PENGETAHUAN
UMUM TENTANG KACA
1. Definisi Kaca
Kaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh, serta
merupakan padatan amorf. Hal ini dikarenakan bahan – bahan pembuat kaca
bersifat amorf yang mana dapat meleleh dengan mudah. Kaca merupakan hasil
penguraian senyawa – senyawa inorganik yang mana telah mengalami pendinginan
tanpa kristalisasi. Komponen utama dari kaca adalah silika. Dalam kehidupan
sehari – hari kaca digunakan sebagai cermin, insulator panas, alat – alat
laboratorium, dekorasi, dan pembatas ruang.
Menurut Adams dan Williamson, kaca
adalah material amorf yang pada suhu biasa mempunyai bentuk yang keras, tetapi
apabila dipanaskan, lama kelamaan akan menjadi lunak, sesuai dengan suhu yang
meningkat dan akhirnya menjadi kental hingga mencapai keadaan cair. Selama
proses pendinginan terjadi proses yang berkebalikan dengan proses peleburan
kaca. Kaca memiliki sifat yaitu tahan terhadap bahan kimia, efektif sebagai isolator
listrik, dapat menahan vakum. Selain memiliki sifat-sifat tersebut, kaca
merupakan bahan yang rapuh dan tidak tahan terhadap benturan.
2. Unsur Unsur Pembentuk Kaca
Kaca merupakan bentuk lain dari gelas (Glass). Oksida
– oksida yang digunakan untuk menyusun komposisi kaca dapat digolongkan menjadi
:
1.
Glass Former
Merupakan
kelompok oksida pembentuk utama kaca.
2.
Intermediate
Oksida yang
menyebabkan kaca mempunyai sifat-sifat yang lebih spesifik, contohnya untuk
menahan radiasi, menyerap UV, dan sebagainya.
3.
Modifier
Oksida yang
tidak menyebabkan kaca memiliki elastisitas, ketahanan suhu, tingkat kekerasan,
dll.
Tabel 1 Kelompok
bahan baku kaca
Glass former
|
Glass
Intermediate
|
Glass
modifier
|
B2O3
|
Al2O3
|
MgO
|
SiO2
|
Sb2O3
|
Li2O
|
GeO2
|
ZrO2
|
BaO
|
P2O5
|
TiO2
|
CaO
|
V2O5
|
PbO
|
SrO
|
As2O3
|
BeO
|
Na2O
|
ZnO
|
K2
|
Kombinasi dari ketiganya akan
mempengaruhi karakteristik kaca saat dilakukan proses pembentukan
Reaksi
yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:
Na2CO3 + aSiO2 ? Na2O.aSiO2 + CO2
Na2CO3 + aSiO2 ? Na2O.aSiO2 + CO2
CaCO3 +
bSiO2 ? CaO.bSiO2 + CO2
Na2SO4 +
cSiO2 + C ? Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO
Walaupun saat ini terdapat ribuan
macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun
gamping, silika dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen kaca yang
diproduksi di dunia.
3. Sifat Kaca
Sifat kaca yang penting untuk dipahami adalah sifat pada
saat kaca berbentuk fasa cair dan fasa padatnya. Sifat fasa cair dari kaca
digunakan dalam proses pengambangan (floating)dan pembentukan kaca,
sedangkan untuk sifat fasa padat dari kaca digunakan di dalam pemakaiannya
(kegunaannya). Beberapa sifat fisik dan kimia yang penting dari kaca antara
lain :
1. Sifat
mekanik
Tension strength atau daya tarik adalah sifat mekanik utama dari kaca.Tensile
strengthmerupakan tegangan maksimum yang dialami oleh kaca sebelum
terpisahnya kaca akibat adanya tarikan (fracture). Sumber fracture ini
dapat muncul jika kaca mempunyai cacat di permukaan, sehingga tegangan akan
terkonsentrasi pada cacat tersebut. Kekuatan dari kaca akan bertambah jika
cacat di permukaan dapat dihilangkan.
2. Densitas dan
Viskositas
Densitas adalah perbandingan antara massa suatu bahan dibagi
dengan volumenya. Nilai densitas dari kaca adalah sekitar 2,49 g/cm3.
Densitas dari kaca akan menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Sedangkan,
viskositas merupakansifat kekentalan dari suatu cairan yang diukur pada rentang
temperatur tertentu. Viskositas dari kaca sekitar 4,5 x 107poise.
Harga viskositas dari kaca merupakan fungsi dari suhu dengan kurva eksponensial.
3. Sifat termal
Konduktivitas panas dan panas ekspansi merupakan sifat thermal yang
penting dari kaca. Kedua sifat ini digunakan untuk menghitung besarnya
perpindahan panas yang diterima oleh cairan kaca tersebut. Nilai dari tahanan
kaca sekitar 1020 – 1 Ī© cm13.
4. Optical
properties
·
Refractive
properties
Kaca mempunyai sifatmemantulkan cahaya yang jatuh pada
permukaan kaca tersebut.Sebagian sinar dari kaca yang jatuh itu akan diserap
dan sisanya akan diteruskan. Apabilacahaya dari
udara melewati medium padat seperti kaca, maka kecepatan
cahaya saat melewati kaca menurun. Perbandingan antara kecepatan
cahaya di udara dengan kecepatan cahaya yang lewat gelas ini disebut dengan
indeks bias. Nilai indeks bias untuk kaca adalah ± 1,52.
·
Absorptive properties
Intensitas cahaya yang masuk ke dalam akan berkurang
karena adanya penyerapansepanjang tebal kaca tersebut. Jika kaca semakin
tebal, maka energi cahaya yang diserap akan semakin banyak sedangkan intensitas
cahaya yang masuk melalui kaca akan semakin rendah.
5. Stabilitas kimia
Stabilitas kimia adalah ketahanan suatu bahan terhadap
pengaruh zat kimia. Stabilitas kimia banyak dipengaruhi oleh bahan – bahan
pembentuk kaca.
4. Bahan Baku Kaca
Ada 4 jenis
bahan baku utama yang dapat digunakan untuk menghasilkan kaca, antara lain :
1.
Pasir silika
Pasir silika merupakan sumber dari SiO2. Pasir
silika yang digunakan sebagai bahan baku kaca adalah pasir silika yang tidak
banyak mengandung pengotor, baik dari bahan organik maupun bahan anorganik.
Pasir silika berguna untuk membentuk cairan gelas yang sangat kental yang
memiliki ketahanan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.
2.
Dolomite (CaO.MgO.H2O )
Dolomite digunakan sebagai sumber CaO dan MgO. Dolomite ini
biasanya berupa mineral tambang berwarna putih. Penggunaan dolomite sangat
penting karena dapat mempermudah peleburan (menurunkan temperatur peleburan)
serta mempercepat proses pendinginan kaca.
3.
Soda Ash (Na2CO3)
Soda Ash ini digunakan sebagai sumber Na2O dan K2O.
Fungsi dari Na2O adalah menurunkan titik lebur. Secara umum,
penggunaan Soda Ash adalah mempercepat pembakaran, menurunkan titik lebur,
mempermudah pembersihan gelembung dan mengoksidasi besi.
4.
Cullet
Cullet merupakan sisa – sisa dari pecahan kaca yang dapat
digunakan sebagai salah satu bahan baku utama dari produksi kaca. Tujuan dari
penggunaan cullet ini adalah mengurangi 3 bahan baku utama di
atas sehingga biaya produksi dapat semakin kecil. Komposisi kimia dari cullet sama
dengan komposisi kimia kaca yang diproduksi. Selain itu, penggunaancullet ini
dapat memperkecil melting point atau titik lebur dari pembuatan kaca, sehingga
dapat menghemat penggunaan bahan bakar.
Bahan baku kaca tidak hanya terdiri dari 3 bahan di
atas, tapi ada juga bahan pendukung lainnya, seperti Feldspar, Calumite, Sodium
Nitrate, Blue Dust, Nickel Oxide, Cobalt
Oxide,Salt Cake, Nepheline dan Sodium
Selenite. Feldspar digunakan sebagai sumber alumina (Al2O3)
dan besi (Fe). Feldspar yang digunakan harus memiliki
kemurnian cukup tinggi dan mudah melebur. Feldspar meleleh pada suhu 1100oC
– 1200oC. Alumina berfungsi untuk meningkatkan elastisitas dan
kekuatan kaca terhadap lingkungan, sedangkan Fe digunakan untuk memberikan bias
kehijauan sehingga dapat menaikkan persen transmitan dari kaca. Sumber Al2O3 dan
Fe dapat diperoleh juga dari Nepheline dan Blue Dust.
Kaca dapat juga diwarnai dengan menambahkan oksida – oksida pewarna. Akan
tetapi, bahan – bahan pewarna ini hanya digunakan sedikit sekali dalam
komposisi kaca. Bahan pewarna yang digunakan untuk menghasilkan kaca berwarna
hitam adalah Blue Dust, Cobalt Oxide, danNickel
Oxide. Untuk menghasilkan kaca berwarna coklat digunakan bahan
pewarna Blue Dust, Cobalt Oxide, Sodium Selenite. Bahan
pewarna yang digunakan untuk menghasilkan kaca berwarna biru adalah Blue
Dust, dan Cobalt Oxide.
- Jenis
– jenis Kaca
Banyak jenis-jenis kaca yang dapat kita temui di sekeliling
kita,Secara
umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:
a.
Silika lebur
Silika lebur atau silika vitreo dibuat
melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan
kuarsa atau pasir murni. Kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass).
Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi.
Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca
lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis
inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang
harganya sekitar dua jutaan per kuvet.
b.
Alkali silikat
Alkali silikat adalah satu-satunya
kaca yang mengandung dua komponen yang di publikasikan secara komersial. Pada
proses pembuatannya pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut
Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water
soluble glass) dan banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak
karton gelombang yang memiliki sifat tahan api.
c.
Kaca soda gamping
Kaca soda gamping (soda-lime glass)
merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk
membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah
belah.
d.
Kaca timbal
Dengan menggunakan oksida timbal
sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal
(lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai
indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82%
(densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan
kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam
jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama
karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga
cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.
e. Kaca
borosilikat
Kaca borosilikat biasanya mengandung
10 sampai 20% B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis
ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan
dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Kaca
borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, dan digunakan juga
untuk lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).
f.
Kaca khusus
Kaca berwarna , bersalut, opal,
translusen, kaca keselamatan, fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya
termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir
yang diinginkan.
g.
Serat kaca (fiber glass)
Serat kaca dibuat dari komposisi kaca
khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai
kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih
Daftar
Pustaka
Tidak ada komentar:
Posting Komentar