Cat Semprot

Latar Belakang

Cat semprot adalah produk aerosol yang dirancang untuk dikeluarkan sebagai kabut halus. Dibandingkan dengan metode pengecatan kuas konvensional, pengecatan semprot lebih cepat dan memberikan aplikasi yang lebih seragam. Sementara lukisan semprot industri bergantung pada kompresor udara khusus yang memecah partikel cat menjadi kabut halus, cat semprot komersial adalah kaleng aerosol mandiri yang menggunakan gas cair untuk menyemprotkan cat.

Sejarah

Seni dan ilmu melukis sudah ada sejak lebih dari 30.000 tahun yang lalu. Manusia primitif melukis gambaran kasar tentang kehidupan mereka di dinding gua yang masih terlihat sampai sekarang. Selama berabad-abad, seiring dengan berkembangnya metode dan bahan yang lebih baik, lukisan berkembang baik sebagai cara untuk mengekspresikan seni maupun sebagai alat fungsional. Pada tahun 1700, pabrik cat pertama yang tercatat di Amerika dibangun di Boston oleh Thomas Child. Cat siap pakai pertama untuk konsumen dikembangkan lebih dari 150 tahun kemudian oleh D. R. Averill di Ohio.

Sementara cat ini diinginkan secara komersial oleh konsumen, mereka juga sangat mahal untuk dikirim ke seluruh negeri karena beratnya. Ketika metode produksi massal semakin tersedia, pabrikan belajar bagaimana membuat cat lebih efisien. Pabrik-pabrik kecil mulai bermunculan di seluruh negeri. Sistem pabrik kecil yang terdesentralisasi ini memungkinkan produsen untuk menjual cat di seluruh negeri. Sistem ini bertahan di industri sampai pertengahan abad kedua puluh.

Pada tahun 1940-an, industri cat mengambil langkah maju dengan penemuan kaleng aerosol. Awalnya dikembangkan oleh militer sebagai alat untuk mengeluarkan insektisida, sistem aerosol dengan cepat disesuaikan dengan kategori produk lain termasuk cat semprot. Pada tahun 1948, Perusahaan Chase di Chicago menjadi salah satu dari tiga bisnis yang dilisensikan oleh Departemen Pertanian Amerika Serikat untuk membuat obat nyamuk aerosol. Menggunakan teknologi dan peralatan serupa, beberapa tahun kemudian mereka menjadi produsen cat semprot komersial pertama.

Sejak lahir pada 1950-an, industri cat semprot telah menikmati kesuksesan besar tetapi juga menghadapi banyak tantangan. Pada akhir 1970-an, legislator melarang cat menggunakan propelan klorofluorokarbon (CFC) karena peran pelarut ini dalam penipisan ozon di atmosfer. Pada akhir 1990-an, California Air Resource Board (CARB) mulai memberlakukan batasan jumlah Volatile Organic Compounds (VOC) yang dapat digunakan dalam cat semprot. VOC telah terbukti berkontribusi terhadap polusi udara. Mandat peraturan ini secara dramatis mempengaruhi kualitas formulasi cat semprot. Terlepas dari tantangan ini, cat semprot terus menjadi komoditas konsumen yang populer. Pada tahun 1997 hampir 25 juta gal (94 juta 1) cat semprot yang diproduksi di Amerika Serikat saja.

Bahan Baku

Pigmen

Pigmen digunakan dalam cat semprot untuk memberikan warna dan opacity. Ada empat tipe dasar pigmen yang digunakan dalam cat semprot. Pigmen putih seperti titanium dioksida digunakan untuk menyebarkan cahaya dan membuat permukaan yang dicat lebih buram. Pigmen warna, sesuai dengan namanya, memberikan warna pada campuran cat. Ini termasuk berbagai bahan kimia sintetis. Pigmen inert digunakan sebagai pengisi yang mengubah karakteristik film cat. Akhirnya, pigmen fungsional memberikan karakteristik kinerja ekstra seperti memberikan perlindungan dari sinar ultraviolet.

Pigmen harus dipilih dengan hati-hati karena mereka juga dapat mempengaruhi karakteristik formulasi tertentu seperti viskositas. Jika pigmen tidak terdispersi dengan baik, mereka dapat menggumpal, yaitu mereka dapat berkumpul untuk membentuk gumpalan yang lebih besar yang akan mengendap di dasar wadah. Ketika ini terjadi, pigmen tidak dapat dipisahkan menjadi partikel yang cukup kecil untuk disemprotkan melalui katup.

Pelarut

Pelarut adalah cairan yang membawa sisa bahan cat. Meskipun air merupakan pelarut yang baik untuk banyak bahan, air ini lambat dalam pengeringan dan cenderung menyebabkan korosi pada kaleng logam. Oleh karena itu, digunakan pelarut yang tidak berair dan cepat kering. Pemilihan pelarut juga dapat mempengaruhi stabilitas dispersi pigmen. Beberapa pelarut dapat menyerap ke lapisan luar partikel dan menyebabkannya membengkak—interaksi ini membantu menstabilkan dispersi. Jenis pelarut lain, di sisi lain, dapat memiliki efek negatif pada dispersi pigmen. Jika pelarut benar-benar menutupi permukaan partikel, mereka dapat mencegah interaksi bahan lain dan benar-benar dapat mengacaukan formula

Propelan

Propelan adalah gas yang memaksa cat keluar dari kaleng dengan mengembang dengan cepat saat katup dibuka. Gas klorofluorokarbon (CFC) pada awalnya digunakan sebagai propelan tetapi dilarang penggunaannya pada tahun 1978 karena ditemukan bahwa mereka menipiskan lapisan ozon. Gas lain seperti butana dan propana digunakan sebagai pengganti CFC. Hidrokarbon ini diklasifikasikan tergantung pada jumlah tekanan yang mereka buat di kaleng. Butana 40, misalnya, adalah campuran butana dan propana dan memiliki tekanan uap 40 psi (2,8 kgf/cm ² ) per inci persegi. Propelan hidrokarbon digunakan sebagai propelan utama sampai tahun 1980-an ketika California Air Resource Board menetapkan bahwa bahan kimia ini berkontribusi pada kabut asap. Mereka mengeluarkan peraturan yang membatasi jumlah yang dapat digunakan dalam cat semprot. Untuk mengatasi masalah ini, kelas propelan baru yang dikenal sebagai Hidrofluorokarbon (HFC) dikembangkan untuk digunakan dalam aerosol. Ini termasuk dan 1,1,-difluoroetana (Propelan 152A) dan 1, 1, 1, 2,-tetrafluorometana (Propelan 134A).

Bahan Lain

Bahan-bahan lain termasuk dalam formula untuk menstabilkan dispersi pigmen, untuk mengontrol pH dan viskositas dan untuk mencegah korosi dalam kaleng.

Kemasan

Cat semprot dikemas dalam kaleng baja atau aluminium berlapis timah. Kaleng disegel dengan katup yang mengontrol bagaimana cat dikeluarkan. Bagian atas katup adalah tombol yang mengontrol bentuk semprotan; itu melekat pada badan katup yang bertindak sebagai ruang pencampuran untuk konsentrat cat cair dan propelan. Di bagian bawah katup terpasang tabung plastik yang membawa cat ke atas dari bagian bawah kaleng.

Manufaktur
Proses

Mengelompokkan konsentrat

• 1 Langkah pertama dalam pembuatan cat semprot aerosol adalah menyiapkan konsentrat cair dalam tangki logam atau kaca besar. Proses ini melibatkan pencampuran bahan cair seperti pelarut, inhibitor korosi, dan agen pengontrol pH dan viskositas dengan mixer tipe impeller besar yang digerakkan oleh motor listrik.

Menyebarkan pigmen

• 2 Langkah penting dalam proses manufaktur adalah memastikan bahwa partikel pigmen padat terdispersi dengan benar. Perawatan harus dilakukan untuk memastikan bahwa cairan menggantikan semua udara di sekitar partikel. Pencampuran sederhana dengan bilah baling-baling tidak cukup untuk membubarkan pigmen, sehingga digunakan peralatan pencampur khusus seperti ball mill. Sebuah pabrik bola adalah wadah melingkar, seperti drum, yang diisi dengan bola keramik atau stainless steel. Pigmen kering dicampur dengan beberapa konsentrat cat untuk membentuk bubur yang dituangkan ke dalam drum ini. Drum kemudian ditempatkan pada sepasang rol logam yang berputar; sebagai Bagian dalam kaleng cat semprot dan cara kerjanya. itu berputar, bola jatuh di drum dan memecah partikel pigmen.

  Jenis lain dari mixer yang dapat digunakan dalam proses ini adalah roller mill yang terdiri dari dua silinder logam yang berputar dengan jarak yang berdekatan. Bubur pigmen dilewatkan melalui rol saat mereka berputar satu sama lain. Partikel pigmen dipecah oleh aksi roller sampai hanya partikel terkecil yang melewati jarak — partikel agregat yang lebih besar dipecah.

• 3 Setelah pigmen dibasahi dengan benar, bubur dapat ditambahkan ke sisa konsentrat cair di tangki batching. Campuran ini kemudian diaduk hingga homogen. Pada titik ini dalam proses sampel konsentrat cat dapat diambil untuk memeriksa konsistensi dan warna. Jika warnanya tidak cocok dengan tepat, penambahan dapat dilakukan pada batch untuk menyesuaikan warnanya. Penyesuaian dapat dilakukan untuk meningkatkan beban pigmen untuk meningkatkan warna atau menambahkan lebih banyak pelarut untuk mengencerkannya. Setelah diketahui bahwa bets memenuhi spesifikasi yang sesuai, bets tersebut dapat dipindahkan ke tangki pengisian.

Proses pengisian

• 4 Proses pengisian yang digunakan untuk aerosol sangat otomatis. Kaleng kosong berjalan menyusuri ban berjalan untuk mencapai peralatan pengisian. Semburan udara terkompresi menghilangkan debu atau kotoran yang mungkin ada di dalam kaleng sebelum diisi dengan konsentrat oleh kepala pengisi. Kepala ini adalah serangkaian nozel yang terhubung ke tabung yang mentransfer cat dari tangki pengisian. Mekanisme piston mengontrol berapa banyak cairan yang disuntikkan ke dalam kaleng. Setelah mengisi kaleng, lanjutkan ke jalur perakitan ke perangkat penghisap gas beracun yang menyuntikkan propelan cair ke dalam kaleng dan kemudian segera menjepit katup ke tepi kaleng untuk menutupnya.
• 5 Setelah diberi gas, kaleng-kaleng itu bergerak melalui bak air panas sehingga bisa diamati untuk memeriksa kebocoran. Jika kaleng memiliki lubang di dalamnya atau jika katup tidak disegel dengan benar, gelembung aliran kecil akan terlihat di penangas air. Kaleng yang rusak dikeluarkan dan dibuang. Setelah melewati bak air, kaleng dikeringkan dengan lebih banyak udara terkompresi. Pada akhir jalur perakitan, penutup atas dipasang di atas katup untuk melindungi aerosol dari aktivasi yang tidak disengaja. Akhirnya kaleng dikemas ke dalam karton dan ditempatkan di palet untuk pengiriman.

Kontrol Kualitas

Kualitas produk cat semprot dievaluasi pada beberapa tahap. Selama batching, konsentrat diperiksa untuk memastikan warnanya sesuai. Hal ini dapat dilakukan hanya dengan membandingkan sampel dari bets segar secara visual dengan standar yang disetujui. Sejumlah kecil cat dapat dioleskan pada latar belakang putih untuk membantu perbandingan ini. Selain itu, metode analisis instrumental warna-metrik atau fotometrik yang lebih canggih dapat digunakan. Metode uji analitik, seperti Uji Titik Aliran Daniels, digunakan untuk memastikan bahwa dispersi cat akan stabil. Selama proses pengisian aerosol, sampel acak ditarik dari jalur perakitan untuk diperiksa. Evaluasi kritis meliputi berat isi, konsentrasi padatan, dan tekanan kaleng. Laju semprotan (jumlah cat yang dikirim per satuan waktu) dan pola semprotan (ukuran dan bentuk semprotan) juga dievaluasi dengan cermat. Setelah pembuatan selesai, studi penuaan dipercepat dapat dilakukan untuk memastikan bahwa kaleng akan menyemprot tanpa penyumbatan dan bagian dalam kaleng tetap bebas dari karat.

Masa Depan

Industri cat semprot aerosol menghadapi berbagai tantangan masa depan yang melibatkan masalah pemasaran dan teknis. Ketika pasar telah matang, produsen berjuang untuk menemukan cara baru untuk memasarkan produk mereka. Perusahaan Krylon (sebuah divisi dari Sherwin-Williams) sedang mempersiapkan upaya pemasaran masa depan di dua area baru. Satu lini produk baru ditujukan untuk wanita dan anak-anak dengan cat yang menawarkan warna baru yang cerah, kemampuan mencuci yang lebih baik, dan aroma segar yang baru. Jalur lainnya ditargetkan untuk aplikasi kontraktor rumah tertentu seperti cat pintu/rana, cat ventilasi, dan cat tapak dan pegangan.

Selain tantangan pemasaran, formulator cat masa depan harus terus mencari cara untuk mengurangi biaya atau meningkatkan kinerja. Contoh teknologi masa depan dapat ditemukan dalam dua pendekatan formulasi baru. Satu berurusan dengan dua pelarut baru yang meningkatkan penampilan film cat setelah pengeringan dan yang lainnya melibatkan pengurangan rasio pigmen-isi-untuk-pengikat yang meningkatkan cakupan permukaan. Akhirnya, tantangan masa depan lainnya yang dihadapi cat semprot aerosol termasuk peraturan lingkungan yang dimaksudkan untuk mengendalikan emisi VOC dan pemanasan global, masalah hukum mengenai pelabelan keselamatan, dan penyalahgunaan produk yang berkelanjutan oleh seniman grafiti.

Tempat Belajar Lebih Lanjut

Buku

Johnsen, Montfort A. Buku Pegangan Aerosol. Perusahaan Wayne Dorland, 1982.

Majalah

Johnsen, Montfort A. "Aerosol—Tantangan VOC Memasuki Abad 21." Teknologi Semprot 11 (1999):21.

Lainnya

"Nilai Ekonomis Cat dan Pelapis." Halaman Web Asosiasi Cat &Pelapis Nasional. Desember 2001. .

Rendy Schueller