Sistem Pencelupan dengan Karbon Dioksida Superkritik

Mohamad Widodo

"Water is for living, not for dyeing", demikian slogan yang dipampang di halaman depan situs web salah satu perusahaan pembuat mesin penyempurnaan tekstil terkenal di Jerman²⁶. Meski perusahaan tersebut tidak memproduksi mesin pencelupan karbon dioksida superkritik (selanjutnya cukup disebut SCO2), namun slogannya menyuarakan dengan sangat jelas pentingnya pengembangan teknologi yang menjamin keberlangsungan hidup (sustainable technology). Ini sepertinya telah menjadi semacam sikap dan pedoman dalam inovasi dan pengembangan teknologi di negara-negara maju.

SCO2 merupakan salah satu pelarut paling ramah lingkungan yang digunakan saat ini¹⁹. Efek positifnya terhadap pelestarian lingkungan dapat dirasakan mulai dari pengurangan komsumsi air secara drastik hingga penghilangan limbah industri berbahaya. Ini sekaligus membawa keuntungan ekonomi yang signifikan karena biaya air dan pengolahan air limbah dapat dihilangkan, termasuk pula biaya yang berkaitan dengan konsumsi energi untuk pengeringan.

Secara prinsip, pencelupan dengan SCO2 dalam banyak hal menyerupai "rapid dyeing" atau "beam dyeing"²¹ (lihat Gambar 2 dan Gambar 3) Benang atau kain digulung pada cone atau beam, lalu media pembawa zat warna (air atau SCO2) disirkulasikan bolak-balik melewati bahan untuk mendapatkan hasil celupan yang rata. Perbedaannya yang paling pokok di antara keduanya adalah tekanan (working pressure). Pencelupan dengan karbon dioksida superkritik membutuhkan kondisi proses dengan tekanan sangat tinggi, yaitu sekitar 200-300 bar, jauh di atas tekanan kritiknya pada 73,8 bar. Bandingkan dengan mesin-mesin pencelupan bertekanan tinggi yang pada umumnya bekerja pada tekanan 4-5 bar saja (ini setara dengan tekanan di bawah permukaan air pada kedalaman sekitar 30-40 meter). Mesin skala laboratorium yang digunakan oleh Saus dkk⁷ dirancang untuk bekerja pada tekanan dan suhu maksimum masing-masing sebesar 500 bar dan 350°C. Tekanan sebesar itu jelas membutuhkan mesin dengan bahan dan konstruksi khusus, dan ini menjadi bagian persoalan tersendiri dalam upaya mengembangkan teknologi ini hingga taraf komersial. Beberapa isu keteknikan penting yang berkaitan dengan ketebalan dinding mesin, desain pompa sirkulasi, dan pengintegrasian sistem telah dibahas oleh Hendrix²¹.

Perlu digarisbawahi di sini bahwa tekanan tinggi yang dimaksud adalah tekanan ruang dan bukan tekanan yang diberikan oleh pompa sirkulasi untuk mendorong media melewati bahan. Dengan viskositas lebih rendah daripada air, SCO2 tidak memerlukan dorongan tekanan tinggi untuk menerobos struktur konstruksi benang maupun kain. Ini juga menjelaskan mengapa pencelupan dengan SCO2 dapat diselesaikan dalam waktu jauh lebih cepat daripada pencelupan konvensional.

Satu hal yang penting untuk diperhatikan adalah pengaruh suhu dan tekanan terhadap laju pencelupan dan tingkat pewarnaan. Kenaikan suhu menyebabkan turunnya berat jenis SCO2 dan mengakibatkan berkurangnya suplai zat warna karena kelarutannya di dalam fluida juga ikut berkurang. Namun sebaliknya, laju difusi justru meningkat. Di sisi lain, kenaikan tekanan akan menaikkan berat jenis SCO2 dan kelarutan zat warna, sehingga suplai zat warna untuk serat pun bertambah besar tapi laju difusinya berkurang. Bisa diamati di sini ada persaingan efek antara kedua parameter tersebut, sehingga pengaturan keduanya untuk mendapatkan hasil yang optimal membutuhkan pemahaman memadai tentang perilaku kelarutan zat warna dispersi di dalam SCO2 dan distribusinya di dalam sistem^12-14,27.

Perbedaannya yang lain adalah hilangnya proses pengeringan. CO2 cair mempunyai entalpi penguapan rendah, sementara entalpi penguapan superkritiknya nol, sehingga hanya dengan ekspansi (mengurangi tekanan ruang) SCO2 sudah dapat dipisahkan dan dihilangkan secara tuntas dari substrat maupun zat warna²⁵. Dengan demikian, proses daur-ulang pun menjadi lebih mudah dan cepat. Berikut ini adalah tipikal proses pencelupan dengan SCO2²¹:


Berbeda dengan pencelupan konvensional, pencelupan poliester dengan SCO2 tidak membutuhkan pendispersi karena pada prinsipnya zat warna dispersi terlarut sempurna secara monomolekuler di dalam SCO2. Dengan demikian, pencucian reduksi pun dapat dihilangkan dari rangkaian proses pencelupan karena tidak ada agregat zat warna yang menempel pada permukaan serat. Ini menjadi salah satu keuntungan dan satu lagi perbedaan antara pencelupan SCO2 dan konvensional.

[ Halaman: 1 | 2 | 3 | 4 ]

Unduh Berkas

Tanya-Jawab & Diskusi