PEMBUATAN KACA KHUSUS

 Ajeng Yulianti

Fatekah Lina

A.   Kaca Silika Lebur

Kaca silika lebur, (fused silica glass) atau silika vitreo (vitreous silica) dapat dibuat dengan melebur silica murni, tetapi produk ini biasanya penuh gelombang dan sulit dihasilkan dlam bentuk transparan. Kaca ini dibuat ole Corning dengan proses pirolisis silikon tetrafluorida pada fase uap dan suhu tinggi. Proses ini sangat mudah dikontrol dan dapat menghasilkan SiO₂ yang murni dari segi kimia. Silica mentah yang dihasilkan biasanya berbentuk plat atau boule. Kaca silika mempunyai beberapa sifat penting dan mempunyai daya absorpsi ultrasonik paling rendah dari semua bahan. Oleh karena itu ekspansi termalnya rendah. Kaca ini digunakan sebagai cermin teleskop.

B.   Kaca Silika Tinggi

Produk ini dikenal sebagai Vycor. Sifat-sifat dan komposisinya mendekati silica lebur. Barang-barang dari kaca ini mengandung kira-kira 96% silica dan 3% boron oksida sedang sisanya adalah alumina dan alkali. Pada tahap awal proses, yaitu pada waktu pencairan dan pencetakan kaca, digunakan kaca borosilikat dengan komposisi 75% silica. Sesudah didinginkan, barang diberi perlakuan panas dan penyangaian sehingga kaca memisah menjadi dua fase fisika. Salah satu fase mengandung oksida boron dan alkali yang sangat mudah larut di dalam asam panas, sedang fase yang satu lagi mengandung kadar silica tinggi sehingga tidak larut di dalam larutan. Barang kaca dicelupkan ke dalam penangas asam klorida 10% (98ºC) selama beberapa waktu yang cukup lama menguras keluar keseluruhan fase yang dapat larut. Barang tersebut lalu dicuci sampai bersih sehingga semua runutan fase larut, serta ketidakmurnian dapat disingkirkan, dan kemudian diberikan perlakuan panas untuk mendehidrasi barang dan mengkonversi struktur selnya menjadi kaca vitreo tak berpori. Dalam proses ini, barang kaca mengalami penciutan dalam imensi linearnya, sampai sebanyak 14% dari ukuran semula. Cara pembuatan kaca seperti ini dapat menghasilkan produk yang dapat dipanaskan sampai merah dan kemudian dicelupkan ke dalam air es tanpa mengalami kerusakan. Kaca ini memiliki ketahanan kimia yang tinggi dan sangat stabil terhadap semua asam kecuali HCl. Penciutan juga lebih merata dan proporsional  ke segala arah sehingga bentuk aslinya masih tetap.

C.   Kaca Berwarna dan Bersalut

Digunakan untuk dekorasi. Kaca berwarna ada tiga macam:

1.      Warnanya dihasilkan dari absorpsi cahaya frekuensi tertentu oleh bahan kimia yang terlarut dalam kaca. Bahan pewarna dalam kelompok ini adalah oksida unsure transisi, terutama dari golgongan pertama Tc, V, Ca, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu. Kelompok ini dapat dibagi lagi menjadi subkelompok yang warnanya dihasilkan oleh lingkungan struktur kimia dan subkelompok yang warnanya dihasilkan oleh perbedaan keadaan oksidasi. Contoh subkelompok yang pertama adalah NiO yang dilarutkan di dalam natrium-timbal dan memberikan warna coklat, tetapi menghasilkan heliotrope di dalam kaca potas. Dalam subkelompok kedua, krom oksida memberikan warna yang berkisar dari hijau sampai jingga, tergantung pada perbandingan oksida basa Cr₂O₃ dan oksida asam dan komposisi kaca itu.

2.      Warnanya dihasilkan oleh partikel koloid yang mengendap di dalam kaca yang sebelumnya tanpa warna, melalui perlakuan panas. Conoh klasik dari jenis ini adalah pengendapan emas koloid untuk menghasilkan kaca emas-rubi.

3.      Warnanya dihasilkan oleh partikel mikroskopik atau partikel yang lebih besar yang mungkin sudah berwarna sendiri, seperti merah selenium, (SeO₂) yang digunakan di dalam lampu lalu lintas, bola lentera, dsb, atau partikel ini tidak berwarna dan menghasilkan kaca opalesen.

Kaca bersalut (coated) dibuat dengan mengendapkan film logam yang transparan di atas permukaan kaca bening atau kaca berwarna. Film ini dirancang untuk memberikan karakteristik transmisi atau refleksi khusus, yang sangat penting bagi para arsitek.

Kaca Opal atau transluen adalah bening pada waktu dicairkan, tetapi menjadi opalesen pada waktu kaca itu dikerjakan untuk memberi bentuk. Hal ini disebabkan karena adanya pemisahan dan pembentukan partikel kecil yang jenis, ukuran, dan densitasnya berbeda-beda, yang menyebabkan cahaya yang melewatinya terdipersi.

Kaca opal kadang-kadang dibuat dengan menumbuhkan Kristal bukan logam dari partikel perak yang bertindak sebagai inti yang dikembangkan dari kaca bening yang mengandung perak. Kaca ini sering digunakan untuk memberi efek arsitektur misalnya untuk kisi jendela, untuk transmisi panjang gelombang tertentu, dan untuk barang pecah-belah.

D.   Kaca Keselamatan

Kaca keselamatan (safety glass) dapat dikelompokan menjadi dua golongan umum, yaitu:

1.      Kaca keselamatan laminasi

2.      Kaca dengan perkuatan panas (atau temper) atau kaca keselamatan pengerasan kulit (case hardened)

Kaca keselamatan Laminasi (Laminated safety glass) adalah jenis yang paling banyak dipakai diseluruh Amerika Serikat, dan terdiri dari dua lapisan kaca tipis, yang masing-masingnya setebal 3 mm, yang diantara kedua lapisan itu terdapat lapisan plastic yang liat. Kaca dan plastik ini mula-mula dicuci, kaca lalu dilapisi adhesive (bila hal ini diperlukan untuk plastik). Lembaran kaca dan plstik itu ditempatkan satu sama lain dengan tekanan dan panas menengah untuk merapatkan tepi-tepinya. Kaca kemudian dipanasi sampai suhu dan tekanan hidarulik menengah didalam autoklaf agar keseluruhan lapisan itu melekat dengan erat, dan sesudah itu tepi-tepinya dirapatkan dengan senyawa tahan air.

Kaca yang digunakan untuk membuat kaca keselamatan laminasi mempunyai sifat-sifat fisika seperti kaca biasa, sehingga seluruh sifat keselamtannya berasal dari kemampuan plastik tengah itu untuk tetap memegang pecahan-pecahannya apabila kaca itu pecah karena kecelakaan. Plastik yang pertama digunakan secara komersial adalah selulosa nitrat, yang kemudian diganti oleh selulosa asetat. Hampir semua kaca keselamatan laminasi menggunakan resin polivinil butiran. Plastik vinil lebih elastis dari selulosa asetat karena dapat menjulur akibat tegangan kecil sampai batas elastisnya, dan juga diperlukan tegangan jauh lebih tinggi untuk dapat memecahkannya. Kaca ini tetap bening dan tahan warna pada kondisi pemakaian, tidak terpengaruh oleh sinar matahari, dan tidak memerlukan adhesive atau senyawa tahan air dalam pembuatannya.

Kaca temper (tempered glass) atau kaca perkuatan (strengthened glass) sangat kuat dan tahan.kaca ini digunakan untuk pintu dan jendela mobil, serta untuk pipa. Pembuatannya meliputi penyangaian dengan suhu terkendali sehingga tegangan-tegangan yang tidak sama yang terdapat di dalam kaca digantikan oleh tegangan rendah, seragam, dan terkendali. Kaca ini sangat kuat terhadap kompresi dan sangat lemah terhadap tarikan. Perlakuan temper fisika (physical temporing) merupakan perkembangan dari pengkajian mengenai penyangaian dan tidak terlalu hebat seperti proses pendinginan kejut (quenching) yang sudah digunakan untuk membuat tetesan Pangeran Rupert (Prince Rupert drop). Bejana kaca yang sudah dibentuk atau lembaran yang mau diperkuat dengan perlakuan temper atau peyangaian dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu tertentu, misalnya 425°C, yaitu sedikit di bawah titik perlunakannya dan kemudian didinginkejutkan di dalam udara, garam cair atau minyak. Selama perlakuan temper, terjadi efek pelapisan, yaitu dimana keadaan di kulit luar kaca mendingin terlalu cepat dan menjadi keras sedangkan bagian dalamnya mendingin terlalu rapat dan mengkerut setelah bagian luar menjadi kaku. Jadi, bagian dalam menarik permukaan luar, dan bagian luar mengalami kompresi sedang bagian dalam mengalami tegangan untuk mengkompensasi sehingga menghasilkan kekuatan tiga kali lebih besar. Chemcor adalah kaca yang diperkuat secara kimia yang mungkin tiga sampai lima kali kekuatan produk yang mengalami perlakuan temper fisika. Kaca temper dapat dibengkokkan dan dipuntir. Kaca temper tidak mudah pecah seperti kaca biasa. Kaca ini juga tiga kali lebih kuat daripada kaca barang pecah-belah biasa.

E.   Fotofrom

Kaca fotoform adalah kaca peka cahaya (photosensitive) yang pada pokoknya adalah natrium silikat yang dimodifikasi dengan natrium oksida dan aluminium oksida serta mengandung senyawa serium dan perak sebagai komposisi peka cahaya. Di bawah sinar ultra violet, terbentuk inti oleh perak yang dipekakan dengan serium sehingga setelah dikembangkan dengan perlakuan panas 600°C akan terlihat bayangan litium metasilikat disekelilingnya. Litium metasilikat yang larut dalam asam itu kemudian dibersihkan dengan asam fluorida10%. Jika penyinaran itu dilakukan melalui negative , hasilnya adalah reproduksi yang sangat teliti dan rinci di atas kaca. Dengan cara ini dapat dibuat, misalnya, papan rangkaian listrik yang sangat teliti di atas lembaran kaca. Proses ini di sebut pengolahan mesin kimia (chemical machining).

F.    Kaca Silikat Fotokrom

Merupakan pelengkap kaca fotoform. Kaca ini mempunyai sifat yang luar biasa, antara lain:

§  Menjadi gelap optik (optikal darkening) untuk sinar mulai ultraviolet sampai spectrum tampak.

§  Pemudaran optik (optical bleaching) atau memudar di dalam gelap

§  Pemudaran termal (thermal bleaching) pada suhu tinggi. Sifat-sifat fotokromik ini benar-benar dapat balik (reversible) dan tidak mengalami lelah (fatigue).

Penjelasan ilmiah mengenai mengenai proses fotokromik  ini ialah bahwa kaca itu dibuat mengandung partikel perak halide submikroskopik yang reaksinya berbeda dari siverhalida biasa bila 10¹⁵ per sentimeter kubik, dan terpasang di dalam kaca yang tegar, kedap, dan tidak reaktif, sehingga pusat-pusat warna fotolistik itu tidak dapat terdifusi ke luar dan tambah menjadi partikel perak yang lebih besar dan stabil atau bereaksi secara kimia dan menghasilkan dekompresi perak halide yang tak dapat balik sebagian yang terjadi dalam proses fotografi bila partikel perak yang lebih besar dan tak tembus cahaya terbentuk. Kadar proses dapat dilukiskan dalam bentuk diagram sebagai berikut (Austin, dkk. 2005) :

G.  Kaca Keramik

Kaca keramik adalah bahan yang di lebur dan dibentuk sebagai kaca, tetapi kemudian dikonversi menjadi keramik Kristal dengan proses devitrifikasi terkendali (controlles devitrification). Keramik biasanya adalah bahan yang terdiri dari partikel Kristal bertitik cair tinggi yang terikat satu sama lain dalam matriks vitreo atau oleh peleburan partikel pada bidang batas butir-butirnya. Matriks vitreo dihasilkan dari reaksi kimia antara fluks  yang terdapat sedikit di dalam bahan baku dan penyusun-penyusun yang berbentuk Kristal. Kaca keramik ini, setelah terlebih dahulu dikerjakan dengan mesin dalam keadaan kaca, kemudian diberi perlakuan panas sehingga terjadi nukleasi katalitik di sekeliling komposisi tambahan yang penting, dalam hal ini misalnya TiO₂. Perlakuan panas dilakukan dengan memanaskan kaca 30°C sampai 100°C diatas suhu penyangaiannya, dan membiarkannya pada suhu itu selama satu jam  atau lebih. kristal ditumbuhkan pada nucleus dengan memanaskannya pada suhu 750°C sampai 1100°C, yaitu masih dalam daerah devitrifikasi untuk masing-masing komposisi yang diolah. Kristal-kristal ini lebih kecil dan lebih seragam daripada yang terdapat dalam keramik biasa.

 Sifat-sifat keramik yang dihasilkan dari kaca itu lebih mendekati keramik daripada kaca yang belum dikonversi. Kaca keramik mempunyai ketegaran yang lebih baik, demikian pula sifat mekanik dan termalnya. Bahan-bahan itu biasanya tak tembus cahaya, mengkilap, putih atau berwarna, dan tak berpori. Kaca keramik yang tak berpori, berbutiran halus, mempunyai mikro struktur kristal dan mempunyai kekuatan lentur lebih tinggi daripada keramik konvensional yang komposisinya sama, sampai 200 MPa atau lebih. Kaca keramik lebih refraktori daripada kaca biasa, tetapi kalah dari refraktori oksida biasa. Bahan ini tahan pada suhu 1000°C sampai 1100°C selama 1000 jam tanpa mengalami perubahan yang terjadi pada sifat-sifatnya. Formulasi khusus untuk ekspansi termal rendah dapat dikatakan tidak dapat pecah oleh kejutan termal. Bahan ini dapat difabrikasi dengan toleransi yang ketat untuk mendapatkan berbagai bentuk dan ukuran, dan menggunakan berbagai teknik pembentukan kaca konvensional. Kaca ini dipakai untuk radom, peluru kendali, dan berbagai piranti elektronik. Oleh Croning dengan nama dagang Pyroceram, kaca ini dibuat menjadi barang dapur yang dapat digunakan sekaligus untuk memasak, menghidangkan dan menyimpan makanan di dalam lemari es.

H.  Kaca Serat

Walaupun bukan suatu produk baru, namun banyak dipakai terutama karena sangat halus (biasanya kira-kira 10 μm, atau dapat juga kurang dari 5 μm). Kaac ini ditarik menjadi benang atau ditiup menjadi anyaman untuk isolasi, pita atau filter udara. Serat tari digunakan untuk memperkuat berbagai plastic dan produk komposit yang dapat digunakan untuk membuat pipa, tangki, peralatan olahraga, seperti, tongkat pancing dan aki. Resin yang paling umum digunakan adalah epoksi dan poliester.

            Untuk pembuatan serat tersebut digunakan kaca khusus yang mengandung silica rendah. Berbagai upaya telah dilakukan untuk membuat serat yang dapat digunakan untuk memeperkuat beton yang tidak dapat rusak atau melemah karena serangan alkali. Serat tahan alkali yang paling berhasil, terbuat dari kaca yang mengandung ZrO sampai 17%. Aditif ini menyebabkan kaca menjadi sangat mahal, disamping menjadikan kaca itu sulit dibuat serat. Serat yang terbuat dari kaca batu sabak-batu gamping (slate-limestone) kabarnya lebih mudah dibuat daripada serat kaca zikonia dan lebih unggul dalam sifat tahan alkalinya.

 

DAFTAR PUSTAKA

Ege, Seyhan. 1984. Organic Chemistry. Kanada: DC Heath and Company.

Keenan, Charles W., dkk. 1984. Ilmu Kimia Untuk Universitas. Jakarta: Erlangga.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Vogel and Suehla, G. 1990. Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semi Mikro. Alih bahasa L.Setiono dan AH Pudjaatmaka. Jakarta: Kalman Media Pustaka.