47

Aplikasi Partikel TiO2

Sebagai Self Cleaning pada Cat Minyak

PENDAHULUAN

Hasil karya seni lukisan dari cat minyak mulaiberkembang di Eropa pada abad pertengahan. Cat minyakyang dipakai terbuat dari bahan berpigmen yangdicampur dengan suspensi minyak sebagai mediapengikat pigmen tersebut. Lukisan-lukisan terkenal,seperti Monalisa karya Leonardo da Vinci adalah salahsatu contoh hasil karya yang terbuat dari cat minyak.

Proses pengeringan cat minyak berbeda-beda,tergantung dari jenisnya. Ketika cat minyak yang masihbasah terekspos dengan udara luar, minyak tidakmengalami proses penguapan yang cepat seperti halnyaair. Hal tersebut memberikan keuntungan bagi senimansehingga dapat melukis dengan bebas dan waktu yangpanjang karena cat tersebut tidak cepat kering. Namun,di sisi lain sifat cat minyak yang tidak cepat keringmengakibatkan lukisan mudah terkontaminasi olehkotoran ketika proses pengeringan berlangsung.

Permasalahan lainnya, hasil karya seni yangberharga juga rentan terhadap kotoran dan debu yangdibawa oleh udara bebas. Pembersihan cat minyakmenggunakan alat seperti sikat dikhawatirkan akanmerusak cat minyak pada lukisan. Karena itu, diperlukanmetode non-invasive untuk proses tersebut. Salahsatunya adalah mencampur dengan material selfcleaning TiO

2.

TiO2

merupakan senyawa semikonduktor yangdapat mengalami reaksi kimia ketika mengalami kontakdengan cahaya matahari. Proses reaksi dengan bantuancahaya tersebut disebut dengan proses fotokatalis [1].TiO

2memiliki tiga jenis struktur yaitu anatase, rutile,

dan brooklite [2]. Struktur anatase paling banyakdipakai sebagai self cleaning karena memiliki sifatfotokatalis yang paling baik. Pada abad 21, aplikasi TiO

2

dikembangkan di berbagai selain self-cleaning, untuk

APLIKASI PARTIKEL TiO2SEBAGAI

SELF CLEANING PADA CAT MINYAK

Sungging Haryo W1,Arimaz Hangga, Warin Gusena, Tri Kurniawan dan Dyah Sawitri2

Jurusan Teknik Fisika, FTI - ITSJl. Arif Rachman Hakim, Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111

e-mail: mr.pascal@yahoo.com1

ABSTRAK

APLIKASI PARTIKEL TiO2

SEBAGAI SELF CLEANING PADA CAT MINYAK. Dalam karyaseni lukisan kanvas, cat minyak merupakan salah satu media yang paling banyak digunakan oleh pelukis. Catminyak terbuat dari bahan berpigmen yang dicampur dengan suspensi minyak sebagai media pengikat pigmen.Restorasi lukisan dari cat minyak memerlukan metode non-invasive agar tidak merusak lukisan. Penelitian inibertujuan untuk mengetahui pengaruh efek fotokatalis dari TiO

2pada cat minyak yang digunakan sebagai self

cleaning dengan tambahan Poly Ethylene Glicol (PEG) sebagai katalis dengan massa yang berbeda-beda : 0 gram,3 gram, 4,5 gram, 6 gram dan 7,5 gram. Sedangkan sampel uji yang diamati diberi pengotor oli bekas. Daripengujian mean grayscale pada citra sampel diperoleh hasil bahwa pada satu jam pertama, sampel dengancampuran PEG 3 gram memiliki kemampuan self cleaning yang paling baik dengan selisih rataan warna sebesar85,69. Sedangkan pada saat tujuh jam setelah pengujian, sampel tanpa campuran PEG menghasilkan efek selfcleaning yang paling baik.

Kata kunci: Self cleaning, Fotokatalis, Cat Minyak, TiO2

ABSTRACT

APLICATION OF TiO2

PARTICLES AS SELF CLEANING ON OIL PAINTING. In art canvaspainting, oil painting is one of the most widely used by painters. Oil paint made from pigment mixed with oilas a suspension medium pigment. Restoration of oil painting requires a non-invasive method that won’t damagethe painting. This study aimed to determine the effect of TiO

2on the photocatalytic effect of oil paint are used

as self cleaning with addition PEG addition as a catalyst with different masses: 0 grams, 3 grams, 4.5 grams,6 grams, 7.5 grams. While the test sample impured by oil. From the mean grayscale test, in first hour, samplewith 3 gram PEG mixture can clean the sample better than other samples with difference grayscale color mean85.69. in the other hand, after 7 hours, sample without PEG mixtures produce the best self cleaning process.

Keywords: Self cleaining, Photocatalystic, Oil Painting, TiO2

48

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2012Serpong, 3 Oktober 2012 ISSN 1411-2213

anti bakteri dan anti-fogging yang memanfaatkan reaksiphoto-induced decomposition dan photo-inducedhidrofilik [3].

Pada beberapa penelitian, kinerja TiO2

dapatditingkatkan melalui pencampuran bahan lain [4-6]. Salahsatunya adalah Poly Ethylene Glicol (PEG). PEGmerupakan rantai karbon dengan bentuk umum poliestergaris lurus bercabang yang diakhiri dengan gugushidroksil [7]. PEG mampu meningkatkan sifat hidrofilikpada TiO

2yang berperan pada proses fotokatalis [8].

Pada penelitian ini, Partikel nano TiO2

dengandiaplikasikan sebagai self cleaning pada cat minyakdengan dan tanpa katalis PEG.

METODE PERCOBAAN

Bahan dan Peralatan

Bahan-bahan yang digunakan untukmelaksanakan penelitian antara lain : nanopartikelTiO

2dengan struktur anatase, cat minyak dan Poly

Ethylene Glicol (PEG) 6000. Objek yang digunakanuntuk pengujian self cleaning pada cat minyakadalah kayu plywood dengan ukuran 10 x 10 cm dantebal 0,5 cm. Bahan lain yang dipakai adalah thinner.Sedangkan peralatan yang dipakai dalam penelitianadalah magnetic stirrer untuk mencampur partikel TiO

2

dengan cat minyak dan PEG, gelas ukur, timbangandigital, dan kuas.

Pencampuran TiO2, PEG dan Cat Minyak

Komposisi TiO2pada penelitian ini dibuat tetap,

dengan komposisi cat minyak dan thinner yangdigunakan. Komposisi ketiga bahan tersebut adalah6 gram TiO

2, 6 mL untuk cat minyak dan 50 gram

thinner. Sedangkan komposisi PEG yang dicampurdengan ketiga bahan tersebut dibuat bervariasimulai dari 3 gram; 4,5 gram, 6 gram dan 7,5 gramTabel 1 menunjukkan perbandingan komposisi TiO

2

dan PEG.TiO

2dan PEG dicampur pada saat proses

pengadukan thinner dan cat minyak. Pengadukan larutanini menggunakan magnetic stirer selama 2 jam agardidapatkan komposisi yang homogen. Temperatur yangdigunakan pada saat pengadukan adalah 50 oC berfungsiagar jika terdapat air dalam larutan tersebut dapatmenguap.

Pengujian dengan Fourier TransformInfrared Spectroscopy (FT-IR)

Pengujian FT-IR memanfaatkan spektrumgelombang inframerah untuk menguji sifat absorbsi,scattering, emisi dan fotokonduktivitas dari larutan catminyak yang dicampur TiO

2dan PEG. Melalui pengujian

FT-IR dapat diketahui pencampuran dari keempatsampel uji sudah homogen. Sampel uji yang diambiluntuk tiap larutan adalah satu tetes atau kurang selbihsebanyak 2 mL. Gambar 1 menunjukkan hasil pengujianFT-IR untuk sampel uji dengan campuran PEG sebanyak7,5 gram.

Dari Gambar 1 dapat diamati bahwa terdapatkecocokan antara sampel dengan senyawa PolyEthylene (PE) sebesar 66,32 %. Sedangkan kecocokanyang terbesar pada Calcium Carbonate sebesar70,75 %. Dengan prosentase kecocokan terhadapkedua senyawa tersebut dapat disimpulkan bahwakomposisi TiO

2dan PEG tercampur secara homogen.

Proses Pengecatan pada Plywood

Setelah melakukan pencampuran dan pengujianmenggunakan FT-IR maka cat minyak tersebut dicat padaplywood. Pemilihan bahan ini dikarenakan bahan yangdi cat harus cukup padat untuk uji dispersi. Setelahmelakukan pengecatan pada papan triplek ,sampeltersebut dikeringkan selama 1 hari

Tabel 1. Komposisi TiO2

dan PEG

NomorSampel

Massa TiO2

(gram)Massa PEG

(gram)

1 6 0

2 6 3

3 6 4,5

4 6 6

5 6 7,5

Gambar 1. Hasil pengujian FT-IR pada PEG 7,5 gram.

Gambar 1. Hasil pengujian AFM pada PEG 3 gram.

49

Aplikasi Partikel TiO2

Sebagai Self Cleaning pada Cat Minyak

Pengujian Dispersi TiO2dengan Atomic Force

Microscopy

Atomic Force Microscopy (AFM) digunakansebagai media pengujian dispersi karena memiliki resolusisangat besar sampai dengan skala nanometer. Hal inisesuai dengan karakteristik TiO

2yang merupakan partikel

berukuran nanopartikel melalui pengujian AFM dapatdiketahui distribusi TiO

2pada sampel yang telah dicat.

Secara teori, persebaran TiO2

dipengaruhi olehkandungan PEG dalam larutan tersebut. Semakin meratadistribusi TiO

2pada sampel uji, maka proses self

cleaning dapat berlangsung lebih maksimal. Gambar 2menunjukkan hasil uji dispersi untuk sampel denganPEG sebesar 3 gram.

Berdasarkan Gambar 2 terlihat bahwa distribusiwarna pada hasil pengujian mempunyai kontur yanghampir sama dalam ukuran 15 mikrometer sehingga dapatdisimpulkan bahwa TiO

2tersebar secara merata dalam

sampel.

Pengujian Self Cleaning dengan Oli Bekas

Setiap sampel dimasukkan ke dalam oli bekassekitar 3 menit. Setelah sampel direndam dalam oli bekasmaka sampel tersebut diamati dalam rentang waktu 2 jam,12 jam, 24 jam, dan 48 jam. Pengamatan dalam rentangwaktu tertentu tersebut digunakan untuk mengetahuiwaktu yang dibutuhkan selama proses self cleaning padasampel tersebut.

Pengujian Image Processing pada Sampel

Setelah dilakukan pengujian self cleaning makasampel tersebut diamati sesuai waktu yang ditentukan.

Setiap sampel diambil gambarnya menggunakan kameraSingle Lens Reflection (SLR) Nikon tipe D40X denganfocal length lensa 18 cm hingga 55 cm. Kondisipencahayaan pada saat pengambilan gambar dibuatsama. Sedangkan parameter setting kamera yang dibuatkonstan dengan ISO 800, Shutter speed 200, dannumerical aperture 5,6. Sampel yang diambil gambarnyakemudian diolah menggunakan software Matlab R2009auntuk mengetahui mean dari piksel citra sampel.Preprocessing yang dilakukan sebelum diolah lebihlanjut adalah resizing dan konversi citra RGB menjadicitra grayscale untuk memudahkan proses perhitunganpiksel.

Gambar 3 merupakan contoh pengambilan citrasampel uji dengan komposisi PEG 4,5 untuk citra RGBdan citra grayscale. Dengan membandingkan mean citraasal sebelum dicampur dengan bahan pengotor oli dansetelah dicampur oli, maka dapat diketahui kinerja prosesself cleaning pada masing-masing sampel berdasarkanselisih mean piksel dari kedua citra tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kelima sampel yang digunakan dalam penelitiandiuji berdasarkan mean. Setelah sampel diberi pengotorberupa oli, citra sampel diambil setiap satu jam untukmengetahui proses self cleaning berlangsung. Sebelumdicari rataan warnanya, dilakukan pra-pemrosesan (pre-processing) dengan cara mengubah resolusi citra menjadi600 x 600 piksel. Citra sampel yang di-resize tersebutmemiliki 3 komponen warna Red Green Blue (RGB)dengan nilai bervariasi antara 0 sampai dengan 255.0 merepresentasikan warna yang paling gelap (hitam)dan 255 menunjukkan warna citra yang paling terang

Gambar 4. Hasil pengujian grayscale tiap sampel.

Tabel 2. Hasil pengukuran nilai rataan warna RGB dan grayscaleawal

NomorSampel

Massa PEG(gram)

R G B Grayscale

1 0 124.95 154.84 118.66 141.79

2 3 125.73 159.13 131.79 146.08

3 4,5 133.2 164.33 136.2 151.86

4 6 130.78 162.12 133.61 149.54

5 7,5 131.5 162.76 132.67 150.03

Gambar 3. (a) Citra RGB PEG 4,5 gram dan (b) CitraGrayscale PEG 4,5 gr.

(a)

(b)

50

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2012Serpong, 3 Oktober 2012 ISSN 1411-2213

(putih). Untuk mendapatkan citra grayscale dari citraRGB sampel, digunakan Persamaan (1) :

3111

iii

BGR

N ................................. (1)

Dimana:N = Mean citra grayscaleR = Merepresentasikan nilai citra RedG = Merepresentasikan nilai citra GreenB = Merepresentasikan nilai citra Blue

Tabel 2 menunjukkan mean tiap komponen warnadan mean hasil konversi ke citra grayscale.

Nilai grayscale pada Tabel 2 digunakan sebagaipembanding kinerja tiap sampel, dan menjadi nilai awalsebelum sampel dikotori dengan oli. Perubahan warnapada tiap sampel diamati selama tujuh jam, denganmengambil citra sampel setiap satu jam sekali.

Dari Gambar 4, dapat dilihat bahwa secara relatif,kelima sampel mengalami kenaikan nilai Grayscale yangmengindikasikan proses self cleaning telah bekerja padamasing-masing sampel. Yang membedakan tiap sampeladalah laju proses fotokatalis selama tujuh jam. Hal inidapat diamati dari kenaikan grafik tiap sampel padaGambar 4. Sampel dengan campuran PEG 3 grammengalami kenaikan yang paling signifikan pada satujam pertama. Hal ini menunjukkan bahwa campuran PEGdalam sampel tersebut mampu mendistribusikan TiO

2

dalam campuran sampel paling cepat dibandingkandengan sampel lain. Sedangkan sampel tanpa campuranPEG memiliki laju kenaikan paling rendah pada satu jampertama, dikarenakan TiO

2dalam sampel tersebut belum

terdistribusi secara merata. Untuk sampel dengancampuran PEG 7,5 gram mengalami kenaikan nilaigrayscale yang cukup signifikan pada satu jam pertama,namun masih di bawah sampel dengan kandungan PEG3 gram. Pada jam-jam berikutnya, tiap sampel cenderungmengalami kenaikan nilai grayscale dengan laju yangberbeda-beda. Namun terdapat penurunan untukbeberapa contoh sampel, misalnya sampel dengancampuran PEG 6 gram pada jam kedua, nilainya turundari 91,292 menjadi 72,691. Hal ini dikarenakan proses

fotokatalis memerlukan waktu yang cukup lama sehinggaself cleaning berjalan dengan maksimal dan efeknya barudapat diamati dengan jelas dalam hitungan hari. Jikadiamati selisih derajat keabuan sampel pada saatpengambilan citra awal dengan derajat keabuan sampelsetelah tujuh jam, diperoleh hasil bahwa sampel tanpacampuran PEG memiliki selisih paling besar. Hal inimerepresentasikan kemampuan self cleaning TiO

2pada

sampel tersebut paling optimal dibandingkan dengansampel lain yang dicampur dengan PEG. Sedangkanselisih yang paling kecil terdapat pada sampel dengancampuran PEG 7,5 gram.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengambilan data dan analisishasil pengujian mean grayscale dari tiap sampel dapatdisimpulkan bahwa nanopartikel TiO

2dapat diaplikasikan

sebagai self cleaning pada cat minyak. Campuran PEGpada partikel TiO

2mampu mempercepat proses fotokatalis

pada satu jam pertama, dengan hasil terbaik pada sampeldengan campuran PEG 3 gram. Sedangkan proses selfcleaning setelah tujuh jam menunjukkan bahwa sampeltanpa campuran PEG memiliki kemampuan self cleaningyang paling baik, berdasarkan pengujian mean citragrayscale sampel.

DAFTAR ACUAN

[1]. U. DIEBOLD, Appl. Phys. A, 76 (2002) 1-7[2]. KAZUHITO HASHIMOTO, HIROSHI IRIE and

AKIRA FUJISHIMA, AAPPS Bulletin, 17 (6) (2007)[3]. K. GUAN, Surf. Coat. Technol., 191 (2005) 155-160[4]. B. GUO, Z. LIU, L.HONG, H. JIANG, J.Y. LEE,Thin

Solid Films, 479 (2005) 310-315[5]. J.YU, X. ZHAO, Q. ZHAO, G. WANG, Mat. Chem.

and Phys., 68 (2001) 253-259[6]. T. MIKI, K. NISHIZAWA, K. SUZUKI, K. KATO,

J. Mat. Sci., 39 (2004) 699-701[7]. TRISTANTINI, et al., IJET-IJENS, 11 (02) (2011)

80-85