Makalah Pengetahuan Bahan Kaca (Glass)

MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN

KACA (GLASS)

Oleh :

Abdillah Aljabar Anggara

1405106010027

Program Studi Teknik Pertanian

Fakultas Pertanian

Universitas Syiah Kuala

Darussalam-Banda Aceh

2016

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum, wr.wb..

Alhamdulillahirabbil ‘alamin puji syukur kita panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan Rahmatnya kepada kita sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Shalawat berangkaikan salam kita hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah meberikan peradaban yang penuh dengan ilmu pengetahuan seperti sekarang ini.

            Terimakasih yang sebesar-besarnya juga kami sampaikan kepada Dosen Pembimbing mata kuliah Pengetahuan Bahan, Bambang Sukarno Putra, S.TP, M.Si, yang telah meberikan bimbingan kepada kami sehingga makalah yang berjudul Pengentahuan Bahan Kaca (Gelas) ini dapat terselesaikan.

            Penulis menyadari bahwa makalah ini belum sempurna. Oleh karenanya penulis masih memerlukan bimbingan berupa kritik dan saran dari Bapak agar penulis bisa memperbaiki kesalahan yang ada.

   Banda Aceh, 8 juni 2016

                                                                                                      Abdillah Aljabar Anggara

PENDAHULUAN

A.     LATAR BELAKANG

Kaca merupakan benda yang sering kita jumpai di kehidupan sehari-hari. Kaca banyak sekali di gunakan dalam sifat-fatnya yang khas, yaitu transparan, tahan terhadap serangan kimia, efektif sebagai isolator listrik, dan mampu menahan vacum. Tetapi kaca adalah bahan yang rapuh  dan secara khas mempunyai kekuatan kompresi lebih tinggi dari kekuatan tariknya. Salah satu rujukan yang paling tua mengenai bahan ini di buat oleh pliny, yang menceritakan bagaimana pedagang-pedagang Phonesia purba menemukan kaca tatkala memasak makanan. Periuk yang digunakan secara tidak sengaja diletakan di atas massa trona di suatu pantai,  penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali menarik perhatian dan orang kemudian berusaha menirunya.

Sejak tahun 6000 atau 5000 sebelum Masehi, orang Mesir telah membuat permata tiruan dari kaca dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Ibnu Firnas dikenal sebagai ilmuwan pertama yang memproduksi kaca dari pasir dan batu-batuan.  Pada abad ke-8 M, ahli kimia itu secara mengejutkan telah menjelaskan tak kurang dari 58 resep orisinil untuk memproduksi gelas atau kaca berwarna. Rumus pembuatan kaca berwarna itu dituliskannya dalam dua kitab yang dituliskannya selama hidup. Dalam Kitab al-Durra al-Maknuna atau The Book of the Hidden Pearl dan 12 resep atau rumus pembuatan kaca atau gelas lainnya dipaparkan Ibnu Hayyan dalam Kitab Al-Marrakishi.

Kaca merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai, dan secara biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang boleh dibentuk menjadi permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca sebagai bahan yang sangat berguna. Komponen utama kaca ialah silika. Silika ialah galian yang mengandungi silikon dioksida. Nama IUPAC silikon dioksida ialah silikon(IV) oksida. Silika wujud secara semulajadi dalam pasir.

B.     TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan dari makalah ini adalah :

1.      Untuk menambah wawasan tentang kaca

2.      Untuk mengenal dan memahami proses manufaktur kaca

3.      Untuk memenuhi tugas mata kuliah Pengetahuan Bahan

PEMBAHASAN

1.          DEFINISI

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 atau gelas merupakan bahan pecah belah, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal didinginkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup waktu untuk jaringan kekisi kristal biasa terbentuk. Kaca atau gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang merupakan senyawa kimia dengan susunan yang kompleks.

Senyawa tersebut diperoleh dengan membekukan lelehan yang lewat dingin. Kaca atau gelas ialah produk yang amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh. Seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya bahwa kaca atau gelas apabila dipandang dari segi fisika merupakan zat cair yang sangat dingin. Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca atau adalah gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap, yang dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir serta berbagai penyusun lainnya.

Walupun terdapat ribuan macam formulasi kaca yang di kembangkan dalam 30 tahun terakhir namum perlu di catat bahwa pasir kaca, gamping, silika, dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen dari seluruh kaca yang di produksi di dunia. Kaca dibuat dari campuran 75% silikon dioksida (SiO₂), Na₂O, CaO, dan beberapa zat tambahan. Suhu lelehnya adalah 2.000 derajat Celsius.

2.          BAHAN PEMBUATAN KACA

Bahan-bahan pembuat kaca di antaranya adalah:

1. Pasir (SiO₂)

Pasir yang di gunakan haruslah kuarsa yang hampir  murni (99.1 – 99.7 %). Silikon (IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh karena itu, silicon (IV) oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, silicon (IV) oksida mempunyai titik lebur yang sangat tinggi, yaitu 1710^oC. Dalam silicon (IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara kovalen kepada 4 atom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan 109.5 . Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan setiap atom oksigen terikat kepada 2 atom silikon untuk membentuk molekul kovalen raksasa seperti struktur berlian.

Sifat pasir ini adalah dapat tembus cahaya, sehingga lebih banyak digunakan untuk pembuatan alat-alat optik. Oleh karena itu lokasi pabrik kaca biasanya ditentukan oleh lokasi endapan pasir kaca, kandungan besinya tidak boleh melebihi 0,45 % untuk barang gelas pecah belah atau 0,015 % untuk kaca optik, sebab kandungan besi ini bersifat merusak warna kaca pada umumnya. Ukuran partikel silika sand sangat berpengaruh pada temperatur di furnace. Jika ukuran partikel besar makamembutuhkan banyak waktu untuk melebur silika sand maka sebelumdiolah silika sand harus diayak sehingga didapat butiran partikel yang lebih halus. 

Pasir ini berguna untuk membentuk cairan gelas yang sangat kental yang memiliki ketahanan terhadap perubahan temperatur yang mendadak. Pasir kuarsa ini terdapat di beberapa tempat di Indonesia, di antaranya: Aceh, Sumatera Utara, Bengkulu, pulau Bangka dan Belitung, pulau Jawa, Kalimantan Timur, Kalimantan Selatan, dan Papua.

2. Dolomite ( CaO.MgO.H₂O)

Dolomite merupakan variasi batu gamping yang mengandung <50% karbonat. Dolomite mempunyai struktur kristal rhombohedral yang mempunyai komposisi kimia CaMg(CaCO₃)₂ atau manganodolomit dan berkomposisi MgFe(CaCO₃)₂ atau ferrodolomit.

Dolomite ini biasanya berupa mineral tambang berwarna putih keabu-abuan atau kebiru-biruan. kekerasan 3,5 – 4, berifat pejal, berat jenis 2,8 – 2,9, berbutir halus-kasar, mudah menyerap air, mudah dihancurkan. Penggunaan dolomite sangat penting karena dapat mempermudah peleburan (menurunkan temperatur peleburan) serta mempercepat proses pendinginan kaca. Pemanasan dolomite menghasilkan CaO dan MgO. Fungsi dari MgO adalah untuk menurunkan viskositas kaca padatemperatur tinggi

CaCO₃ " CaO + CO₂#

MgCO₃ " MgO + CO₂#

3. Soda Abu (Na₂CO₃) dan Soda (Na₂O)

Soda ash (Na₂CO₃) digunakan karena kita memerlukan kaca yang bebas dari ion chlor dan sejenis (golongan halogen) sedangkan sumber natriumnya mayoritas berasal dari garam NaCl. Soda ash dipakai dalam kaca akanmembentuk oksida Na₂O dan K₂O dimana total Na₂O dan K₂O disebut R₂O. Soda ash merupakan material yang memiliki sifat garam. Soda mengandung sodium atau natrium, yang merupakan golongan alkali, yang memiliki 1 ion +. Soda merupakan pereaksi kuat, sangat kuat bereaksi dengan ion lain. Sifat soda akan melembekkan material atau softening. 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 bahan baku utama dari produksi kaca. Tujuan dari penggunaan cullet ini adalah mengurangi bahan utama lainnya sehingga biaya produksi dapat semakin kecil, selain itu cullet ini dapat memperkecil melting point dari pembuatan kaca, sehingga dapat  menghemat penggunaan bahan bakar. Cullet yang diumpankan sebanyak 25% dari total bahan baku.

5. Feldspar

Feldspar mempunyai rumus umum R₂O. Al₂O₃.6SiO₂, dimana R₂O dapat berupa Na₂O atau K₂O atau campuran keduanya. Feldspar ditemukan pada batuan beku, batuan erupsi dan metamorfosa, baik bersifat asam maupun basa. Feldspar mempunyai nilai kekesaran 6 – 6,5 skala Mosh, berat jenis 2,4 – 2,8, warna dari putih keabu-abuan, merah jambu, coklat, kuning dan hijau.

Sebagai sumber Al₂O₃, feldspar mempunyai banyak keunggulan dibanding produk lain, karena murah, murni, dan dapat dilebur. Dan seluruhnya terdiri dari oksida pembentuk kaca. Al₂O₃ sendiri digunakan hanya bila biaya tidak merupakan masalah. Feldspar juga merupakan sumber Na₂O atau K₂O dan SiO₂. Kandungan aluminanya dapat menurunkan melting point kaca dan memperlambat terjadinya devitrifikasi. Mutu feldspar ditentukan oleh kandungan oksida kimia K₂O dan Na₂O yang relatif tinggi diatas 6%, oksida Fe₂O₃ dan TiO₂ . Feldspar mengandung 72 % SiO₂, 12 %Al₂O₃, 8 % K ₂O dan 2 % Fe₂O₃.

6. Borax

Borax adalah bahan campuran yang menambahkan Na₂O dan boron oksida kepada kaca. Walaupun jarang dipakai dalam kaca jendela atau kaca lembaran, boraks sekarang banyak digunakan didalam berbagai jenis kaca pengemas. Ada pula kaca borat berindeks tinggi yang mempunyai nilai dispersi lebih rendah dan indeks refraksi lebih tinggi dari semua kaca yang telah dikenal. Kaca ini banyak digunakan sebagai kaca optik. Disamping daya fluksnya yang kuat, boraks tidak saja bersifat menurunkan koefisien ekspansi tetapi juga menungkatkan ketahanannya terhadap aksi kimia. Asam borat digunakan dalam tumpak yang memerlukan hanya sedikit alkali.

Selain bahan utama, terdapat pula bahan penunjang lainnya, yaitu bahan stabilizer, refining agent (penghilang gelembung), penghilang warna, pewarna, dan opacifiers. Bahan stabilizer merupakan bahan yang mampu menurunkan kelarutan di dalam air, tahan terhadap serangan bahan kimia lain termasuk materi-materi lain yang terdapat di atmosfer. Contoh bahan stabiliser yang biasa dipakai di industri gelas adalah:

1. Kalsium Karbonat atau Limestone, membuat produk akhir menjadi tidak larut di dalam air.

2. Barium Karbonat, meningkatkan berat spesifik dan indeks bias.

3. Timbal Oksida, membuat produk menjadi transparan, mengkilat, dan memiliki indeks bias yang tinggi.

4. Seng Oksida, membuat gelas tahan terhadap panas yang mendadak, memperbaiki sifat-sifat fisik dan mekanik, dan meningkatkan indeks bias

5. Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al₂O₃ dan nama mineralnya adalah alumina. Disini alumunium oksida berfungsi untuk meningkatkan viskositas gelas, kekuatan fisik dan ketahanan terhadp bahan kimia. 

6. Salt cake yang mengandung 99% Na₂SO₄ berfungsi sebagai fining agent, bahan pemurni kaca dari bubble. Salt cake berbentuk serbuk halus danmerupakan sumber Na₂O dan SO₂. Sulfat ini harus dipakai bersama karbon agar tereduksi menjadi sulfite.

7. Arsen trioksida dapat pula ditambahkan untuk menghilangkan gelombang-gelombang dalam kaca.

8. Nitrat, baik dari natrium maupun kalium digunakan untuk mengoksidasi besi sehingga tidak terlalu kelihatan pada kaca produk. Kalium nitrat atau karbonat digunakan pada berbagai jenis kaca meja, kaca dekorasi, dan kaca optik. Sodium Nitrate adalah sumber Na₂ dan mencegah terbentuknya NiS padakaca. Adanya NiS pada kaca akan menyebabkan kaca pecah secara tiba-tiba

9. Blok refraktori untuk industri kaca dikembangkan khusus berhubung dengan kondisi yang hebat yang harus dialami dalam penggunaannya. Zirkon, alumina, mulit (mullite), mulit aluminasinter dan zirkonia alumina-silika, alumina, krom-alumina elektrokast banyak digunakan sebagai refraktor pada tangki kaca.

10.Mangan dioksida (MnO₂), logam Selenium (Se), atau nikel oksida (NiO) merupakan bahan penghilang warna (decolorant) yang dapat menghilangkan warna karena kehadiran senyawa besi oksida yang masuk bersama bahan baku.

11.Bahan pewarna dalam kaca / gelas adalah oksida dari unsur transisi, terutama golongan pertama Tc, V, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, dan Cu. Warnanya dihasilkan dari absorbsi cahaya frekuensi tertentu. Contoh NiO akan memberikan warna coklat pada larutan natrium-timb,al, dan menghasilkan heliotrope dalam kaca potas. Krom oksida akan memberikan warna yang berkisar dari hijau sampai jingga.

3.    SIFAT-SIFAT KACA

Beberapa sifa-sifat kaca secara umum adalah:

1. Padatan amorf

2. Berwujud padat tetapi susunan atomnya seperti pada zat cair

3. Tidak memiliki titik lebur yang pasti

4.Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih dari 10¹²Pa.s)

5. Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida)

6. Efektif sebagai isolator

7. Mamppu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan

4.  JENIS JENIS KACA

     1. Kaca Forming. Jenis kaca yang dilebur atau dipanaskan kemudian dicetak sesuai model yang diinginkan.

     2. Kaca Es.  Jenis kaca ini agak buram dan tidak terlalu tembus pandang,dengan warna umumnya netral atau putih, tetapi ada juga yang warna-warni.

     3. Kaca Melton. Permukaan kaca jenis ini menghadirkan aneka ragam tekstur, hingga berbentuk dan agak timbul, atau tampak seperti diukir.

     4. Kaca Sandblasting. Jenis kaca ini agak buram dengan tekstur permukaan halus dan warna agak ke abu-abuan.

     5.Kaca Patri. Kaca ini dirakit dengan timah atau  kuningan yang membentuk sebuah desain dengan sistem patrian. Kaca Patri atau Stained Glass banyak menghiasi rumah ibadah seperti masjid dan gereja, juga rumah pribadi. Permukaan kaca ini tampak seperti dilukis warna-warni, hingga membiaskan warna ke dalam ruangan bila diterpa sinar mentari keindahannya juga akan tampak pada malam hari dengan pantulan sinar lampu dari dalam bangunan atau rumah.

     6.Kaca Raindown. Populer untuk menghiasi interior properti komersial, jenis kaca ini seperti dialiri air pada permukaannya, seolah menghadirkanekosistem air di dalam ruangan, Bersifat tidak tembus pandang, kaca inibisa menjadi partisi atau penghias di ruangan

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat kita petik dari pembahasan di atas adalah, Kaca atau gelas ialah produk yang amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh. Seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya bahwa kaca atau gelas apabila dipandang dari segi fisika merupakan zat cair yang sangat dingin. Proses pembuatan kaca adalah pencampuran bahan baku, peleburan kaca (melting), pembentukan kaca (drawing), pemotongan kaca, dan pengepakkan kaca.