Handook Teknologi Inkjet Ink

Kata Pengantar Teknologi printing berkembang sangat cepat, secara tradisional printing didefinisikan sebagai suatu teknik untuk penerapan agent pewarna dibawah tekanan pada suatu permukaan untuk membentuk tulisan atau gambar. Saat ini keperluan untuk pencetakan text ataupun gambar sudah semakin banyak dan cepat. Komputer merupakan alat yang berdayaguna untuk printing. Dengan komputer dalam waktu yang singkat dapat menyelesaikan perkerjaan yang sangat banyak. Perkembangan tentang alat printing mengikuti perkembangan computer itu sendiri, ditemukaanya teknik pencetakan non impact, sangat mempengaruhi perkembangan dan teknik pencetakan menggunakan computer. Buku ini membahas teknologi dan kimiawi tinta inkjet, pertama dibahas tentang teknologi catridge, selanjutnya tentang kimia dari tinta inkjet. Dengan ulasan yang gampang dan mudah dicerna diharapkan pembaca dengan latar belakang yang berbeda dapat memahami buku ini. 1. 2. 3. 4.

Buku ini merupakan seri dari “ Membuat tinta inkjet “, Teknologi inkjet ink berbasis air (dye) . Tekonologi dye sublimation ink. Teknologi solvent based ink. Teknologi inkjet ink berbasisi air ( pigment ).

Akhir kata “tiada gading yang tidak retak” tidak ada sesuatu yang sempurna, semoga buku ini menjadi bahan pemikiran tentang wacana tinta inkjet.

Duraposita chem

1

Ucapan terima kasih Tersusunnya buku ini tidak terlepas dari jerih payah beberapa pihak, baik yang berperan secara langsung maupun tidak langsung ataupun pihakyang hanya sekedar memberikan dorongan saja. Bantuan yang berupa material dari kertas, terjemahan, transportasi, internet, dan dana sekedar untuk keperluan teknis yang lain. Beberapa pihak baik institusi yang layak untuk disebut disini adalah; 1.

CV Duraposita Chem dan semua staff

2.

Utomo Teknik, khususnya saudara Arief Kresnoadi, yang selalu sabar untuk membantu menterjemahkanan artikel atau textbook.

3.

CV Tristar chemical dan Staff.

4.

Kyai Abdul Karim dan teman -temannya

5.

Semua rekan yang dengan setia membantu, tulus, khalid, heru, lutfie dan lainnya.

Atas semua jerih payah, bantuan, dorongan dan doa restunnya penulis ucapkan terima kasih sedalam dalamnya. Semoga allah SWT berkenan membalas amal baik mereka.

2

BAB I PENDAHULUAN Sejarah perkembangan inkjet Teknologi Inkjet Pendahuluan Inkjet Drop On Demand Inkjet Thermal Inkjet Piezo Inkjet electrostatic Inkjet Continuous Teknik Binary Deflection Teknik Multi Deflection Karakteristik Printer Inkjet

Daftar isi

BAB II TINTA INKJET Pendahuluan Properti Tinta Inkjet Viskositas Mengukur Viskositas Satuan Viskositas Surface Tension Mengukur Tegangan Permukaan Konduktivitaas Ukuran Partikel Kadar Garam Derajad Keasaman(PH) BAB III BAHAN PENYUSUN TINTA INKJET WATERBASED Pendahuluan Air Co Solvent Humectant Pewarna Dispesing dan Wetting Agent Surfactant Buffer Aditif-Aditif lain Biocide Pengaturan Kekentalan BAB IV AIR Pendahuluan Air De-ion BAB V PEWARNA Pendahuluan Index Warna BAB VI CO-SOLVENT Pendahuluan Klasifikasi Solvent Bahan Dasar Polaritas Polar Protik Dipolar Aprotik Non-Polar

3

Co Solvent Pada Tinta Inkjet Alkohol Glykol Glykol Ether Lactam BAB VII SURFACTANT Pendahuluan Tipe-tipe Surfactant Anionik Kationik Nonionik Amfoterik

4

BAB I PENDAHULUAN I.1 Sejarah perkembangan inkjet Inkjet adalah teknologi pencetakan dotmatrix tanpa sentuh (non-impact), dimana tetesan tinta disemprotkan (jetted) dari celah kecil ke posisi spesifik sebuah media untuk membentuk gambar (image) yang diiinginkan. Mekanismae pengubahan/pemecahan aliran tinta menjadi tetesan (droplets) di deskripsikan pertamakali oleh Lord Rayleigh pada tahun 1878. Pada tahun 1951 Elmqvist dari Seimens mendaftarkan hak paten alat ink-jet pertama berdasarkan metode pemecahan aliran tinta penemuan Rayleigh. Penemuan ini selanjutnya mendasari penemuan alat bernama Mingograph, yaitu perekam grafik atau sinyal tegangan analog dengan menggunakan metode inkjet. Di awal 1960-an Dr.Sweet dari Stanford University mendemonstrasikan metode baru yaitu bahwa dengan mengaplikasikan pola tegangan bertekanan pada sebuah celah/lobang kecil dapat memecah/mengubah aliran tinta menjadi tetesan tinta yang seragam ukuran dan jaraknya. Saat mekanisme pemecahan/pengubahan aliran tinta dapat dikontrol, sinyal listrik dapat dimasukkan ke dalam tetesan-tetesan tinta secara selektif dan handal saat terjadi aliran tinta secara kontinyu. Tetesan-tetesan tinta yang mengandung listrik ketika melewati medan lisrik akan dialihkan arahnya menuju sebuah saluran untuk disemprotkan kembali dan tetesan-tetesan tinta yang tidak mengandung lsitrik akan terbang langsung ke media untuk membentuk gambar (image). Proses printing seperti ini disebut ink-jet kontinyu (continuous ink-jet). Di akhir 1960-an, penemuan Dr. Sweet mendasari penemuan produk A.B. Dick Videojet dan produk Mead DIJIT. Pada tahun 1970-an IBM mematenkan teknologinya dan secara besar-besaran meluncurkan program pengembangan adaptasi teknologi ink-jet untuk printer produksi mereka. Dan tahun 1976 IBM memperkenalkan printer IBM-4640. Pada tahun yang hampir bersamaaan Profesor Hertz dari Lund Institute of Technology dari Swedia bersama rekan-rekannya secara independen mengembangkan beberapa teknik ink-jet yang mempunyai kelebihan dalam memodulasi karakteristik aliran tinta (ink-flow) untuk mencetak dengan modus gray-scale. Salah satu dari metode profesor Hertz untuk mendapatkan modus pencetakan gray-scale (hitam putih) adalah mengontrol jumlah tetesan (drops) tinta pada tiap pixel yang dihasilkan. Dengan mengatur jumlah tetesan tinta, volume pada tiap tetesan tinta pada tiap pixel juga dikontrol, sehingga jumlah tiap warna juga di kontrol untuk mendapatkan warna gray yang diinginkan. Metode ini lisensinya diberikan kepada beberapa perusahaan antara lain Irish Graphics dan Stork untuk membuat gambar berwarna kualitas tinggi. Sementara pengembangan teknologi Ink-jet kontinyu (continuous Ink-Jet) berlangsung dengan intensif, pengembangan teknologi drop-on-demand ink-jet juga mulai dipopulerkan. Teknologi drop-ondemand mengeluarkan tetesan-tetesan (droplets) tinta hanya bila digunakan saja. Pendekatan ini menghilangkan kompleksitas dalam pengisisan listrik pada tetesan (droplet) tinta dan perangkat pembangkit medan listrik dan juga kerumitan-kerumitan lain akibat proses sirkulasi tinta pada teknologi continuous ink-jet.

5

Zoltan, Kyser dan Sears adalah beberapa pionir awal penemuan teknologi drop-on-demand inkjet. Penemuan mereka diaplikasikan pada produk Seimen PT-80 Serial Character Printer (1977) dan Silonic (1978). Pada printer-printer ini tetesan tinta dikeluarkan dengan menggunakan gelombang tekanan yang dihasilkan dari gerakan mekanis Piezoelectric Ceramics. Banyak ide, sistem dan produk drop-on-demand ditemukan, dikembangkan dan diproduksi pada tahun 1970-1980an. Sistem drop-on-demand yang lebih sederhana semestinya membuat teknologi ink-jet semakin handal, tetapi kenyataannya kualitas dari teknologi ink-jet tetap buruk. Masalah-masalah seperti kebuntuan nozzle (nozzle clogging) dan tidak konsistennya kualitas gambar tetap menghantui teknologi ink-jet. Di tahun 1979, Endo dan Hara dari Canon menemukan metode drop-on-demand baru dimana tetesan tinta dikeluarkan oleh nozzle dengan cara mengembangkan dan kemudian memecah gelembung tinta pada permukaan pemanas kecil yabg terletak dekat nozzle. Canon menyebut teknologi ini bubble-jet. Desain printhead bubble-jet yang sederhana dan kemudahan fabrikasi semiconduktor pendukungnya membuat printhead dapat diproduksi dengan harga murah dan kualitas nozzle yang tinggi. Dan secara bersamaan secara independen Hewlett-Packard mengembangkan teknologi yang sama. Pada tahun 1984, Hewlett-Packard memperkenalkan Thinkjet Printer. Itu adalah printer murah pertama yang sukses, dan printer tersebut menggunakan teknologi bubble jet. Hewlett-Packard menyebut teknologinya itu dengan nama thermal ink-jet. Harga printhead dari printer thinkjet yang terdiri dari 12 nozzle tersebut cukup murah, hingga dapat diganti tiap kali cartridge tinta kosong. Ide Hewlett-Packard akan disposable ink-jet (ink-jet sekali pakai) ini sangatlah brillian dan original. Mereka menyelesaikan masalah akan keandalan sistem ink-jet yang disebutkan sebelumnya, yaitu dengan cara membuang printhead di saat habis masa pakainya. Sejak saat itu Hewlett-Packard dan Canon terus menerus mengembangkan teknologi ink-jet. Dan usaha mereka terbalas dengan suksesnya serangkaian produk awal mereka. Berbagai macam model printer ink-jet dengan resolusi yang lebih tinggi dan kemampuan warna yang tinggi pula, diproduksi dengan harga yang menawan. Pada akhir 1980an, dengan berbagai macam kelebihan yang dimiliki seperti harga murah, ukuran kecil, tidak berisik dan warnanya yang dihasilkan lebih memikat, printer ink-jet menjadi pilihan alternatif penggunaan printer bagi konsumen rumah tangga dan UKM selain printer impact dotmatrix (printer dengan menggunakan teknologi sentuhan/pita). Saat ini printer ink-jet merajai pasar low-end printer. Seiring berkembangnya teknologi ink-jet, ahli kimia tinta dan ahli media menyadari bahwa bila tetesan tinta kontak dengan permukaan kertas memiliki kecenderungan untuk menyebar searah dengan kontur serat kertas dan juga masuk/menyerap ke sela-sela dan ruang kosong kertas. Penyebaran tetesan tinta kadang terlalu berlebihan dan tidak beraturan, sehingga menghambat resolusi hasil cetak yang ingin dicapai. Penyerapan kertas terhadap tetesan tinta yang beragam dan banyak pada satu titik, kadang juga terlalu lambat. Warna yang jelek berhubungan dengan penyebaran tinta dan pencampuran tinta yang jelek akibat masalah di atas. Hal ini menjadi masalah besar dalam proses pengembangan teknologi inkjet.

6

Untuk mendapatkan hasil cetak warna berkualitas tinggi, permukaan media cetak memerlukan pelapisan khusus. Media yang dilapisi secara khusus tersebut harus memenuhi berbagai parameter antara lain volume tetesan tinta, laju penguapan, laju penyerapan/penetrasi tinta, ketebalan pelapisan, ukuran pori-pori media dan sebagainya. Aktivitas pengembangan media ink-jet dimulai di awal 1980an, dan didominasi di negara Jepang oleh perusahaan-perusahaan seperti Jujo Paper dan Mitsubishi Paper Mills. Sekarang, dikarenakan tingginya popularitas ink-jet, permintaan akan media yang lebih baik sangat tinggi, seperti kertas glossy dan kertas photo. Hal ini menarik banyak perusahaan dalam pengembangan media inkjet. Canon, Xerox, Asahi Glass, Arkwright, Folex, 3M dan Imation adalah sebagian perusahanperusahaan yang terlibat di dalamnya. Pendekatan lain untuk mendapatkan hasil cetak yang lebih baik tanpa mengandalkan penggunaan media cetak khusus adalah penggunaan tinta solid (padat) atau hot melt (leleh/mencair saat panas) atau phase-change ink (tinta beda fase). Dalam operasinya, tinta tersebut disemprotkan (jetted) dengan dilebur/dilelehkan/dicairkan terlebih dahulu. Saat kontak dengan media cetak tinta tersebut akan memadat, sangat kecil penyebarannya dan sangat kecil pula penyerapannya, sehingga warna yang dihasilkan sangat brillian dengan resolusi yang tinggi. Pengembangan awal dari tinta solid diawali oleh Teletypes untuk perangkat

ink-jet elektrostatik. Pengembangan selanjutnya pada teknologi drop-on-demand dilakukan

oleh Exxon dan Howtek. Sekarang Tektronix, Dataproducts, Spectra dan Brother ikut terjun dalam pengembangan teknologi ini. 1.2 Teknologi Ink Jet 1.2.1 Pendahuluan Inkjet adalah teknologi cetak non impact. Droplet - droplet tinta diemisikan dari nozzle dan printer secara langsung menuju posisi spesifik pada sebuah substrat untuk mencipatakan suatu gambar (image). Operasi printer inkjet adalah sangat mudah untuk divisualisasi; head printer men-scan halaman secara horizontal, menggunakan motor untuk menggerakkannya ke kanan dan ke kiri dan ke belakang, motor satunya memutar kertas secara vertikal (lihat gambar 1.2). Satu strip gambar telah dicetak, kemudian kertas bergerak dan siap untuk strip berikutnya. Untuk mempercepat pencetakan, head printer tidak hanya mencetak satu baris (row) horizontal pixel tiap gerakan, namun juga mencetak row vertical pada saat yang sama.

Gambar 1.2 Printer inkjet 4 warna

Cetak inkjet adalah industri komersil yang relatif baru. Ini dimulai semenjak 20 tahun lalu, meskipun mekanisme untuk memecah liquid stream ke droplet telah dijelaskan lebih dari 120 tahun lalu oleh Lord Rayleigh. Usaha untuk memulai membuat printer injet dimula semenjak 50 tahun lalu. Setelah itu, banyak dilakukan usaha - usaha untuk meningkatkan kualitas pembentukan tetesan, menurunkan ukuran droplet tinta dimana pada saat kesamaan menambah kecepatan jetting.

7

Cetak inkjet telah diimplementasikan ke banyak desain untuk aplikasi tertentu yang bervariasi. Secara garis besar, teknologi cetak inkjet dibagi menjadi 2 bagian yaitu continuous dan drop on Demand (DOD) seperti ditunjukkan gambar 3.3

Gambar 1.3 Mapping teknologi inkjet

1.2.2 Inkjet Drop On Demand Teknologi drop on demand maksudnya adalah sebuah drop (tetesan) akan dijalankan ketika mencetak image (gambar). Untuk menciptakan drop dan mentrasfernya ke kertas. Terdapat tiga teknologi yaitu : Piezo-, Thermal-, dan Elektrostatik.

Gambar 1.4 Sistem Inkjet Drop on Demand

Gambar 1.5 Sistem Inkjet Thermal

Inkjet thermal dianggap sebagai teknik inkjet paling banyak digunakan dan mendominasi pasar pemakai rumahan (home user). Inkjet thermal (atau inkjet bubble jet milik canon) menggunakan panas untuk mengeluarkan tetesan tinta dari kanal tinta. Tiap nozzle dapat di address melalui signal elektrik. Di dalam kanal tinta, elemen pemanas dipicu oleh signal dan secara cepat memanaskan tinta untuk menguap. Tinta yang diuapkan membentuk “bubble” yang menekan tinta untuk membentuk drop / tetesan di bagian luar nozzle. Ketika temperature turun, bubble dalam kanal tinta hilang dan drop di bagian luar nozzle pecah. 1.2.2.2. Inkjet Piezo

Gambar 1.6 Sistem Inkjet Piezo

8

Sistem piezo berbasis pada material khusus yaitu keramik piezo, yang dapat bereaksi terhadap signal dan menciptakan getaran mekanis dari kanal tinta dan kemudian mengeluarkan drop tinta ke substrat. Sistem komersial pertama yang berbasis pada teknologi ini mencapai pasaran pada awal 1990an dan membuktikan untuk mempunyai beberapa keuntungan yang berharga dibanding teknik inkjet sebelumnya. Contohnya dapat menghasilkan drop pada frekuensi yang lebih tinggi dan variasi tinta yang lebih luas. 1.2.2.3. Inkjet Electrostatic Prinsip dasar inkjet elektrostatik adalah membangkitkan medan listrik antara kamar tinta dan substrat. Berbeda dengan teknik thermal dan piezo dimana tinta menetes karena dikeluarkan oleh tekanan, drop pada inkjet elektrostatik ditransfer menggunakan medan listrik. Ada beberapa metode untuk melakukan ini contohnya dengan efek tagler atau dengan menggunakan efek thermal untuk merubah viskositas sebagai mekanisme kontrol. Beberapa dari metode ini sangatlah kompleks dan terbukti menghasilkan drop yang sangat kecil. 1.2.3 Inkjet Continuous Inkjet continuous adalah varian proses yang sering digunakan utuk printer skala besar yang memerlukan kecepatan tinggi. Fungsi utama system injet continuous adalah tetesan / drop diproduk secara terus - menerus / kontinyu. Ada 2 kategori utama untuk teknik ini yaitu : binary deflection dan multi deflection.

Gambar 1.7 Sistem Inkjet Continuous

Gambar 1.8 Sistem Binary Deflection

1.2.3.1. Teknik Binary Deflection Drop - drop individu discharge secara elektrik oleh sebuah elektroda setelah meninggalkan nozzle. Elektrode ini adalah pengatur mekanisme pencetakan. Pada medan listrik selanjutnya, drop - drop ter-charge didefleksikan dan hanya drop - drop yang tidak di-charge yang mencapai substrat. Menggunakan mekanisme biner ini, ada dua kondisi charge, tercharge atau tak tercharge. Namun terdapat beberapa alternative lain yang lebih rumit. 1.2.3.2. Teknik Multi Deflection

Gambar 1.9 Sistem Multi Deflection

9

Drop - drop inkjet dapat memberikan charge yang berbeda dan oleh karena itu dibelokkan lebih atau kurang. Alirandrop dapat dikontrol untuk bekerja pada dua dimensi dan menulis suatu garis. Ini memungkinkan untuk menulis simbol walaupun substrat dan head printer adalah statis. Teknik ini berguna untuk addressing kecepatan tinggi. 1.3

Karakteristik Printer Ink Jet Performa dari mutu printer inkjet dapat dikarakterisasikan melalui kecepatan dan resolusi cetaknya. Kecepatan tergantung pada frekuensi jetting atau interval waktu antara dua semburan / jet yang berurutan. Sebuah inkjet biasa, headnya memerlukan sekitar setengah detik untuk menctak sebuah garis pada halaman. Jika kertas A4 berukuran lebar 21 cm dan inkjet beroperasi minium pada 300 dpi ini artinya ada 2475 titik pada garis di kertas A4. Head printer mempunyai kurang lebih 1/5000 detik untuk merespon ya atau tidaknya titik harus diprint. Walaupun demikian, kecepatan printing yang lebih tinggi dapat juga dicapai dengan memakai head yang lebih besar yang mampu menghasilkan resolusi dasar 1200 dpi dan kecepatan cetak mendekati printer laser warna, 3 - 4 ppm warna dan 12 - 14 ppm monokrom.

printer

Tipe jet

Dropsize

Jumlah nozzle

Resolusi (dpi)

Kecepatan (ppm)

(picoliter)

hitam

warna

hitam

warna

hitam

warna

600x600

2400x1200

11

7.5

Canon S300

Thermal

5

320

128x3

Epson C60

Piezo

4

144

43x3

Diatas 2880x720

12

8

HP 920C

Thermal

-

-

-

Diatas 2400x1200

19

7.5

Lexmarx Z53

Thermal

-

-

-

Diatas 2400x1200

16

8

Tabel 1.2. Beberapa karakteristik printer desk jet Catatan tabel 1.2. : 1) 2)

Tedapat 3 kategori : Draft, normal dan best. Hanya resolusi yang terbaik yang ada pada table Kecepatan cetak, ppm, turun ketika resolusi best dipilih, yang ada pada table adalah kecepatan tertinggi (resolusi draft).

10

BAB II TINTA INKJET 2.1

Pendahuluan Tinta adalah bagian yang sangat penting dari teknologi cetak inkjet. Pengembangan dari penelitian untuk tinta inkjet adalah hal yang penting dari teknologi inkjet. Ini karena properti tinta tidak hanya menentukan kualitas hasil cetakan, namun juga menentukan karakteristik pengeluaran droplet dan keandalan sistem printing. Tinta inkjet pada umumnya mengandung yaitu : pewarna (colorant), pembawa (vehicle) dan aditif. Vehicle adalah air, solvent, resin atau lainnya. Vehicle adalah komponen utama dan prosentasenya dalam suatu komposisi adalah 40 - 90 % tergantung tipe tinta. Pewarna adalah material yang menciptakan warna dari hasil cetakan yang prosentasenya sekitar 1 - 10 %. Sisanya adalah aditif. Aditif itu eningkatkan properti kimia dan fisika dari tinta seperti kekentalan (viscosity), kekuatan rekat (adhesion strength), stabilitas panas (heat stability), laju pengeringan (untuk tinta reaktif), tegangan permukaan (surface tension), dll. Tinta inkjet dapat diklasifikasikan ke beberapa grup berdasar beberapa perspektif. Salah satunya adalah dari sisi vehicle yaitu : aqueous / waterbased, nonaqueous / solventbased, phase change erubahan fase, dan reaktif. Dari sisi pewarnanya yaitu : dye based dan pigmen based. Tinta aqueous dan non-aqueous menggunakan tinta atau solvent lainnya sebagai vehicle yang mekanisme pengeringnya bergantung pada penetrasi dari absorbsi dari media penerima (substrat). Phase change juga disebut sebagai tinta padat yang mana berbentuk padat (solid) pada suhu kamar, tinta disemburkan dari head ketika dilelehkan dan ketika mencapai substrat akan kembali padat. Cepatnya solidifikasi akan menjaga tinta menyebar dan meresap dalam substrat dan memastikan kualitas image yang bagus pada berbagai macam substrat. UV curing adalah tinta yang dapat mongering setelah terkena sinar ultraviolet.

1. 2. 3.

Aqueous based Solvent based Phase change

Solution, dispersion, microemulsion Oil solvent Liquid to solid, liquid to gel

4.

reactive

Uv curing 2K

Evaporasi, absorbsi Evaporasi, absorbsi Solid karena turunnya temperatur Reaksi kimia

Tabel 2.1. Kategori berdasar basis tinta

1. 2. 3.

Dye organik Dye polimerik Pigment

Direct, acid, reactive, disperse, solvent Aqueus, non aqueous, polymer blend Carbon black

Tabel 2.2. Kategori menurut pewarna

Pada table 2.2 dapat dilihat, tinta dapat dibagi ke dalam 3 grup berbasis pewarnanya, dye polymeric, dye polimerik dan pigment. Dye organic mengandung molekul - molekul dye organic dimana dye polimerik mengandung polymer dye. Tinta pigmen based kebanyakan adalah serbuk non organic meskipun terdapat beberapa pigmen organik.

11

Gambar 2.1. Perbedaan tinta dye based dan pigment based

Dye adalah material organic yang dapat larut, sedangkan pigment adalah sangat tak larut. Secara kimiawi, dye ada dalam tinta sebagai molekul individu dimana pigment ada sebagai cluster yang mengandung ribuan molekul pewarna. Intinya, tinta dye based memberikan kapabilitas representasi warna yang superior atau warna gamut yang lebih besar dan pada tinta basis pigment. Kelemahan tinta dye based adalah lemahnya daya tahan terhadap cahaya, kelembaban, air, penyimpanan dan ketahanan diatas substrat. 2.2 Properti Tinta Inkjet Surface tension (tegangan permukaan) dan viskositas (kekentalan) suatu tinta sangat menentukan pada proses inkjet. Suatu tinta harus sangat fluid untuk melewati nozzle yang sangat kecil. Begitu juga dengan particle size (ukuran partikel), conductivity (konduktivitas), salt level (level garam) dan pH. Jika viskositas terlalu tinggi, tinta tidak bisa mengalir melalui nozzle, namun jika terlalu rendah akan bocor melalui head printer. Jika pH terlalu asam maka dapat merusakkan head printer dan komponen logam lainnya jika pH terlalu basa, maka dapat juga merusakkan head printer. Jika surface tension terlalu tinggi, droplet tinta akan terlalu kecil dan droplet tidak akan menyebar dengan baik. Jika terlalu rendah droplet akan menyebar terlalu banyak dan menyebabkan bleeding (mblobor). Jika ukuran partikel tinta terlalu besar maka tinta tidak akan dapat melewati nosel. Konduktivitas adalah parameter krusial untuk menentukan kemurnian tinta. Jika tinta mengandung sejumlah garam seperti NaCL, sejumlah garam itu akan mengendap dan menyebabkan clogging nosel. Ilustrasi pada gambar 2.2 dapat dijadikan sebagai perbandingan antara teknologi inkjet dan teknologi offset dalam hal properti tintanya. Kebutuhan tinta bergantung dari teknologi head printer dapat dilihat pada tabel 2.3.

Gambar 2.2. Perbedaan tinta inkjet dengan tinta offset

12

Properti Tinta Tinta yang dipakai

Continuous

Continuous

Binary

multiple

A;S

Viskositas (cP)

~ 1.5

SurfaceTension (µ N/m)

> 35

Ukuran Partikel Maximum (µ m)

1

Konduktivitas (µ Siemens) Salt Level Chloride(ppm)

> 500

< 100

Dod piezo

Valve jet

Office piezo

Office thermal

A ; S; HM ; UV

A;S

A ; S; HM

A;S

A;S

3-8

8 - 12

32

> 24

> 35

> 35

3

1

5

1

0.2

>1000

―

―

―

―

< 100

< 100

< 100

< 10

< 10

Tabel 2.3 Kebutuhan tinta bergantung dari teknologi head printer

2.2.2 Viskositas Viskositas adalah suatu pengukuran resistansi suatu fluida untuk berdeformasi tegangan geser. Juga dapat diartikan sebagai kekentalan atau resistansi suatu cairan untuk mengalir. Contohnya air adalah encer, viskositasnya rendah dan minyak goreng adalah kental sehingga viskositasnya lebih tinggi. 2.2.2.1 Mengukur Viskositas Viskositas dihitung dengan beberapa tipe viskometer. Ada beberapa fluida yang kekentalannya konstan terhadap laju geser (shear rate) contoh air dan ada juga yang tidak (contohnya air) konstan atau disebut fluida non newtonian(contoh cat). Terdapat 4 metode untuk mengukur viskositas dapat dilihat pada tabel 2.1 2.2.2.2 Satuan Viskositas Simbol WPAC untuk Viskositas adalah η (eta) dan viskositas dinamik adalah µ (mu). Unit SI untuk Viskositas dinamik adalah Pa.s (pascal second) yang identik dengan 1 kg.m-1.s-1. Jika suatu fluida dengan satu pa.s ditempatkan antara 2 plat, dan satu plat ditekan menyamping dengan tegangan geser sebesar 1 pascal, dia bergerak ke sebuah jarak yang sama dengan ketebalan dari lapisan antara plat di dalam 1 detik. Nama fisik untuk viskositas dinamik adalah poise dan nama ilmuwan Jean Louis Marie Poiseville. Satuan ini digunakan untuk standar ASTM sebagai centipoise (cp). Air mempunyai kekentalan 1.0020 cp (pada 20 0C). 1 P = 1 g.cm-1.s-1 Hubungan antar poise dan pascal.second adalah : 10 P = 1 kg.m-1.s-1 = 1 Pa.s 1 cP = 0.001 Pa.s = 1 m Pa.s Viskositas kinematik atau V mempunyai unit SI m2.s-1. Cgs untuk unit fisik viskositas kinematik

13

adalah stokes (disingkat s atau st), dari nama ilmuwan George Gabriel Stokes. Diekspresikan sebagai centistokes (cS atau cSt). 1 stokes = 100 centistokes centistokes = 1 mm2/s

=

1 cm2.s-1

=

0.0001 m2.s-1 1

Konversi antara viskositas dinamik dan kinematik diberikan oleh vρ = η. Catatan : parameter harus diberikan dalam unit SI tidak P, cP atau st. Contoh

: jika v = 1 st (=0.0001 m2.s-1) dan ρ = 1000 kg.m-3 maka η = vp = 0.1 kg.m-1.s-1 = 0.1 Pa.s

Kekentalan air : 8.90 x 10-4 pa.s 25 0C

atau 8.90 x 10-3 dyn.s/cm2 pada ±

2.2.3 Surface tension Surface tension (tegangan permukaan) banyak dialami dalam kehidupan sehari - hari tanpa banyak yang manyadarinya. Dia memainkan peranan penting dalam prosedur pencucian dan pembersihan seperti lubricant / pelumas pada otomotif. Satu alasan mengapa serangga water beetle tidak tenggelam adalah karena ditahan oleh surface tension. Tegangan permukaan diciptakan melalui tarik - menarik antar molekul dalam cairan. Molekul interior ditarik dengan molekul setelahnya dengan tegangan yang sama, efeknya adalah molekul molekul tadi ditarik ke semua sisi dengan gaya yang sama, sehingga gaya yang dihasilkan = 0.

Gambar 2.3 Tegangan Permukaan

Di lain sisi, jika sebuah molekul berada di permukaan suatu cairan, gaya tarik - menarik dan interior tertuju pada satu arah, dimana sisi satunya tidak ada molekul. Hasilnya gaya tertuju pada satu arah ke interior cairan. Surface tension didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menambah permukaan melalui nilai yang ditetapkan. Oleh karena itu, permukaan minimum sama dengan energi minimum. 2.2.3.1 Mengukur Tegangan Permukaan Melalui gaya tarik - menarik antara molekul - molekul dalam cairan, gelembung udara (air bubble) dalam adalah juga obyek ke gaya ini, contohnya gelembung yang terbentuk dalam sebuah cairan

14

ditekan oleh tegangan permukaan. Tekanan yang dihasilkan naik bersama dengan turunnya radiasi gelembung. Tekanan yang naik ini, dalam perbandingan dengan bagian luar gelembung, dipakai untuk mengatur tegangan permukaan. Udara dipompa melalui kapiler ke dalam cairan. Permukaan gelembung yang tercipta kemudian menurunkan radius gelembung.

Gambar 2.4 Mengukur tegangan permukaan

Saat proses ini, tekanan naik ke tekanan maksimum. Disini gelembung mempunyai radius terkecilnya. Radius ini sama dengan radius kapiler dan membentuk sebuah half sphere. Setelah melewati titik ini, gelembung kemudian pecah dari kapiler. Sekarang gelembung baru terbentuk di kapiler. Saat proses terjadi karakteristik tekanan dapat diukur dalam gelembung. Dari karakteristik tekanan ini, surface tension dapat dikalkulasi. Alat ukur yang menggunakan metode ini dinamakan bubble pressure tensiometer (gambar 2.5)

Gambar 2.5 Tensiometer

2.2.4 Konduktivitas Konduk tivitas yang dimaksud dalam tinta adalah kondukt ivitas elektrik, yaitu ukuran dari kemampuan suatu material untuk menghantarkan arus listrik. Ketika beda potensial listrik ditempatkan bersilangan dengan sebuah konduktor, dia dapat bergerak mengisi arus, memberikan kenaikan arus listrik.Konduktivitas σ didefinisikan sebagai perbandingan rapat arus dengan kuat medan listrik. Konduktivitas adalah kebalikan dari resistivitas dan mempunyai unit SI yaitu siemens per meter -1 (S.m ). Yaitu jika konduktansi antara permukaan berlawanan dari 1 meter kubik material adalah 1 siemens, maka konduktivitasnya adalah 1 siemens per meter.

Gambar 2.6 Conductivity meter

15

2.2.5 Ukuran Partikel Ukuran partikel yang terlalu besar akan menyebabkan tersumbatnya nosel pada head printer. Tiap-tiap tinta mengandung sebaran partikel dengan range ukuran yang bergantung dari produk dan pada kondisi proses. Karena polidispersitasnya beberapa metode pengukuran ukuran parikel. Metode yang sekarang digunakan misalnya : mikroskopi elektron, mikroskopi fotografis, laser, ultrasentrifugasi (sedimentasi), titrasi sabun, dan penghamburan cahaya (light scattering). Tabel 2.4 mengilustrasikan metode-metode pengukuran ukuran partikel.

Gambar 2.7 Tri-Laser Particle Size Analyzer

Gambar 2.8 pH meter digital

2.2.6 Kadar Garam Seperti telah disebutkan di atas, tinta mengandung garamgaraman , gas-gas terlarut, bahanbahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam mempengaruhi sifat fisis tinta(densitas, kompresibilitas, titik beku, temperatur dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat tetapi tidak menentukannya. Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara signifikan oleh kadar garam/salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis. Secara ideal, salinitas merupakan jumlah dari seluruh garam-g araman dalam gram pada setiap kilogram tinta. Secara praktis, untuk mengukur salinitas adalah susah, oleh karena itu penentuan harga salinitas dilakukan dengan meninjau komponen yang terpenting saja yaitu klorida (Cl). Kandungan klorida ditetapkan sebagai jumlah dalam gram ion klorida pada satu kilogram air laut jika semua halogen digantikan oleh klorida. Penetapan ini mencerminkan proses kimiawi titrasi untuk menentukan kandungan klorida. Definisi salinitas ditinjau kembali ketika tekhnik untuk menentu kan salinitas dari pengukuran konduktivitas, temperatur dan tekanan dikembangkan. Sejak tahun 1978, didefinisikan suatu satuan baru yaitu Practical Salinity Scale (Skala Salinitas Praktis) dengan simbol S, sebagai rasio dari konduktivitas. Salinitas praktis dari suatu sampel air ditetapkan sebagai rasio dari konduktivitas listrik (K) sampel air laut pada temperatur 15oC dan tekanan satu standar atmosfer terhadap larutan kalium klorida (KCl). Beberapa kimiawan menggunakan satuan "psu" dalam menuliskan harga salinitas, yang merupakan singkatan dari "practical salinity unit". Karena salinitas praktis adalah rasio, maka sebenarnya ia tidak memiliki satuan, jadi penggunaan satuan "psu" sebenarnya tidak mengandung makna apapun dan tidak diperlukan. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran konduktivitas.

16

2.2.7 Derajat Keasama n (pH) pH adalah logari tma dari resiprosal dari konsentrasi ion hidrogen atau aktifitas ion hidrogen. Hal ini berlaku hanya untuk sistem cairan dan mempunyai skala antara 0 (sangat asam) sampai 14 (sangat basa) dengan titik netral 7. pH dapat diukur dengan kertas lakmus dan untuk hasil yang lebih akurat, dapat diukur dengan pHmeter digital.

17

BAB III BAHAN PENYUSUN TINTA INKJET WATERBASED 3.1 Pendahuluan Masing-masing pabrikan tinta memiliki formula yang berbeda, namun pada dasarnya adalah sama. Tabel 3.1 di bawah ini menjelaskan komponen-komponen tinta waterbased dan dijelaskan pula komposisinya dalam prosen. Komponen

% berat

Solvent (Air)