Aluminium Foil

Latar Belakang

Aluminium foil terbuat dari paduan aluminium yang mengandung antara 92 dan 99 persen aluminium. Biasanya antara 0,00017 dan 0,0059 inci tebal, foil diproduksi dalam berbagai lebar dan kekuatan untuk ratusan aplikasi. Hal ini digunakan untuk memproduksi isolasi termal untuk industri konstruksi, stok sirip untuk AC, kumparan listrik untuk transformator, kapasitor untuk radio dan televisi, isolasi untuk tangki penyimpanan, produk dekoratif, dan wadah dan kemasan. Popularitas aluminium foil untuk banyak aplikasi adalah karena beberapa keuntungan utama, salah satu yang terpenting adalah bahan baku yang diperlukan untuk pembuatannya berlimpah. Aluminium foil tidak mahal, tahan lama, tidak beracun, dan tahan minyak. Selain itu, tahan serangan kimia dan memberikan perisai listrik dan non-magnetik yang sangat baik.

Pengiriman (pada tahun 1991) aluminium foil mencapai 913 juta pon, dengan kemasan mewakili tujuh puluh lima persen dari pasar aluminium foil. Popularitas aluminium foil sebagai bahan kemasan adalah karena impermeabilitasnya yang sangat baik terhadap uap air dan gas. Ini juga memperpanjang umur simpan, menggunakan lebih sedikit ruang penyimpanan, dan menghasilkan lebih sedikit limbah daripada banyak bahan kemasan lainnya. Preferensi aluminium dalam kemasan fleksibel telah menjadi fenomena global. Di Jepang, aluminium foil digunakan sebagai komponen penghalang dalam kaleng fleksibel. Di Eropa, kemasan fleksibel aluminium mendominasi pasar untuk kemasan blister farmasi dan pembungkus permen. Kotak minuman aseptik, yang menggunakan lapisan tipis aluminium foil sebagai penghalang oksigen, cahaya, dan bau, juga cukup populer di seluruh dunia.

Aluminium adalah logam yang paling baru ditemukan yang digunakan industri modern dalam jumlah besar. Dikenal sebagai "alumina," senyawa aluminium digunakan untuk menyiapkan obat-obatan di Mesir kuno dan untuk mengatur pewarna kain selama Abad Pertengahan. Pada awal abad kedelapan belas, para ilmuwan menduga bahwa senyawa ini mengandung logam, dan, pada tahun 1807, ahli kimia Inggris Sir Humphry Davy berusaha mengisolasinya. Meskipun usahanya gagal, Davy menegaskan bahwa alumina memiliki dasar logam, yang awalnya disebut "alumium." Davy kemudian mengubahnya menjadi "aluminium", dan, sementara para ilmuwan di banyak negara mengeja istilah "aluminium", kebanyakan orang Amerika menggunakan ejaan revisi Davy. Pada tahun 1825, seorang ahli kimia Denmark bernama Hans Christian rsted berhasil mengisolasi aluminium, dan, dua puluh tahun kemudian, seorang fisikawan Jerman bernama Friedrich Wohler mampu menciptakan partikel logam yang lebih besar; namun, partikel Wohler masih seukuran kepala peniti. Pada tahun 1854 Henri Sainte-Claire Deville, seorang ilmuwan Prancis, menyempurnakan metode Wohler untuk membuat gumpalan aluminium sebesar kelereng. Proses Deville memberikan landasan bagi industri aluminium modern, dan batangan aluminium pertama yang dibuat dipajang pada tahun 1855 di Pameran Paris.

Pada titik ini tingginya biaya untuk mengisolasi logam yang baru ditemukan membatasi penggunaan industrinya. Namun, pada tahun 1866 dua ilmuwan yang bekerja secara terpisah di Amerika Serikat dan Prancis secara bersamaan mengembangkan apa yang kemudian dikenal sebagai metode Hall-Héroult untuk memisahkan alumina dari oksigen dengan menerapkan arus listrik. Sementara Charles Hall dan Paul-Louis-Toussaint Héroult mematenkan penemuan mereka, di Amerika dan Prancis masing-masing, Hall adalah yang pertama mengenali potensi finansial dari proses pemurniannya. Pada tahun 1888 Proses Bayer pemurnian bauksit terdiri dari empat langkah:pencernaan, klarifikasi, pengendapan, dan kalsinasi. Hasilnya adalah bubuk putih halus aluminium oksida. dia dan beberapa mitra mendirikan Pittsburgh Reduction Company, yang memproduksi aluminium ingot pertama tahun itu. Menggunakan pembangkit listrik tenaga air untuk menyalakan pabrik konversi baru yang besar di dekat Air Terjun Niagara dan memasok permintaan industri yang berkembang untuk aluminium, perusahaan Hall—berganti nama menjadi Aluminium Company of America (Alcoa) pada tahun 1907—berkembang pesat. Héroult kemudian mendirikan Aluminium-Industrie-Aktien-Gesellschaft di Swiss. Didorong oleh meningkatnya permintaan aluminium selama Perang Dunia I dan II, sebagian besar negara industri lainnya mulai memproduksi aluminium mereka sendiri. Pada tahun 1903, Prancis menjadi negara pertama yang memproduksi foil dari aluminium murni. Amerika Serikat mengikutinya satu dekade kemudian, penggunaan pertama dari produk baru ini adalah pita kaki untuk mengidentifikasi merpati balap. Aluminium foil segera digunakan untuk wadah dan pengemasan, dan Perang Dunia II mempercepat tren ini, menjadikan aluminium foil sebagai bahan pengemasan utama. Sampai Perang Dunia II, Alcoa tetap menjadi satu-satunya produsen aluminium murni di Amerika, tetapi saat ini ada tujuh produsen utama aluminium foil yang berlokasi di Amerika Serikat.

Bahan Baku

Nomor aluminium di antara unsur-unsur yang paling melimpah:setelah oksigen dan silikon, itu adalah unsur yang paling banyak ditemukan di permukaan bumi, membentuk lebih dari delapan persen kerak hingga kedalaman sepuluh mil dan muncul di hampir setiap batuan biasa. Namun, aluminium tidak terjadi dalam murni, bentuk logam melainkan sebagai aluminium oksida terhidrasi (campuran air dan alumina) dikombinasikan dengan silika, oksida besi, dan titania. Bijih aluminium yang paling signifikan adalah bauksit, dinamai kota Prancis Les Baux di mana ditemukan pada tahun 1821. Bauksit mengandung besi dan aluminium oksida terhidrasi, dengan yang terakhir mewakili bahan penyusun terbesarnya. Saat ini, bauksit cukup melimpah sehingga hanya endapan dengan kandungan aluminium oksida empat puluh lima persen atau lebih yang ditambang untuk membuat aluminium. Deposito terkonsentrasi ditemukan di belahan bumi utara dan selatan, dengan sebagian besar bijih yang digunakan di Amerika Serikat berasal dari Hindia Barat, Amerika Utara, dan Australia. Karena bauksit berada sangat dekat dengan permukaan bumi, prosedur penambangannya relatif sederhana. Bahan peledak digunakan untuk membuka lubang besar di lapisan bauksit, setelah itu lapisan atas tanah dan batu dibersihkan. Bijih yang terpapar kemudian dipindahkan dengan pemuat ujung depan, ditumpuk di truk atau gerbong kereta api, dan diangkut ke pabrik pengolahan. Bauksit berat (umumnya, satu ton aluminium dapat diproduksi dari empat hingga enam ton bijih), jadi, untuk mengurangi Pengecoran kontinyu adalah alternatif untuk peleburan dan pengecoran aluminium. Keuntungan dari pengecoran kontinyu adalah tidak memerlukan langkah anil (perlakuan panas) sebelum penggulungan foil, seperti halnya proses peleburan dan pengecoran. biaya pengangkutannya, pabrik-pabrik ini seringkali terletak sedekat mungkin dengan tambang bauksit.

Manufaktur
Proses

Ekstraksi aluminium murni dari bauksit memerlukan dua proses. Pertama, bijih dimurnikan untuk menghilangkan kotoran seperti oksida besi, silika, titania, dan air. Kemudian, aluminium oksida yang dihasilkan dilebur untuk menghasilkan aluminium murni. Setelah itu, aluminium digulung untuk menghasilkan foil.

Menyempurnakan — Proses Bayer

• 1 Proses Bayer yang digunakan untuk memurnikan bauksit terdiri dari empat langkah:pencernaan, klarifikasi, pengendapan, dan kalsinasi. Selama tahap pencernaan, bauksit digiling dan dicampur dengan natrium hidroksida sebelum dipompa ke tangki besar bertekanan. Dalam tangki ini, yang disebut digester, kombinasi natrium hidroksida, panas, dan tekanan memecah bijih menjadi larutan jenuh natrium aluminat dan kontaminan yang tidak larut, yang mengendap di dasar.
• 2 Tahap berikutnya dari proses, klarifikasi, memerlukan pengiriman solusi dan kontaminan melalui satu set tangki dan menekan. Selama tahap ini, filter kain menjebak kontaminan, yang kemudian dibuang. Setelah disaring sekali lagi, larutan yang tersisa diangkut ke menara pendingin.
• 3 Pada tahap berikutnya, pengendapan, larutan aluminium oksida bergerak ke dalam silo besar, di mana, dalam adaptasi metode Deville, cairan diunggulkan dengan kristal aluminium terhidrasi untuk mendorong pembentukan partikel aluminium. Saat kristal benih menarik kristal lain dalam larutan, gumpalan besar aluminium hidrat mulai terbentuk. Ini pertama disaring dan kemudian dibilas.
• 4 Kalsinasi, langkah terakhir dalam proses pemurnian Bayer, memerlukan pemaparan aluminium hidrat ke suhu tinggi. Panas ekstrim ini membuat bahan menjadi kering, meninggalkan residu bubuk putih halus:aluminium oksida.

Peleburan

• 5 Peleburan, yang memisahkan senyawa aluminium-oksigen (alumina) yang dihasilkan oleh proses Bayer, adalah langkah selanjutnya dalam mengekstraksi aluminium logam murni dari bauksit. Meskipun prosedur yang saat ini digunakan berasal dari metode elektrolitik yang ditemukan secara bersamaan oleh Charles Hall dan Paul-Louis-Toussaint Héroult pada akhir abad kesembilan belas, prosedur ini telah dimodernisasi. Pertama, alumina dilarutkan dalam sel peleburan, cetakan baja dalam yang dilapisi dengan karbon dan diisi dengan konduktor cair yang dipanaskan yang sebagian besar terdiri dari senyawa aluminium kriolit.
• 6 Selanjutnya, arus listrik mengalir melalui kriolit, menyebabkan kerak terbentuk di atas lelehan alumina. Ketika alumina tambahan diaduk secara berkala ke dalam campuran, kerak ini pecah dan diaduk juga. Saat alumina larut, alumina terurai secara elektrolisis untuk menghasilkan lapisan aluminium cair murni di bagian bawah sel peleburan. Oksigen bergabung dengan karbon yang digunakan untuk melapisi sel dan keluar dalam bentuk karbon dioksida.
• 7 Masih dalam bentuk cair, aluminium murni diambil dari sel peleburan, dipindahkan ke cawan lebur, dan dikosongkan ke dalam tungku. Pada tahap ini, elemen lain dapat ditambahkan untuk menghasilkan paduan aluminium dengan karakteristik yang sesuai dengan produk akhir, meskipun foil umumnya dibuat dari 99,8 atau 99,9 persen aluminium murni. Cairan tersebut kemudian dituangkan ke dalam perangkat pengecoran dingin langsung, di mana ia mendingin menjadi lempengan besar yang disebut "ingot" atau "reroll stock." Setelah dianil—perlakuan panas untuk meningkatkan kemampuan kerja—ingot cocok untuk digulung menjadi foil. Foil diproduksi dari stok aluminium dengan menggulungnya di antara roller berat. Rolling menghasilkan dua hasil akhir alami pada foil, cerah dan matte. Saat kertas timah keluar dari penggulung, pisau melingkar memotongnya menjadi potongan-potongan persegi panjang.
• Metode alternatif untuk peleburan dan pengecoran aluminium disebut "pengecoran kontinu". Proses ini melibatkan jalur produksi yang terdiri dari tungku peleburan, tungku penampung untuk menampung logam cair, sistem transfer, unit pengecoran, unit kombinasi yang terdiri dari pinch rolls, shear and bridle, dan rewind and coil car. Kedua metode menghasilkan stok ketebalan mulai dari 0,125 hingga 0,250 inci (0,317 hingga 0,635 sentimeter) dan berbagai lebar. Keuntungan dari metode continuous casting adalah tidak memerlukan langkah annealing sebelum foil rolling, seperti halnya proses peleburan dan pengecoran, karena annealing secara otomatis dicapai selama proses pengecoran.

Menggulung foil

• 8 Setelah stok foil dibuat, ketebalannya harus dikurangi untuk membuat foil. Hal ini dicapai dalam rolling mill, di mana material dilewatkan beberapa kali melalui gulungan logam yang disebut gulungan kerja. Saat lembaran (atau jaring) aluminium melewati gulungan, mereka diperas lebih tipis dan diekstrusi melalui celah di antara gulungan. Gulungan kerja dipasangkan dengan gulungan yang lebih berat yang disebut gulungan cadangan, yang menerapkan tekanan untuk membantu menjaga stabilitas gulungan kerja. Ini membantu untuk menahan dimensi produk dalam toleransi. Pekerjaan dan gulungan cadangan berputar ke arah yang berlawanan. Pelumas ditambahkan untuk memudahkan proses penggulungan. Selama proses penggulungan ini, aluminium kadang-kadang harus dianil (diperlakukan panas) untuk mempertahankan kemampuan kerjanya.
• Pengurangan foil dikendalikan dengan mengatur rpm gulungan dan viskositas (tahanan aliran), kuantitas, dan suhu pelumas rolling. Kesenjangan gulungan menentukan ketebalan dan panjang foil yang meninggalkan pabrik. Celah ini dapat disesuaikan dengan menaikkan atau menurunkan work roll atas. Rolling menghasilkan dua hasil akhir alami pada foil, cerah dan matte. Hasil akhir yang cerah dihasilkan ketika foil bersentuhan dengan permukaan gulungan kerja. Untuk menghasilkan hasil akhir matte, dua lembar harus dikemas bersama dan digulung secara bersamaan; ketika ini selesai, sisi-sisi yang saling bersentuhan berakhir dengan hasil akhir matte. Metode penyelesaian mekanis lainnya, biasanya diproduksi selama operasi konversi, dapat digunakan untuk menghasilkan pola tertentu.
• 9 Saat lembaran foil masuk melalui rol, lembaran tersebut dipangkas dan dibelah dengan pisau melingkar atau seperti silet yang dipasang pada gilingan gulung. Pemangkasan mengacu pada tepi foil, sementara menggorok melibatkan pemotongan foil menjadi beberapa lembar. Langkah-langkah ini digunakan untuk menghasilkan lebar gulungan yang sempit, untuk memangkas tepi stok yang dilapisi atau dilaminasi, dan untuk menghasilkan potongan persegi panjang. Untuk operasi fabrikasi dan konversi tertentu, jaringan yang telah putus selama penggulungan harus disatukan kembali, atau disambung. Jenis sambungan yang umum untuk menyambung jaring dari foil polos dan/atau foil berlatar belakang termasuk ultrasonik, pita penyegel panas, pita penyegel tekanan, dan las listrik. Sambungan ultrasonik menggunakan las solid-state—dibuat dengan transduser ultrasonik—pada logam yang tumpang tindih.

Proses penyelesaian

• 10 Untuk banyak aplikasi, foil digunakan dalam I V / kombinasi dengan bahan lain. Ini dapat dilapisi dengan berbagai bahan, seperti polimer dan resin, untuk tujuan dekoratif, pelindung, atau penyegelan panas. Itu dapat dilaminasi ke kertas, kertas karton, dan film plastik. Itu juga dapat dipotong, dibentuk menjadi bentuk apa pun, dicetak, diembos, dipotong menjadi strip, lembaran, diukir, dan dianodisasi. Setelah foil dalam keadaan akhir, itu dikemas sesuai dan dikirim ke pelanggan.

Kontrol Kualitas

Selain kontrol dalam proses dari parameter seperti suhu dan waktu, produk foil jadi harus memenuhi persyaratan tertentu. Misalnya, proses konversi yang berbeda dan penggunaan akhir telah ditemukan membutuhkan berbagai tingkat kekeringan pada permukaan foil untuk kinerja yang memuaskan. Uji keterbasahan digunakan untuk menentukan tingkat kekeringan. Dalam pengujian ini, larutan etil alkohol yang berbeda dalam air suling, dengan penambahan sepuluh persen volume, dituangkan dalam aliran yang seragam ke permukaan foil. Jika tidak ada tetes yang terbentuk, keterbasahannya adalah nol. Proses dilanjutkan sampai ditentukan berapa persen minimum larutan alkohol yang akan membasahi permukaan foil secara sempurna.

Sifat penting lainnya adalah ketebalan dan kekuatan tarik. Metode pengujian standar telah dikembangkan oleh American Society For Testing and Materials (ASTM). Ketebalan ditentukan dengan menimbang sampel dan mengukur luasnya, kemudian membagi berat dengan produk luas dikalikan kerapatan paduan. Pengujian tegangan foil harus dikontrol dengan hati-hati karena hasil pengujian dapat dipengaruhi oleh tepi kasar dan adanya cacat kecil, serta variabel lainnya. Sampel ditempatkan dalam pegangan dan gaya tarik atau tarik diterapkan sampai patah sampel terjadi. Gaya atau kekuatan yang diperlukan untuk mematahkan sampel diukur.

Masa Depan

Popularitas aluminium foil, terutama untuk kemasan fleksibel, akan terus tumbuh. Kantong empat sisi, disegel sirip telah mendapatkan popularitas luas untuk aplikasi makanan militer, medis, dan ritel dan, dalam ukuran yang lebih besar, untuk paket layanan makanan institusional. Kantong juga telah diperkenalkan untuk mengemas 1,06 hingga 4,75 galon (4-18 liter) anggur untuk pasar ritel dan restoran, dan untuk pasar layanan makanan lainnya. Selain itu, produk lain terus dikembangkan untuk aplikasi lain. Peningkatan popularitas microwave oven telah menghasilkan pengembangan beberapa bentuk wadah semi-kaku berbasis aluminium yang dirancang khusus untuk oven ini. Baru-baru ini, foil memasak khusus untuk memanggang telah dikembangkan.

Namun, bahkan aluminium foil sedang diteliti dalam kaitannya dengan "keramahan" lingkungan. Oleh karena itu, produsen meningkatkan upaya mereka di bidang daur ulang; kenyataannya, semua produsen foil AS telah memulai program daur ulang meskipun total tonase dan tingkat penangkapan aluminium foil jauh lebih rendah daripada kaleng aluminium yang mudah didaur ulang. Aluminium foil sudah memiliki keunggulan karena ringan dan kecil, yang membantu mengurangi kontribusinya terhadap aliran limbah padat. Faktanya, kemasan aluminium foil laminasi hanya mewakili 17/lOOth dari satu persen limbah padat AS.

Untuk limbah kemasan, solusi yang paling menjanjikan mungkin adalah pengurangan sumber. Misalnya, mengemas 65 pon (29,51 kilogram) kopi dalam kaleng baja membutuhkan 20 pon (9,08 kilogram) baja tetapi hanya tiga pon (4,08 kilogram) kemasan laminasi termasuk aluminium foil. Kemasan seperti itu juga memakan lebih sedikit ruang di TPA. Divisi Foil Asosiasi Aluminium bahkan mengembangkan program pendidikan tentang aluminium foil untuk universitas dan desainer kemasan profesional untuk membantu menginformasikan desainer tersebut tentang manfaat beralih ke kemasan fleksibel.

Aluminium foil juga menggunakan lebih sedikit energi selama pembuatan dan distribusi, dengan sisa-sisa pabrik yang didaur ulang. Faktanya, aluminium daur ulang, termasuk kaleng dan foil, menyumbang lebih dari 30 persen pasokan logam tahunan industri. Jumlah ini telah meningkat selama beberapa tahun dan diperkirakan akan terus berlanjut. Selain itu, proses yang digunakan selama pembuatan foil sedang ditingkatkan untuk mengurangi polusi udara dan limbah berbahaya.