BAB I
PENDAHULUAN
A.
LATAR BELAKANG
Kaca atau gelas adalah salah satu produk industri kimia
yang paling akrab dengan kehidupan kita sehari-hari. Akan tetapi masyarakat
luas banyak yang belum mengerti tentang senyawa unik ini. Kaca atau gelas
apabila dipandang dari segi fisika merupakan zat cair yang sangat dingin.
Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling
berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi
akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga
partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi
kimia, kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah
menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan
alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat
yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca
ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2) dan proses
pembentukannya.
Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak digunakan
dalam peradaban modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah
satu rujukan yang paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny,
yang menceritakan bagaimana pedagang-pedangang phoenisia purba
menemukan kaca tatkala memasak makanan. Periuk yang digunakannya secara tidak
sengaja diletakkan di atas massa trona di suatu pantai. Penyatuan yang terjadi
antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang Mesir telah berusaha
menirunya. Sejak tahun 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang Mesir telah membuat
permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang
mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder
kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad ke-12. Dalam abad
tengah, Venesia memegang monopoli sebagai pusat industi kaca. Di jerman dan
inggris, kaca baru mulai dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum
tahun 1900, industri ini merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia
yang dijaga ketat. Proses pembuatannyapun bersifat empiris dan hanya
berdasarkan pada pengalaman. Kaca atau gelas merupakan materi bening dan
transparan (tembus pandang) yang biasanya di hasilkan dari campuran silikon atau bahan silikon dioksida (SiO2), yang secarakimia sama dengan kuarsa. dari segi fisika kaca dipandang sebagai zat cair
yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-partikel
penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri
berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat
cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara
teratur. Dari segi kimia, kaca adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik
yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan
senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya. Kaca
memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya.
Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2)
dan proses pembentukannya.
B.
TUJUAN
Penyusunanmakalah
ini untuk membuka jendela pengetahuan tentang kaca yang ada saat ini. Harapan
penulis adalah agar makalah ini tidak hanya bermanfaat bagi dirinya sendiri,
akan tetapi bermanfaat juga bagi meraka yang membutuhkan untuk referensi
ataupun bahan bacaan semata
BAB II
PEMBAHASAN
1.
PENGERTIAN
Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang
bahan utama penyusunnya adalah SiO2 dengan suhu pelelehan
2000◦ C. Kaca atau gelas 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 atau
gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang merupakan senyawa kimia
dengan susunan yang kompleks. Senyawa tersebut diperoleh dengan membekukan
lelehan yang lewat dingin. Kaca atau gelas ialah produk yang “amorf dan bening
dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh. Seperti yang
telah dijelaskan di bab sebelumnya bahwa kaca atau gelas apabila dipandang dari
segi fisika merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena
struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat
cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan
(cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat”
menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca atau adalah gabungan dari
berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang dihasilkan dari
dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai
penyusun lainnya.
Kaca atau gelas merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan
hakis, lengai, dan secara biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang dapat
dibentuk menjadi permukaan yang datar dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca
atau gelas sebagai bahan yang sangat berguna. Kaca atau gelas biasanya dicampur
dengan bahan lain untuk mengubah cirinya. Misalnya seperti kaca atau gelas
bertimah hitam yang menyebabkan kaca atau gelas menjadi lebih berkilauan, hal
ini karena adanya peningkatan index pantulannya, sementara boron ditambahkan untuk
mengubah ciri termal dan elektriknya, seperti Pyrex. Penambahan barium juga dapat meningkatkan indeks pantulannya,
dan seriumditambahkan untuk kaca atau gelas yang menyerap
tenaga infra. Logam oksida juga ditambahkan untuk memberikan warna pada kaca
atau gelas. Peningkatan soda atau potash dapat menurunkan titik lebur,
sementaramangan ditambahkan untuk menghilangkan warna yang
tidak dikehendaki. Kaca atau gelas berwarna diperoleh dengan menambahkan
sedikit oksida logam peralihan. Misalnya, oksida mangan akan menghasilkan warna
ungu, oksida kuprum dan kromium memberikan warna hijau, dan oksida kolbalt
memberikan warna biru.
2.
SIFAT-SIFAT KACA ATAU GELAS
Kaca atau gelas memiliki sifat-sifat yang sangat khas
bila disbanding dengan keramik. Kehasan sifat kaca ini disebabkan oleh keunikan
silika (SiO2) dan proses pembentukannya.
Beberapa sifat kaca atau
gelas yang sangat umum adalah sebagai berikut :
·
Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya
tampak dan sinar infra merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet.
·
Padatan amorf (short range order).
·
Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat
cair.
· Tidak memiliki titik
lebur yang pasti (ada range tertentu)
·
Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s)
·
Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena
itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.
·
Efektif sebagai isolator.
·
Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.
Secara umum dan ringkas
reaksi pembentukan kaca adalah sebagai berikut :
Na2CO3
+ aSiO2
–> Na2O.aSiO2
+ CO2
CaCO3 + bSiO2 –> CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 + cSiO2 + C à Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO
CaCO3 + bSiO2 –> CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 + cSiO2 + C à Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO
3.
PROSES PEMBUATAN KACA
a.
Bahan-Bahan :
Pada dasarnya, bahan baku pembuatan kaca atau gelas
terdiri atas 3 jenis bahan yang masing-masing memiliki peranan pada kualitas
dan hasil akhir dari produk gelas secara keseluruhan. Ketiga jenis tersebut
adalah :
1)
Bahan pembentuk gelas
i.
Pasir kuarsa/silika dengan kemurnian SiO2 99.1
– 99.7%
Silikon (IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh
karena itu, silicon (IV) oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi
setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, silicon (IV)
oksida mempunyai titik lebur yang sangat tinggi, yaitu 1710 C. Dalam silicon
(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.
ii.
sodium karbonat/soda abu (Na2CO3)
iii.
asam borat/borax
iv.
phosfor pentaoksida
v.
dolomit (CaCO3.MgCO3)
Dolomit merupakan variasi batu gamping yang mengandung
< 50% karbonat. Secara geologi dolomit dapat terbentuk karena proses primer
maupun sekunder. Secara sekunder dolomit terjadi karena proses dolomitisasi
yaitu proses perubahan mineral kalsit menjadi dolomit, selain itu dapat juga
terbentuk karena diendapkan secara tersendiri sebagai endapan evaporit. Dolomit
primer berbentuk urat, yang terbentuk bersama-sama dalam jebakan bijih. Dolomit
mempunyai struktur kristal rhombohedral yang mempunyai komposisi kimia
CaMg(CaCO3)2 atau manganodolomit dan berkomposisi
MgFe(CaCO3)2 atau ferrodolomit. Umumnya dolomit
berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan, kekerasan 3,5 – 4, berifat
pejal, berat jenis 2,8 – 2,9, berbutir halus-kasar, mudah menyerap air, mudah
dihancurkan.
vi.
feldspar, dengan rumus molekul R2O.Al2O3.6SiO2 di
mana R2O mewakili Na2O atau K2O atau gabungan
keduanya.
Feldspar adalah nama kelompok mineral yang terdiri atas
potasium, sodium dan kalsium alumino silikat. Pada umumnya kelompok ini
terbentuk oleh proses pneumatolitis dan hidrotermal yang membentuk urat
pegmatit. Felspar ditemukan pada batuan beku, batuan erupsi dan metamorfosa,
baik bersifat asam maupun basa. Felspar mempunyai nilai kekesaran 6 – 6,5 skala
Mosh, berat jenis 2,4 – 2,8, warna dari putih keabu-abuan, merah jambu, coklat,
kuning dan hijau. Felspar adalah mineral alumina anhidrat silikat yang
berasosiasi dengan unsur Kalium (K), Natrium (Na) dan Calsium (Ca) dalam
perbandingan yang beragam. Mutu felspar ditentukan oleh kandungan oksida kimia
K2O dan Na2O yang relatif tinggi diatas 6%, oksida Fe2O3 dan
TiO2 .
vii.
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.
2)
Bahan stabilizer
Bahan stabilizer 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 adalah :
i.
Kalsium Karbonat atau Limestone, 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
Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al2O3 dan nama mineralnya adalah alumina. Disini
alumunium oksida berfungsi untuk meningkatkan viskositas gelas, kekuatan fisik
dan ketahanan terhadp bahan kimia.
3)
Komponen sekunder
i.
Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat
pelelehan bahan baku. Bahan yang biasa digunakan sebagai refining
agent pada industri gelas adalah sodium nitrat dan sodium sulfat atau
arsen oksida (As2O3).
ii.
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).
iii.
Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas
khusus sesuai dengan warna yang dikehendaki.
iv.
Opacifiers. Bahan yang digunakan sebagai opacifier adalah
fluorite (CaF2), kriolit (Na3AlF6), sodium
fluorosilika (Na2SiF6), timah phospat, seng phospat (Zn3(PO4)2),
dan kalsium phospat (Ca3(PO4)2). Opacifiers
adalah zat yang ditambahkan untuk membuat kaca atau gelas bersifat buram atau
tidak dapat ditembus gelombang elektromagnetik, walaupun kacaatau gelas
tersebut transparan.
b.
Proses Pembuatan
Secara skematis proses
pembuatan kaca atau gelas dapat digambarkan 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 yang sesuai dengan produk kaca yang dikendaki. Pengadukan
campuran bahan baku dalam suatu mixer hal ini dilakukan agar campuran menjadi
homogen sebelum dicairkan.
Komposisi dari
bahan-bahan penyusunnya adalah sebagai berikut :
Bahan
|
Komposisi (%)
|
Pasir Silika
|
72,6
|
Natrium Karbonat
|
13,0
|
Kalsium Karbonat
|
8,4
|
Dolomit
|
4,0
|
Alumina
|
1,0
|
Lain-Lain
|
1,0
|
2)
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 :
1.
Reaksi-reaksi penguraian
2.
Na2SO3 à Na2O
+ CO2
3.
CaCO3 à
CaO +
CO2
4.
Na2SO4 à Na2O
+ SO2
5.
Reaksi antara SiO2 dengan Na2CO3 pada
suhu 630 – 780oC
6.
Na2CO3 + aSiO2 à
Na2O.aSiO2 +
CO2
7.
Reaksi antara SiO2 dengan CaCO3 pada
suhu 600oC
8.
CaCO3 + bSiO2 à
CaO.bSiO2 +
CO2
9.
Reaksi antara CaCO3 dengan Na2CO3 pada
suhu di bawah 600oC
10.
CaCO3 +
a2CO3 à
Na2Ca(CO3)2
11.
Reaksi antara Na2SO4 dengan
SiO2 pada suhu 884oC
12.
Na2SO4 +
nSiO2 à
NaO.nSiO2 + SO2 +
0.5O2
13.
Reaksi utamaaSiO2 + bNa2O
+ cCaO + dMgO à aSiO2.bNa2O.cCaO.dMgO
Leburankaca
Tungku sebagai tempat
mencairkan campuran bahan baku kaca atau gelas, terbagi menjadi 3 jenis, yaitu
:
i.
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.
ii.
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.
iii.
Regenerative furnace
3. Pembentukan (forming/shaping)
Bahan kaca atau gelas 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)
Proses mekanik :
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
proses Fourcault.
b.
Proses Colburn (Libbey-Owens)
Jika proses Fourcault , gerakan kaca
berlangsung secara vertikal, maka pada proses Colburn kaca
akan bergerak secara vertical kemudian diikuti gerakan horizontal setelah
melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi
lembaran-lembaran.
c.
Proses Pilkington (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.
2)
Proses tiup (blow)
Proses ini digunakan untuk membuat botol kaca, gelas
kemasan, atau aneka bentuk kaca seni lainnya.
4.
Annealing
Fungsi 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 :
a.
menahan kaca dengan waktu yang cukup di atas temperatur
kritik tertentu untuk menurunkan regangan internal.
b.
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
adalah cleaning and polishing, cutting, enameling,
dangrading.
4. MODEL-MODEL KACA
1) Kaca forming adalah kaca yang dicetak dan
dilebur atau dicetak kemudian dibentuk sesuai model yang diinginkan.
2) Kaca es adalah jenis kaca berwarna buram dan
semi tembus pandang umumnya berwarna netral dan putih. tetapi ada juga yang
berwarna warni.
3) Kaca raindown adalah satu jenis kaca es
tetapi memiliki motif yang berbeda yaitu menyerupai aliran air.
4) Kaca rayband adalah kaca yang digunakan untuk
membatasi pandangan dari salah satu arah serta mngurangi efek sinar matahari
yang masuk.
5) Kaca melton adalah berasal dari kata melt on,
yaitu kaca yang diperoleh dari proses pencetakan. Permukaannya sendiri memiliki
banyak tekstur yang kadang mirip dengan ukiran.
6) Kaca sandblasting adalah kaca yang berfungsi
untuk membatasi secara visual dengan bagian buramnya membentuk motif tertentu,
efek transparansi visual yang diperoleh adalah dari tengah-tengah kaca bening
dan kaca es.
7) Kaca patri (stainlass glass) patri adalah
bidang kaca yang diperoleh dengan manggabungkan beberapa bidang kaca motif yang
berwarna dengan timah dan kuningan.
8) Kaca bevel adalah potongan miring pada
pinggiran kaca, bagian miring ini akan menjadi prisma yang nantinya akan
memantulkan cahaya yang indah.
9) Kaca inlay adalah kaca dekoratif yang
diperoleh dengan cara menyisipkan beberapa potongan kaca yang berbeda.
10) Moons glass/fusion glass adalah kaca yang
diperoleh dari beberapa kaca yang ditumpuk / disambung lalu dipanaskan.
BAB III
PENUTUP
1.
Kesimpulan
a.
Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang
bahan utama penyusunnya adalah SiO2 dengan suhu pelelehan
2000◦ C yang bersifat transparan dan dingin.
b.
Reaksi pembuatan kaca atau gelas secara umum:
Na2CO3
+ aSiO2
à Na2O.aSiO2 +
CO2
CaCO3 + bSiO2 à CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 + cSiO2 + C à Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO
CaCO3 + bSiO2 à CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 + cSiO2 + C à Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO
c.
Pada prinsipnya tahapan proses pembuatan kaca atau gelas
ada lima, yaitu:
1)
Persiapan bahan baku (batching)
2)
Pencairan (melting/fusing)
3)
Pembentukan (forming/shaping)
4)
Annealing
5)
Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)
DAFTAR PUSTAKA
.jpg)
.jpg)
Posting Komentar