Makalah Kaca

BAB I

PENDAHULUAN

I.     TUJUAN

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :

1.    Untuk menambah wawasan mengenai industri-industi kimia yang ada di Indonesia.

2.    Untuk mengetahui dan memahami proses pembuatan gelas dan kaca.

3.    Untuk memenuhi tugas mata kuliah kimia industri.  

II.     LATAR BELAKANG

Kaca atau gelas adalah salah satu produk industri 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 pertikel-partikel penyusunnya 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 penyusun lainya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibandingkan dengan golongan keramik lainya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dippengaruhi oelh keunikan silika (SiO₂) dan proses pembentukannya.

Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak diguanakan dalam peradaban modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan bagaimana pedagang-pedagang Phoenisia purba menemukan kaca takkala memasak makanan. Periuk yang diguanakan 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 SM, orang Mesir telah menbuat permata tiruan dari kaca dengan keterampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela sudah muali disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder kaca jendela tiup ditemukan oleh para pendeta pada abad ke-12. Dalam abad tengah, vanesia memegang monopoli sebagai pusat industtri kaca, di Jerman dan Inggris, kaca baru dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum tahun 1990, industri ini merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat. Proses pembuatannyapun bersifat empiris dan hanya berdasarkan pengalaman. Kaca atau gelas merupakan materi bening dan transparan (tembus pandang) yangbiasanya dihasilkan dari campuran silikon atau bahan silikon dioksida (SiO₂), yang secara kimia sama dengan kuarsa.

BAB II

PEMBAHASAN

I.     PENGERTIAN

Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang abhan utama penyusunnya adalah SiO₂ dengan suhu pelelehan 2000^oC. 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 bisa terbentuk. Kaca atau gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang merupakan senyawa kimia dengan susunan yang kompleks. Senyawa tersebut diperoleh dengan membekuan lelehan yang lewat dingin. Kaca atau gelas ialah produk yang “amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh.

Kaca atau gelas merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai dan secara biologi merupakam bahan yang tidak aktif, yang dapat dibentuk menjasdi permukaan yang datar dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca atau gelas sebagai bahan yang sangat berguna. Kaca atau gelas dicampur dengan bahan lain untuk mrngubah cirinya. Misalnya kaca atau gelas yang bertimah hitam yang menyebabkan kaca atau gelas lebih berkilauan, hal ini karena adanya peningkatan index pemantulannya, semantara boron ditmbahkan untuk mengubah ciri termal dan elektriknya, seperti Pyrek. Penambahan barium juga dapat meningkatkan indeks pantulannya, dan serium ditambahkan 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, sementara mangan ditambahkan untuk menghilangakn warna yang tidak dikehendaki. Kaca atau gelas berwarna diperoelh dengan menambahkan sedikit oksida logam peralihan. Misalnya, oksida mangan akan menghasikan warna ungu, oksida kuprum dan kromium memberikan warna hijau, dan oksida kobalt memberikan warna biru.

II.     SIFAT-SIFAT KACA ATAU GELAS

Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibandingkan dengan golongan keramik lainya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO₂) dan proses pembentukannya. Beberapa sifat kaca atau gelas yang sangat umum dalah 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 tetapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.

   Tidak memilki titik lebur yang pasti (ada range tertentu).

   Mempunyai viksositas cukup tinggi (lebih besar dari 10¹² pa.s).

   Transparan, than terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena itu kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.

   Efektif sebagai isolator.

   Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

Secara umum ringkasan reaksi pembentukan kaca adalah sebagai berikut :

Na₂CO₃  +   aSiO₂  →  Na₂O.aSiO₂   +   CO₂

CaCO₃   +   bSio₂  →   CaO.bSiO₂   +    CO₂

Na₂SO₄  +  cSiO₂ +  C  → Na₂O.cSiO₂   +  SO₂    +  SO₂  + CO

  

III.     PROSES PEMBUATAN KACA ATAU GELAS

a.    Bahan - bahan

Pada dasarnya, bahan baku pembuatan kaca atau gelas terdiri dari 3 jenis bahan yang masing- masing yang memiliki peranan pada kualitas dan hasil akhir dari produk gelas secara keseluruhan. Ketiga jenis tersebut adalah :

1.    Bahan pembentuk gelas

·      Pasir kuarsa/silika dengan kemurnian SiO₂ 99,1-99,7%.

Silikon (IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh karena itu, Silikon (IV) oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, Silikon (IV) oksida mempunyai titik lebur yang sangat tinggi, yaitu 1710 C. Dalam Silikon (IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara kovalen kepada 4 ataom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan 109,5. Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan setiap atom oksigen terikat pada 2 atom silikon yang membentuk molekul kovalen raksasasperti struktur berlian.

·      Sodium karbonat/soda abu (Na₂CO₃)

·      Asam borat/borak

·      Phosfor pentaoksida

·      Dolmit (CaCO₃.MgCO₃)

Dolmit merupakan variasi batu gamping yang mengandung < 50% karbonat. Secara geologi dolmit terjadi karena proses dolomitisasi yaitu proses perubahan mineral kalsit menjadi dolmit, selain itu dapat juga terbentuk karena diendapkan secara tersendiri sebagai endapan evaporit. Dolmit primer berbentuk urat, yang terbentuk bersama-sama endapan bijih. Dolmit mempunyai struktur kristal rhombohedral yang mempunyai komposis kimia CaMg(CaCO₃)₂ atau ferrrodolmit. Umumnya dolmit berwarrna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan, kekerasan 3,5-4, bersifat pejal, berat jenis 2,8 – 2,9, berbutir halus-kasar, mudah menyerap air, mudah dihancurkan.

·      Feldspar

Feldspar dengan rumus molekul R₂O.Al₂O₃.6SiO₂ dimana R₂O mewakili Na₂O atau K₂O atau gabungan keduanya. Feldspar adalah nama kelompok mineral yang terdiri ataas potasium, sodium dann kalsium alumino silikat. Pada umumnya kelompok ini terbentuk oleh proses pneumatolitis dan hidrotermal yang membentuk urat pegmatit. Feldspar ditemukan pada batuan beku, batuan erupsi dan metamorfosa,baik bersifat asam maupun basa. Feldspar mempunyai tingkat kekerasan 6-6,5 skala mosh, berat jenis 2,4-2,8 warna dari putih keabu-abuan, merah jambu, coklat, kuning dan hijau. Feldspar adalah alumunia anhidrat silikat yang berasosiasi dengan unsur kalium, natrium, dan calsium dalam perbandingan yang beragam. Mutu feldspar ditentukan oleh kandungan oksida kimia K₂O dan Na₂O yang relatif tinggi diatas 6%, oksida Fe₂O₃ dan TiO.

·      Cullet

Cullet merupakan pecahan-pecahan kaca yang berasal produk yang tak lolos quality control. Cullet berfungsi untuk menurukan temperatur lelehan dari bahan baku. Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.

2.    Bahan stabilizer

Bahan stabilizer merupakan bahan yang mampu menurukan kelarutan di dalam air, yahan terhadap serangan bahan kimia lain termasuk materi-materi yang terdapat di atmosfer. Contoh bahan stabilizer yang biasa digunakan di industri gelas adalah :

·      Kalsium karbonat atau limestone, membuat produk akhir tidak larut dalam air.

·      Barium karbonat, meningkatkan berat spesifik dan indeks bias.

·      Timbal oksida membuat produk menjadi transparan, mengkilat, dan memiliki indeks bias yang tinggi.

·      Seng oksida, membuat gelas tahan terhadap panas yang mendadak, mmemperbaiki sifat-sifat fisik dan mekanik, dan meningkatkan indeks bias.

·      Alumunium oksida

Alumunium oksida merupakan sebuah senyawa kimia dari alumunium dan oksigen, dengan rumus Al₂O₃ dan nama mineralnya adalah alumina. Disini alumunium oksida berfungsi meningkatkan viksositas, kekuatan fisik dan ketahanan terhadap bahan kimia.

3.    Komponen sekunder

·      Refining agent, menghilangkan gelembung-gelembung gas pada saat peleburan bahan baku. Bahan yang biasa digunakan sebagai refining agent pada industri gelas adalah sodium nitrat dan sodium sulfat atau arsen oksida (As₂O₃)

·      Penghilang warna (decolorant), menghilangkan warna yang biasanya diakibatkan oleh senyawa besi oksida yang masuk bersamaan dengan bahan baku. Bahan penghilang warna yang biasa digunakan adalah mangan oksida (MnO₂), logam selenium (Se), atau nikel oksida (NiO).

·      Pewarna (colorant), digunakan untuk membuat gelas khusus sesuai dengan warna apa yang dikehendaki.

·      Opacifiers, bahan yang digunakan sebagai opacifier adalah flourite (CaF₂), klorit (Na₃AlF₆) sodium floourosilika (Na₂SiF₆) , timah phospat, seng phospat (Zn₃(PO₄)₂, dan calsium phospat (Ca₃(PO₄)₂. Opacifiers adalah zat yang ditambahkan untuk membuat kaca atau gelas terlihat buram atau tidak dapat ditembus gelombang elektromagnetik, walaupun kaca atau gelas tersebut transparan.

b.    Proses pembuatan

Secara skematis kaca 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 dikehendaki. Pengadukan campuran bahan baku dalam satu mixer hal ini dilakukan agar campuran tadi menjadi homogen sebelum dicairakan.

Komposisi dari bahan baku penyusunnya adalah sebagai berikut :

Bahan	Komposisi (%)
Pasir silika	72,6
Natirum karbonat	13,0
Kalsium karbonat	8,4
Dolmit	4,0
Alumina	1,0
Lain-lain	1,0

2.    Pencairan (melting/fusing)

Bahan baku yang sudah homogen, diayak dahalu sebelum dimasukkan kedalam tungku (furnace) bersuhu sekitar 1500^oC sehingga campuran akan mencair. Selama proses pencairan, masing-masing bahan baku akan saling berinteraksi membentuk reaksi-reaksi kimia sebagai berikut :

ü Reaksi-reaksi penguraian

Na₂SO₃ → Na₂O  +   CO₂

CaCO₃  →  CaO    +   CO₂

Na₂SO₄   →  Na₂O  + SO₂

ü Reaksi antara SiO₂ dengan Na₂CO₃ pada suhu 630 -  780^oC.

NaCO₃ +  aSiO   →   Na₂O.aSiO₂  +  CO₂

ü Reaksi antara SiO₂ dengan CaCO₃ apda suhu 600^oC.

CaCO₃  bSiO₂   →   CaO.bSiO₂  +  CO₂

ü Reaksi antara CaCO₃ dengan Na2CO₃ pada suhu dibawah 600^oC.

CaCO₃ + a2CO₃  →  Na₂Ca(CO₃)₂

ü Reaksi antara Na₂SO₄ dengan SiO₂ pada suhu 884^oC

Na₂SO₄  +   nSiO₂  →   NaO.nSiO₂  +   SO₂  +  0.50₂

ü Reaksi utama SiO2 + bNa₂O +  cCaO +  dMgO  →  aSiO.bNaO.cCaCO.dMgO

Leburan kaca

Tungku sebagai tempat mencairkan campuran bahan baku kaca atau gelas, terbagi menjadi tiga jenis yaitu :

Ø Pot furnace

Biasanya dipakai untuk menghasikan 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 silika alumina (lempung) khusus atau platina.

Ø Tank furnace

Digunakan pada industri skala besar dan terbuat dari bata refraktori (bata tahan panas). Furnace ini mapu menampung sekitar 1350 ton cairan gelas yang membentuk kolam dijantung furnance.

Ø Regenerative furnace

3.    Pembentukan (forming/ shaping)

Bahan kaca atau gelas yang berbentuk cair lalu dialirkan kedalam alat-alat yang berfungsi untuk membentuk kaca padat sesuai yang diinginkan. Ada beberapa jenis proses pembentukan kaca, antara lain :

a.    Proses mekanik

ü Proses fourcault

Bahan cair dialirakan secara vertikal ke atas melalui sebuah bagian yang dinamakan “debiteuse”. Bagian ini terapung diatas permukaan cair dengan celah sesuai dengan ketebalan kaca yang diinginkan. Di atas debiteuse terdapat bagian sirkulasi air pendingin yang kan mendinginkan kaca hingga 650-670^oC. pada suhu tersebut kaca berubah menjadi plat padat dan akan bergerak dengan didukung oleh roda pemutar (roller) yang menarik kaca tersebut ke atas.

ü Proses colburn (Libbey-Owens)

Pada proses colburn kaca akan bergerak secara vertikal kenudian diikuti gerakan horizontal melewati roda-roda penjepit yang membentuk leburan gelas menjadi lembaran-lembaran.

ü Proses plilklington (float process)

Bahan cair dialirkan ke dalam sebuah kolam yang berisi cairan timah (Sn) panas. Kecepatan bahan cair ini merupakan pengatur tebal tipisnya kaca lembaran yang akan diproses. Kaca akan mengapung di atas cairan timah karena perbedaan densitas diantara 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 dikedua sisinya serta paralel. Bahan yang biasa digunakan untuk keperluan ini adalah nitrogen murni. Selanjutnya aliran kaca melewati daerah pendinginan (masih di dalam kolam) dan keluar dalam bentuk kaca lembaran dengan suhu ± 600^oC.

b.    Proses tiup

Proses ini diguanakan untuk membuat botol kaca, gelas kemasan, atau aneka bnetuk kaca seri lainnya.

4.    Annealing

Fungsi tahapan ini adalah untuk mencegah timbulnya tegangan-tegangan antara molekul pada kaca yang tidak merata sehingga menimbulkan kepecahan. Proses annealing kaca terdiri dari 2 aktivitas, yaitu :

ü  Menahan kaca dengan waktu yang cukup diatas temperatur kritik tertentu untuk  menurunkan tegangan internal.

ü  Medinginkan kaca sampai temperatur ruang secara perlahan-lahan untuk menhan regangan sampai titik maksimumnya.

Proses ini berlangsung di dalam ‘annealing lehr”. Untuk jenis kaca lembaran, annealing lehr ini dilewati oleh kaca-kaca bergerak di atas roda-roda berjalan.

5.    Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)

Beberapa proses penyelesaian akhir pada industri gelas adalah cleaning dan polishing, cutting, enemeling dan grading.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan dari makalah ini sebagai berikut :

1.      Kaca atau gelas adalah salah satu alat rumah tangga yang bahan utama penyusunnya adalah SiO2 dengan suhu pelelehan 2000^oC yang bersifat transparan dan dingin.

2.      Reaksi pembuatan kaca atau gelas secara umum :

Na₂CO₃  +   aSiO₂  →  Na₂O.aSiO₂   +   CO₂

CaCO₃   +   bSio₂  →   CaO.bSiO₂   +    CO₂

Na₂SO₄  +  cSiO₂ +  C  → Na₂O.cSiO₂   +  SO₂    +  SO₂  + CO

3. Pada prinsipnya proses pembuatan kaca atau gelas ada lima, yaitu :

a.    Persiapan bahan baku (batching)

b.    Pencairan (melting/fusing)

c.    Pembentukan (forming /shaping)

d.   Annealing

e.    Finishing dan pengendalian kualitas (Quality Control)