Tutorial - Cat Tembok - Bagian 4.4.2 - Bahan Baku Pembuatan Cat Tembok - Additif Rheology Modifier - Thickener - Pengental

Sekarang, kita masuki juga bagian yang cukup tricky untuk cat tembok, yaitu pemakaian thickener. Seperti dibahas sebelumnya, cat tembok dibagi menjadi berbagai jenis, yaitu cat tembok Low PVC (High End, Gloss Paint), cat tembok Medium PVC (Medium End, Semi Gloss Paint), dan cat tembok High PVC (Low End, Flat Paint). Perbedaan dari cat tembok itu dikarenakan ratio pemakaian latex dan "pigment" di dalam cat tersebut (yang disebut "pigment" adalah filler + pigment). Karena cat tembok terdiri dari bermacam-macam komponen, dan pada hasil akhir cat yang diproduksi diinginkan berada dalam rentang viskositas/kekentalan tertentu untuk mempermudah aplikasinya, maka diperlukan additif khusus yang berfungsi untuk "menyeragamkan" viskositas cat tembok yang dihasilkan sampai dengan level tertentu yang diinginkan. Baik cat tembok high pvc, medium pvc, maupun low pvc, biasanya untuk dapat diaplikasikan akan "diarahkan" agar memiliki rentang viskositas yang sama. Khusus untuk cat tembok, besaran viskositas yang digunakan adalah KREBS UNIT (KU) dan alat yang digunakan untuk mengukurnya adalah STORMER VISCOMETER (atau KU Viscometer). Angka "pedoman" untuk cat tembok adalah diharapkan viskositasnya berada dalam rentang "100 KU". Angka "keramat" ini diyakini sebagai angka terbaik bagi cat tembok yang dihasilkan (jika perlu diencerkan pun, hanya sedikit sekali, artinya adalah siap pakai).

Adapun additif thickener ini pada umumnya tidak digunakan hanya sebagai pengental saja, tetapi juga untuk memperbaiki RHEOLOGY dari cat tembok yang dihasilkan. Yang dimaksud dengan rheology adalah sifat aliran dari suatu campuran cair. Adapun beberapa sifat rheology yang menjadi patokan antara lain :

- Viskositas
- Pourability (aliran saat dituang, apakah putus seperti air, apakah mengalir seperti minyak, dll)
- Sagging (meleleh)
- Levelling (kehalusan / ke-dataran permukaan)


Gambar diatas menjelaskan beberapa jenis viskositas dilihat dari hubungannya dengan shear rate. Viskositas jenis newtonian adalah yang bernilai tetap baik ada maupun tidak ada shear. Viskositas pseudoplastis adalah bernilai tinggi (kental) pada no shear / low shear, dan menjadi encer saat shear rate dinaikan. Sedangkan dilatant adalah kebalikan dari pseudoplastis, tapi pada pembahasan cat tembok kita akan fokus di newtonian dan pseudoplastis saja.

Mempelajari rheology sebenarnya juga belajar juga mengenai shear rate (tingkat pergeseran). Shear dapat terjadi karena faktor dari external, antara lain vibrasi/goncangan selama storage dan transport, adukkan sebelum aplikasi, benturan, dll. Karena sifat thickener adalah mengentalkan dan memperbaiki rheology dari cat tembok, maka saat terjadi shear yang mempengaruhi cat tembok tersebut, viskositas dan sifat-sifat dari cat tersebut akan berubah. Yang kita harapkan dengan pemakaian thickener ini adalah kemungkinan agar sifat-sifat baik rheology yang mempengaruhi kualitas cat tembok dapat tercapai pada saat aplikasi setelah diberikan shear pada level tertentu (i.e. diaduk sebelum aplikasi). Karena pentingnya additif ini, maka pemilihan additif thickener menjadi amat sangat krusial dalam pembuatan cat tembok. Selain sebagai rheology modifier yang dapat dilihat relasinya dengan viskositas (kekentalan), Rheology Modifier juga berperan dalam meningkatkan daya tahan lapisan cat yang dihasilkan berdasarkan dari besarnya angka scrub resistance. Thickener ini berfungsi sebagai "jembatan" dari komponen-komponen pembentuk cat tembok ini yang disebut sebagai hubungan "associative", dimana performance associative ini sangat menentukan besarnya angka scrub resistance yang dihasilkan. Cat dengan angka scrub resistance tinggi merupakan cat yang berdaya tahan tinggi pula, sehingga dapat tahan lama.

Tentang rheology sendiri adalah ilmu yang sangat kompleks, disini saya akan menampilkan suatu grafik yang menggambarkan apa yang diharapkan dari pemakaian thickener dalam cat tembok itu untuk mendapatkan viskositas pseudoplastic dengan thixotropy flow yang sesuai dengan efek yang diinginkan oleh formulator cat tembok tersebut. Penggunaan rheology sangat dibutuhkan karena pada umumnya selama proses produksi, penyimpanan, transportasi, dan akhirnya aplikasi, terjadi bermacam-macam shear (force + rate) yang berpengaruh signifikan terhadap performance cat tembok yang dihasilkan. Oleh karena itu, additif ini sangatlah penting untuk dipelajari dan dioptimalisasi penggunaannya agar kita bisa membuat formulasi cat yang sesuai dengan keinginan dan juga memiliki kestabilan tinggi.

Gambar diatas menunjukkan korelasi antara shear yang terjadi pada cat tembok yang dihasilkan. Garis grafik menunjukan korelasi shear dan apa yang dialami oleh cat tersebut (pada saat storage, transportasi, diaduk, dll). Thixotropic flow adalah menyerupai kurva pseudoplastis yang diharapkan untuk optimalisasi formulasi cat tembok, sehingga formulasi selalu diarahkan menuju ke kurva seperti diatas.


Beberapa jenis additif rheology yang umum digunakan dalam cat tembok :

1. Cellulose based additif
Ini adalah additif thickener yang paling banyak digunakan dalam pembuatan cat tembok, dan yang paling umum digunakan adalah HEC (Hydroxy Ethly Cellulose). Keunggulan dari HEC adalah efisiensinya dalam menaikkan viskositas cat tembok pada penggunaan dosis rendah dan memberikan thickening efficiency tertinggi pada saat low-shear (atau kondisi diam). Thickener ini berbahan dasar selulosa yang terbuat dari bubur kertas (pulp) maupun bubur kapas, yang kemudian diproses dengan teknologi tertentu sehingga menghasilkan produk yang memiliki kompatibilitas tinggi untuk digunakan pada formulasi cat tembok. Adapun selain HEC, masih banyak lagi turunan-turunan thickner berbahan dasar selulosa. HEC ditawarkan pada viskositas range yang cukup lebar, perbedaan ini dikarenakan adalah besarnya MW (Molecular Weight) building block dari polymer selulosa yang digunakan untuk pembuatannya. Semakin tinggi MW selulosa yang digunakan, maka akan dihasilkan HEC dengan thickening effect (daya mengentalkan) semakin tinggi juga. Pemakaian HEC dengan MW tinggi (viskositas tinggi) pada cat akan banyak menimbulkan efek inferior pada lapisan cat yang dihasilkan (antara lain blister, alkali resistance, dll). Oleh karena itu, pada cat jenis medium PVC dan low PVC, digunakan HEC dengan level kekentalan moderat agar mudah diaplikasikan dan mengurangi efek yang mengurangi performance lapisan cat yang dihasilkan. Rheology modifier dari HEC adalah yang paling banyak digunakan karena efek thickening yang diharapkan pada saat storage (no shear / low shear) dapat tercapai dengan penggunaan additif ini.

2. Associative Thickener dan Alkali Swellable
Ini adalah thickener tambahan yang umum digunakan pada cat tembok medium PVC dan low PVC (cat kualitas medium to high end). Fungsi thickener ini adalah memperkuat efek "associative" antar building block dari komponen cat tembok tersebut, dan umumnya jenis thickener ini akan "swell / mengembang" pada kondisi basa (ideal di pH 8-10). Hampir semua cara kerja thickener adalah dengan kemampuan bahan pembentuk additif ini untuk mengembang dan mengikat komponen yang ada di dalam cat tembok sehingga mampu mengontrol rheology (mengentalkan juga) cat yang dihasilkan. Beberapa thickener yang termasuk dalam golongan ini adalah :

- Acrylic based
- Polyurethane based
- Polyether Polyurethane based
- dll

Gambar diatas menunjukkan mekanisme alkali swellable thickener, dimana dengan kenaikan pH maka additif ini akan "mengembang" dan memberikan thickening effect pada cat tembok yang diformulasikan dengan penambahan additif jenis ini.

Gambar diatas menunjukkan bahwa associative group dari associative thickener berfungsi sebagai "jembatan pengikat" antara komponen-komponen bahan baku pembentuk cat tembok.


Pemilihan thickener jenis ini akan sangat tergantung dengan efek yang diinginkan, baik saat penyimpanan maupun sewaktu aplikasi. Beberapa hal yang mempengaruhi pemilihan thickener ini adalah antara lain jenis latex, particle size latex, perlakuan shear yang digunakan / diharapkan terjadi, persentase penggunaan filler + pigment, kondisi umum yang diharapkan, dan faktor external lainnya. Adapun penggunaan thickener jenis associative ini diharapkan dapat memberikan peningkatan performance cat tembok, antara lain dalam hal ketahanan sag (leleh) yang baik, ke-rata-an (levelling) yang baik, scrub resistance yang meningkat, kemudahan aplikasi, warna yang rata dan tidak "pecah" pada saat storage, dll.


3. Clay dan Modified Clay
Ini adalah jenis rheology modifier yang mampu memberikan level associative yang sangat baik, sehingga cat yang dihasilkan memiliki "bonding" yang sangat kuat antara komponen pembentuknya sehingga setelah aplikasi akan dihasilkan cat yang memiliki scrub resistance sangat tinggi. Kekurangan dari rheology modifier ini adalah thickening efficiency-nya tergolong rendah, sehingga kurang populer digunakan dalam aplikasi cat tembok.


Seperti dibahas diatas bahwa additif rheology HEC memberikan thickening efficiency yang sangat tinggi pada kondisi low-shear (saat storage/penyimpanan), sedangkan additif rheology associative alkali swellable memberikan thickening efficiency yang dominan pada medium shear atau high shear, bahkan beberapa bisa memberikan efek newtonian. Berikut adalah kurva yang menunjukkan thickening efficiency dari rheology additif yang disebutkan.

Cellulose thickener memberikan viskositas tinggi pada kondisi low shear, tetapi pada kondisi medium shear maupun high shear, associative thickener memberikan efisiensi yang lebih baik sekaligus juga memberikan improvement pada properties cat seperti sag, levelling, scrub, dll.


Mempelajari rheology sangatlah "rumit" dan memerlukan pendalaman khusus agar mampu menguasai ilmu-ilmu yang terkandung di dalamnya.

Adapun sementara ini pembahasan kita tidak akan menyentuh terlalu detail, tapi optimalisasi penggunaan rheology additif dalam cat tembok ini dapat menciptakan formulasi dengan keunggulan spesifik seperti yang sering diiklankan dengan tagline marketing, yaitu antara lain :
- Bebas noda cipratan
- Mudah diaplikasi (easy brush - easy roll)
- dll

Adapun produsen rheology modifier additif umumnya sudah mengklasifikasi produk mereka berdasarkan efek yang diinginkan seperti misalnya bekerja pada shear rate tertentu (low, medium, high), jenis rheologynya sehingga menghasilkan efek tertentu, jenis viskositas yang dihasilkan (pseudoplastis, dilatant, newtonian), dll.

Untuk pembahasan additif thickener dalam cat tembok lebih berfungsi sebagai pengenalan saja, tidak membahas satu demi satu secara mendalam karena akan sangat panjang dan memerlukan pendalaman yang khusus.

Tutorial - Cat Tembok - Bagian 4.4.1 - Bahan Baku Pembuatan Cat Tembok - Additif Dispersant

Dispersant (atau dispersing agent) adalah bahan pembantu untuk men-disperse pigment dalam formulasi cat sehingga dapat dicapai kualitas warna optimal yang diinginkan dari pemakaian extender pigment dalam formulasi cat tersebut. Berbicara mengenai dispersant berarti kita berbicara juga mengenai warna dan juga cara produksi cat tembok tersebut.

Fungsi dispersant sebenarnya adalah karena bahan baku pigment berbentuk powder, dan umumnya masih fresh partikelnya yang saling lengket satu sama lain (secara mikroskopis tentunya, bukan dengan mata telanjang), maka bahan baku dispersant ini akan berusaha untuk "melapisi" partikel-partikel pigment tersebut sehingga berjarak "renggang", dan setelah dicampur dengan bahan baku pembuatan cat yang lain kemudian tidak menjadi bersatu kembali. Setelah terjadi "pelapisan" pada permukaan pigment itu, dispersant kemudian memberikan "affinity" pada partikel-partikel pigment yang kemudian akan mencegah partikel tersebut saling membentuk agglomerate (gumpalan) kembali, sehingga pigment tersebut "tersebar" sempurna dan mampu memberikan warna yang optimal. Kemampuan dispersant yang utama selain "melapisi" adalah memberikan daya "membasahi" permukaan pigment tersebut. Optimalisasi pemakaian pigment dalam formulasi cat adalah sangat penting, hal ini karena untuk menekan cost (penggunaan pigment yang mahal jadi tidak berlebihan), dan juga dengan optimalisasi ini diharapkan terjadi stabilisasi pigment-dispersant, sehingga pada saat produksi, storage, dan aplikasi tidak terjadi separasi warna.

Untuk analoginya, jika kita punya tepung terigu sebanyak 1 kg, kemudian masukkan kedalam plastik dan lemparkan di lantai (jangan sampai pecah plastiknya). Kemudian jika tepung itu tidak kita masukkan plastik, terus kita sebar di lantai, maka luas area lantai yang tertutup oleh tepung 1 kg tanpa diplastiki itu adalah jauh lebih besar dari pada luas area lantai yang tertutup oleh tepung 1 kg dalam plastik. Analoginya adalah yang tepung terigu yang diplastiki itu sebagai pigment yang menggumpal, dan tepung terigu yang tidak diplastiki kemudian tersebar menutupi luas area yang besar adalah yang tidak menggumpal. Jadi jika pigment tidak menggumpal, tentunya akan memberikan daya sebar yang lebih besar juga, disinilah peran dispersing agent terjadi.

Ada beberapa jenis dispersant yang umum digunakan dalam cat tembok, antara lain :

1. Sodium Polyacrylate
Ini adalah dispersant paling ekonomis, dan beberapa perusahaan lokal juga sudah membuat dispersant jenis ini. Kekurangannya adalah masalah kompatibilitas dan kemungkinan terjadi separasi pada warna campuran.

2. Ammonium Polyacrylate
Ini adalah pengembangan dari dispersant Sodium Polyacrylate yang memberikan kompatibilitas lebih tinggi dan lebih sedikit problem pada separasi warna. Harganya lebih mahal dari Sodium Polyacrylate, tetapi dapat memberikan garansi kualitas yang lebih baik sebagai dispersant cat tembok kelas medium.

3. Polymeric (bisa Polycarboxylic, etc)
Ini adalah dispersant jenis high-end yang memiliki kompatibilitas dan stabilitas tinggi. Banyak digunakan dalam tinting system yang menjamin tingkat kompatibilitas pada dosis pencampuran yang bervariasi.

Berbicara mengenai dispersant, tentunya kita akan bicara lebih lanjut lagi mengenai cara produksi cat tembok, karena pemilihan dispersant akan berpengaruh juga pada cara produksi cat tembok. Cara produksi yang paling umum adalah cara konvensional, dimana dibagi menjadi tahapan sebagai berikut :

1. Mill Base
Disini pigment, dispersant, sedikit binder (jika perlu), thinner (untuk cat tembok = air), dan rheology dimasukkan, kemudian diaduk sampai mencapai kehalusan tertentu.

2. Let Down
Sesudah terbentuk larutan millbase yang sesuai, baru kemudian bahan baku yang lain dimasukkan dan diaduk bersama

3. Finishing
Disini tujuannya adalah meng-adjust cat tembok yang dihasilkan sampai dengan hasil yang diinginkan, bisa soal warnanya, viskositasnya, dll.

Pada cara yang konvensional, untuk setiap jenis cat yang diproduksi dengan warna tertentu, maka akan diperlukan formulasi khusus tertentu step-by-step yang meliputi semua aktivitas diatas. Hal ini tentunya akan sangat merepotkan karena kalau kita memiliki 50 warna, maka kita memiliki 50 formulasi yang dioptimalisasi secara berbeda untuk dosis pemkaian bahan bakunya. Karena itu sekarang dipakai pendekatan tinting system, dimana warna-warna yang dibutuhkan diadjust dalam bentuk pasta dengan konsentrasi bervariasi, kemudian pada proses produksinya hanya tinggal mencampur pasta ini ke dalam larutan let down (base color) yang sesuai. Biasanya dengan cara ini akan jauh lebih efektif karena kita menyimpan variasi formulasi warna, dan hanya menyimpan beberapa variasi larutan let down (base color). Dengan pendekatan ini, untuk menghasilkan cat tembok dengan 50 warna, paling hanya diperlukan 3 macam formulasi let down (base color) dan 50 formulasi pasta. Dibanding dengan 50 formulasi cat yang berbeda-beda. Perlu diingat, quantity larutan let down jauh lebih besar daripada pasta, jadi dengan konsep tinting system, maka akan mempermudah produsen karena sebagian besar quantity produksi mereka ada di base color saja yang telah direduksi menjadi (umumnya) 3 macam formulasi. Sedangkan pembuatan pasta adalah hal tersendiri, dimana untuk menghasilkan warna-warna tertentu tinggal tergantung kreativitas dari pencampuran pasta warna-warna dasar yang diperlukan.

Pada proses produksi, system ini dinamakan IN-PLANT-TINTING SYSTEM, dimana untuk aplikasi tinting system tentunya diperlukan jenis dispersant yang bermutu baik dan memiliki kompatibilitas/stabilitas tinggi untuk membuat pasta warna ini. Polymeric dispersant menjadi pilihan utama, sehingga meskipun berharga mahal, produk ini tetap dilirik karena pada aplikasinya akan sangat membantu mempermudah penyederhanaan formulasi cat yang dibutuhkan. Pabrikan cat ada yang menggunakan pasta warna buatan sendiri ataupun juga membeli dari pihak ketiga yang memang mengkhususkan diri menjual pasta warna untuk aplikasi in-plant.

Selain aplikasi tinting diatas, sekarang semakin berkembang juga pemakaian mesin POS-TINTING-SYSTEM (POS = Point Of Sale). Leader dari teknologi ini adalah CPS Color dari Finlandia, dan juga sekarang beberapa perusahaan kompetitornya telah mencoba memberikan solusi yang setara, sebagai contoh yaitu Clariant dan Degussa. Sistem POS ini adalah yang banyak kita lihat sebagai mesin pencampur warna di toko-toko bangunan, jadi kita bisa duduk dan memilih/mencampur warna yang kita inginkan, kemudian petugas mesin POS itu akan memformulasi hingga menemukan warna yang sesuai, kemudian mengambil cat base color, dicampur dengan tinting system dari mesin tersebut, diaduk dan voila...... jadi cat dengan warna yang kita inginkan. Ini adalah konsep yang ditonjolkan oleh banyak pabrikan besar untuk menunjukkan bahwa mereka memiliki teknologi yang bagus untuk produk mereka dan mereka mampu memenuhi keinginan konsumen. Sejujurnya, penggunaan POS ini tidak memberikan keuntungan finansial yang berarti bagi produsen cat tembok tersebut, hanya sebagai jargon marketing untuk mengangkat citra produk mereka di pasaran. Pada akhirnya produk dengan warna-warna standard adalah produk yang jauh lebih laku. Mesin POS ini berharga mahal, memerlukan pigment pasta khusus (tanpa pigment pasta khusus tersebut, maka warna yang dihasilkan tidak akurat dan tidak sesuai dengan software yang digunakan untuk menjalankan mesin tersebut), dan volume yang dihasilkan juga relatif sangat kecil. Tapi dengan adanya mesin POS ini, konsumen yang memang sangat ingin memilih warna yang khusus, menjadi terbantu dan merasa puas dengan produk cat tembok merk tertentu yang memiliki mesin POS itu. Kepuasan konsumen adalah kunci dari pengoperasian mesin POS ini yang dikedepankan oleh produsen cat tembok yang memilikinya.

Berbicara mengenai standard warna, biasanya warna-warna Pantone digunakan sebagai standard international untuk bermacam-macam aplikasi, tetapi khusus untuk cat tembok, standard RALSTON lebih populer, dan produsen biasanya mengkaitkan warna produk cat tembok mereka dengan warna RALSTON. Selain membuat pasta warna, perusahaan Ralston ini juga membuat cat tembok mereka sendiri.