teori pencelupan

Pencelupan merupakan suatu upaya dalam meningkatkan nilai komersil dari barang tekstil. Nilai komersil ini menyangkut nilai indra seperti warna, pola dan mode, dan nilai – nilai guna yang tergantung dari apakah produk akhir dipakai untuk pakaian, barang – barang rumah tangga atau penggunaan lain. Lagi pula, nilai – nilai guna sebagai pakaian tergantung pada tingkatan yang dikehendaki dari sifat – sifat penyesuaian seperti misalnya sifat – sifat pemakaian, sifat - sifat pengolahan, sifat – sifat perombakan dan sifat – sifat sebagai cadangan. Nilai – nilai ini dapat diberikan dengan cara – cara yang beraneka ragam oleh macam – macam bahan, seperti serat – serat kapas, benang - benang, kain tenun, dan kain rajut, bermacam – macam cara proses, termasuk pencelupan.

Serat tekstil sebagai bahan baku utama untuk industri tekstil memegang peranan sangat penting. Serat tekstil yang digunakan pada industri tekstil bermacam – macam jenisnya. Ada yang langsung diperoleh dari alam dan ada juga yang berupa serat buatan. Sifat serat tekstil yang digunakan akan mempengaruhi proses pengolahannya dan juga akan sangat menentukan sifat bahan tekstil jadinya.

Pemilihan zat warna yang sesuai untuk serat merupakan suatu hal yang penting. Pewarnaan akan memberikan nilai jual yang lebih tinggi. Efisiensi zat warna sangat penting dimana harga – bahan kimia cenderung mengalami kenaikan. Selain itu efektifitas kecocokan warna harus diperhatikan kerena merupakan faktor utama penentu mutu produk tekstil.

Pencelupan adalah suatu proses pemberian warna pada bahan tekstil secara merata dan baik, sesuai dengan warna yang diinginkan. Sebelum pencelupan dilakukan maka harus dipilih zat warna yang sesuai dengan serat. Pencelupan dapat dilakukan dengan berbagai macam teknik dengan menggunakan alat – alat tertentu pula.

Pencelupan pada umumnya terdiri dari melarutkan atau mendispersikan zat warna dalam air atau medium lain, kemudian memasukkan bahan tekstil kedalam larutan tersebut sehingga terjadi penyerapan zat warna kedalam serat. Penyerapan zat warna kedalam serat merupakan suatu reaksi eksotermik dan reaksi kesetimbangan. Beberapa zat pembantu misalnya garam, asam, alkali atau lainnya ditambahkan kedalam larutan celup dan kemudian pencelupan diteruskan hingga diperoleh warna yang dikehendaki.

Vickerstaf menyimpulkan bahwa dalam pencelupan terjadi tiga tahap, yaitu :

Tahap pertama merupakan molekul zat warna dalam larutan yang selalu bergerak, pada suhu tinggi gerakan molekul cepat. Kemudian bahan tekstil dimasukkan kedalam larutan celup. Serat tekstil dalam larutan bersifat negatif pada permukaannya sehingga dalam tahap ini terdapat dua kemungkinan yakni molekul zat warna akan tertarik oleh serat atau tertolak menjauhi serat. Oleh karena itu perlu penambahan zat – zat pembantu untuk mendorong zat warna lebih mudah mendekati permukaan serat. Peristiwa tahap pertama tersebut sering disebut difusi zat warna dalam larutan.

Dalam tahap kedua molekul zat warna yang mempunyai tenaga cukup besar dapat mengatasi gaya – gaya tolak dari permukaan serat, sehingga molekul zat warna tersebut dapat terserap menempel pada permukaan serat. Peristiwa ini disebut adsorpsi.

Tahap ketiga yang merupakan bagian yang terpenting dalam pencelupan adalah penetrasi atau difusi zat warna dari permukaan serat kepusat. Tahap ketiga merupakan proses yang paling lambat sehingga dipergunakan sebagai ukuran menentukan kecepatan celup.

Gaya - gaya ikat pada pencelupan

Agar supaya pencelupan dan hasil celupan baik dan tahan cuci, maka gaya ikatan antara zat warna dengan serat harus lebih besar daripada gaya – gaya yang bekerja antara zat warna dengan air. Pada dasarnya dalam pencelupan terdapat empat jenis gaya ikatan yang menyebabkan adanya daya serap yaitu ;

• Ikatan Hidrogen

Merupakan ikatan sekunder yang terbentuk karena atom hidrogen pada gugus hidroksil atau amina mengadakan ikatan yang lemah dengan atom lainnya. Contoh : zat warna direk, naftol, dispersi.

• Ikatan Elektrovalen

Ikatan antara zat warna dengan serat yang kedua merupakan ikatan yang timbul karena gaya tarik menarik antara muatan yang berlawanan. Contoh : Zat warna asam, zat warna basa.

• Ikatan non polar/ Van der Waals

Pada proses pencelupan daya tarik antara zat warna dan serat akan bekerja lebih sempurna bila molekul - molekul zat warna tersebut berbentuk memanjang dan datar. Contoh : zat warna direk, zat warna bejana, belerang, dispersi, dan sebagainya.

• Ikatan kovalen

Misalnya zat warna reaktif terikat pada serat dengan ikatan kovalen yang sifatnya lebih kuat daripada ikatan – ikatan lainnya sehingga sukar dilunturkan.

Sifat – sifat pencelupan suatu zat warna sering direpresentasikan dalam suatu kurva pencelupan tertentu. Dari kurva tersebut diharapkan dapat diperoleh interpretasi yang lebih nyata tentang karakteristik zat warna dalam proses pencelupan.

Afinitas sesuatu zat warna umumnya merefleksikan kurva isotherm penyerapan, yakni kurva yang melukiskan perbandingan antar azat warna yang tercelup di dalam serat dengan zat warna di dalam larutan pada berbagai konsentrasi, diukur pada suhu yang sama. Apabila isotherm tersebut merupakan larutan sesuatu zat dalam sistem cairan dua fasa, maka akan diperoleh isotherm garis lurus menurut rumus Nerst.

Gambar 1. : Kurva Isoterm Penyerapan

Isotherm Langmuir, yaitu yang kerap kali dipergunakan dalam peristiwa pencelupan dimana serat-serat tekstil dianggap mempunyai tempat-tempat tertentu yang aktif dan terbatas yang dapat ditempati oleh molekul-molekul zat warna. Apabila tempat-tempat tersebut telah terisi, maka penyerapan zat warna akan berhenti meskipun konsentrasinya dalam larutan ditambah.

Gambar 2. : Kurva Isoterm Langmuir

Ds = Konsentrasi zat warna dalam larutan (g/liter).

Df = Konsentrasi zat warna dalam serat (g/ kg).

Kemudian isotherm yang ketiga yang juga banyak dipergunakan dalam pencelupan adalah isotherm Freundlich. Isotherm tersebut tidak mempunyai batas penempatan molekul-molekul zat warna dalam molekul serat, dan dapat dituliskan dalam suatu rumus atau bentuk kurva.

Gambar 3. : Kurva Isoterm Freundlich

D_f = k (D_s)^X

Dimana : D_f = konsentrasi zat warna dalam serat

D_s = konsentrasi zat warna dalam larutan

x = pangkat suatu bilangan pecahan

k = suatu konstanta

Pencelupan adalah suatu proses pemberian warna pada bahan tekstil secara merata dan baik, sesuai dengan warna yang diinginkan. Dalam pencelupan mempunyai tujuan – tujuan dan sasaran yang hendak dicapai antara lain :

• Kerataan hasil pencelupan

  1. Keadaan bahan sebelum celup

• Bebas dari minyak

• Scouring/ Bleaching yang merata

• Hasil merserisasi yang merata

• Bahan tidak kusut

• Tidak terjadi kostiksasi setempat

• Penempatan bahan dalam mesin yang rapi

• 1. Karakteristik zat warna

• Kurva penyerapan zat warna

• Kurva fiksasi zat warna

• Sifat migrasi zat warna

• 1. Proses pencelupan

• Ikuti program yang telah ditentukan

• Perhatikan urutan proses pemasukan zat warna dan obat bantu

• Pemasukan zat warna garam alkali sesuai dengan waktu yang ditentukan.

• 1. Pengaruh mekanisme bahan, mesin dan larutan.

• Penempatan bahan dimesin

• Kecepatan bahan dalam mesin – mesin menit per cycle

• Bahan terlalu cepat terjadi kemacetan, friksi dan berbulu.

• Bahan terlalu lambat mengakibatkan belang

• Reproduksi yang baik

  1. Pengaruh liquor ratio

• Jumlah garam dan alkali yang sama zat warna, dengan LR yang tinggi warna akan menjadi muda

• Konsentrasi garam dan alkali berubah

• 1. Stabilitas kualitas bahan

• Gunakan asal material yang sama

• Proses merserisasi yang sama

• Proses dan kondisi S/B yang konsisten

• Hilangkan sisa – sisa hidrogen peroksida dari S/B

• 1. Pengaruh temperatur

• Reaksi antara zat warna dengan bahan ditentukan oleh jenis dan jumlah alkali dan temperatur.

• Effisiensi yang tinggi

Menyangkut beberapa hal :

• 1. Faktor waktu, berhubungan ke produktifitas dan biaya.

  2. Penggunaan air, berhubungan dengan bagian konservasi air.

  3. Penyabunan, hubungannya dengan daya tahan luntur.

  4. Fiksasi yang tinggi, hubungannya dengan penyabunan dan air limbah.

Proses persiapan pencelupan meliputi pelarutan zat warna, penggunaan air dan zat pelunak air yang dipakai, persiapan bahan, pemasakan, pengelantangan. Metode pencelupan bermacam – macam tergantung efektifitas dan efisiensi yang akan diharapkan. Metode pencelupan bahan tekstil diantaranya adalah :

• Metode pencelupan, Mc Winch, Jet/ over flow, package, dan beam.

  1. Metode normal proses, penambahan garam secara bertahap.

  2. Metode all – in proses.

  3. Metode migrasi proses.

  4. Metode isotermal proses.

• Metode pencelupan cara jigger

• Metode pencelupan cara pad – batch.

Teknik pencelupan lainnya adalah sistem kontinyu atau semi kontinyu, exhoution, teknik migrasi, cara carrier atau pengemban, cara HT/HP atau tekanan dan suhu tinggi, cara thermosol, dengan pelarut organik, dengan larutan celup tuggal/ ganda, cara satu bejana celup, dengan pemeraman, dan sebagainya.

Sebelum dilakukan pencelupan maka bahan tekstil harus dilakukan pretreatment terlebih dahulu supaya hasil celup sempurna. Diantara proses tersebut adalah :

Singieng : Menghilangkan bulu – bulu yang timbul pada benang atau kain akibat gesekan – gesekan yang terjadi pada proses pertenunan, proses ini dimaksudkan supaya permukaan kain akan menjadi rata, sehingga pada proses pencelupan akan didapatkan warna yang rata dan cemerlang.

Dezising : Menghilangkan zat – zat kanji yang melapisi permukaan kain atau benang, sehingga dengan hilangnya kanji tersebut penyerapan obat – obat kimia kedalam kain tidak terhalang.

Scouring : Menghilangkan pectin, lilin, lemak dan kotoran atau debu – debu yang ada pada serat kapas. Zat – zat ini akan menolak pembasah air sehingga kapas yang belum dimasak susah dibasahi yang menyebabkan proses penyerapan larutan obat – obat kimia dalam proses – proses berikutnya tidak terjadi dengan sempurna.

Bleaching : Menghilangkan zat – zat pigmen warna dalam serat yang tidak bisa hilang pada saat proses scouring, sehingga warna bahan menjadi lebih putih bersih dan tidak mempengaruhi hasil warna pada saat proses pencelupan dan pemutihan optical.

Mercerizing : Memberikan penampang serat yang lebih bulat dengan melepaskan putaran serat atau reorientasi dari rantai – rantai molekul selulosa menyebabkan deretan kristalin yang lebih sejajar dan teratur. Proses ini akan menambah kilap, daya serap terhadap zat warna bertambah, memperbaiki kestabilan dimensi, kekuatan tarik bertambah, memperbaiki dan menghilangkan efek negative kapas yang belum matang/kapas mati.

Beberapa pretreatment kadang tidak harus semua dilakukan hal ini tergantung pada kebutuhan. Setelah selesai pengerjaan tersebut pencelupan dapat dilakukan misalnya pencelupan dengan sistem exhoution/ perendaman dan sistem kontinyu.

Hal – hal yang mempengaruhi proses pencelupan.

• • Pengaruh elektrolit

Pada intinya penambahan elektrolit kedalam larutan celup adalah memperbesar jumlah zat warna yang terserap oleh serat, meskipun beraneka zat warna akan mempunyai kesepakatan yang berbeda.

• Pengaruh Suhu

Pada umumnya peristiwa pencelupan adalah eksotermis. Maka dalam keadaan setimbang penyerapan zat warna pada suhu yang tinggi akan lebih sedikit bila dibandingkan penyerapan pada suhu yang rendah. Akan tetapi dalam praktek keadaan setimbang tersebut sukar dapat dicapai hingga pada umumnya dalam pencelupan memerlukan pemanasan untuk mempercepat reaksi

• Pengaruh perbandingan larutan

Perbandingan larutan celup artinya perbandingan antara besarnya larutan terhadap berat bahan tekstil yang diproses. Dalam kurva isotherm terlihat bahwa kenaikan konsentrasi zat warna dalam larutan akan menambah besarnya penyerapan.

Maka untuk mencelup warna-warna tua diusahakan untuk memakai perbandingan larutan celup yang kecil, sehingga zat warna yang terbuang atau hilang hanya sedikit. Untuk mengurangi pemborosan dalam pemakian zat warna dapat mempergunakan larutan simpan bekas (standing bath) celupan. Dengan menambahkan zat warna baru pada larutan bekas tadi maka dapat diperoleh larutan celup dengan konsentrasi seperti semula.

• Pengaruh pH

Penambahan alkali mempunyai pengaruh menambah penyerapan. Meskipun demikian kerap kali dipergunakan soda abu untuk mengurangi kesadahan air yang dipakai atau untuk memperbaiki ke larutan zat warna.

Hal – hal yang perlu diperhatikan pada proses pencelupan.

Untuk memperoleh kerataan pencelupan ada dua cara yang dapat ditempuh yaitu dengan pengendalian adsorpsi dan peningkatan migrasi terutama dengan adisi Leveling Agent. Kurva pencelupan diproyeksikan untuk mengendalikan proses pencelupan. Beberapa kurva yang sering dipakai adalah :

• Exhoustion curve (kurva isotermis)

Yaitu kurva yang menunjukkan jumlah zat warna yang teradsorpsi sebagai persentasi dari jumlah zat warna yang digunakan mula – mula pada berbagai unit waktu dan temperatur yang konstan.

• Temperature curve

Kurva ini menggambarkan persentasi penyerapan zat warna pada berbagai temperatur pencelupan pada suatu konsentrasi tertentu.

• Time, Temperature curve

Kurva ini dibuat terlebih dahulu menentukan waktu dan temperatur yang dicapai sehubungan dengan waktu tersebut. Zat warna yang terserap pada setiap waktu/ temperatur dinyatakan sebagai persentasi dari konsentrasi yang digunakan, pada temperatur maksimum penerapan zat warna dinyatakan sebagai fungsi dari waktu.

• Adsorption curve

Kurva adsorpsi ini dapat diperoleh dengan mencelup bahan dengan zat warna pada konsentrasi tertentu.

• Daerah Pencelupan Kritis

Berdasarkan uji statistik diperoleh ketentuan bahwa kerataam pencelupan ditentukan oleh kerataan distribusi dari 80% zat warna yang dipakai. Penyerapan zat warna pada prinsipnya mengikuti kurva distribusi statistik normal. Karena kerataan pencelupan ditentukan pada daerah penyerapan 80% zat warna maka daerah ini disebut pula daerah pencelupan kritis. Karena pada daerah pencelupan kritis pembagian zat warna yang menentukan kerataan terserap, maka sudah selayaknya pada daerah ini kecepatan pemanasan dilakukan lebih perlahan.

• Diagram Proses Pencelupan

Proses pencelupan yang optimal ialah proses yang mengatur parameter – parameter pencelupan sedemikian rupa hasil pewarnaan yang baik diperoleh dalam waktu yang sesingkat mungkin tanpa mengurangi daya kerataan dan reproduksi yang baik. Parameter proses pencelupan yang paling utama adalah waktu dan temperatur.

Diagram proses pencelupan adalah diagram yang menunjukkan hubungan antara temperatur dan waktu pencelupan atau dengan kata lain diagram yang menunjukkan kecepatan penaikan/ penurunan temperatur dan lamanya waktu pada suatu temperatur tertentu. Makin lambat penaikan temperatur makin kecil resiko ketidakrataan tapi dilain pihak makin rendah produktivitas.

Diagram proses pencelupan yang rasional adalah diagram yang mengatur kecepatan penaikan temperatur sehingga hasil yang baik dapat dicapai dalam waktu yang sesingkat mungkin. Hal ini dapat dicapai dengan jalan memperlambat penaikan temperatur pada daerah pencelupan kritis dan mempercepat penaikan temperatur diluar daerah kritis tersebut.