum dilakukan pengecatan,

bahan yang akan dicat dibersihkan dan diberikan perlakuan tertentu. Agar cat

yang tadinya berupa powder atau serbuk bisa merekat dengan sempurna maka

harus melalui ovendengan suhu 160-220°C.

Powder coating adalah jenis lapisan yang diterapkan sebagai serbuk kering.

Perbedaan utama antara cat cair konvensional dan powder coating adalah bahwa

powder coating tidak memerlukan pelarut untuk menjaga bagian binder dan filler

dalam bentuk suspensi cair. Lapisan ini biasanya diterapkan elektrostatik dan

kemudian dipanaskan untuk memungkinkan agar serbuk mengalir dan membentuk

lapisan. Serbuk bisa thermoplastik atau polimer termoset. Hal ini biasanya

digunakan untuk membuat hard finish yang lebih keras dari cat konvensional.

Powder coating terutama digunakan untuk pelapisan logam, seperti "whiteware",

ekstrusi aluminium, dan mobil dan bagian-bagian sepeda. Teknologi baru

memungkinkan bahan lain, seperti MDF (medium-density papan serat), menjadi

serbuk dilapisi dengan menggunakan metode yang berbeda.

3. Spin Coating

Spin coating dapat diartikan sebagai pembentukan lapisan melalui proses

pemutaran (spin). Bahan yang akan dibentuk lapisan dibuat dalam bentuk larutan

(gel) kemudian diteteskan di atas suatu substrat yang disimpan di atas piringan

yang dapat berputar, karena adanya gaya sentripetal ketika piringan berputar,

maka bahan tersebut dapat tertarik ke pinggir substrat dan tersebar merata. Selain

untuk penumbuhan bahan semikonduktor, teknik spin coating ini juga dapat

digunakan untuk mendeposisi lapisan tipis bahan lainnya seperti bahan polimer

maupun bahan keramik oksida.

4. Electroplating (electrochemical plating)

Electroplating (electrochemical plating) merupakan salah satu cara

pelapisan permukaan substrat yang berlangsung dalam larutan elektrolit. Substrat

berfungsi sebagai katoda. Anoda merupakan sumber yang nantinya berfungsi

sebagai bahan pelapis terhadap substrat. Arus searah (DC) dialirkan ke anoda

dan katoda. Larutan elektrolit yang digunakan dapat berupa larutan asam, basa

atau larutan garam. Arus searah akan mengalir melalui larutan ini sehingga

ion-ion dari anoda akan berpindah ke katoda. Untuk mendapatkan hasil optimum,

anoda dan katoda (substrat) yang digunakan harus pada kondisi bersih saat proses

electroplating mulai berlangsung.