Ilmu Dasar Tentang Kaca

1. Definisi Kaca

Kaca merupakan sebuah substansi yang keras dan rapuh, serta merupakan padatan amorf. Hal ini dikarenakan bahan – bahan pembuat kaca bersifat amorf yang mana dapat meleleh dengan mudah. Kaca merupakan hasil penguraian senyawa – senyawa inorganik yang mana telah mengalami pendinginan tanpa kristalisasi. Komponen utama dari kaca adalah silika. Dalam kehidupan sehari – hari kaca digunakan sebagai cermin, insulator panas, alat – alat laboratorium, dekorasi, dan pembatas ruang.

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 memiliki sifat yaitu tahan terhadap bahan kimia, efektif sebagai isolator listrik, dapat menahan vakum. Selain memiliki sifat-sifat tersebut, kaca merupakan bahan yang rapuh dan tidak tahan terhadap benturan.

2. Unsur Unsur Pembentuk Kaca

Kaca merupakan bentuk lain dari gelas (Glass). Oksida – oksida yang digunakan untuk menyusun komposisi kaca dapat digolongkan menjadi :

1. Glass Former

Merupakan kelompok oksida pembentuk utama kaca.

2. Intermediate

Oksida yang menyebabkan kaca mempunyai sifat-sifat yang lebih spesifik, contohnya untuk menahan radiasi, menyerap UV, dan sebagainya.

3. Modifier

Oksida yang tidak menyebabkan kaca memiliki elastisitas, ketahanan suhu, tingkat kekerasan, dll.

Tabel 1 Kelompok bahan baku kaca

Glass former	Glass Intermediate	Glass modifier
B2O3	Al2O3	MgO
SiO2	Sb2O3	Li2O
GeO2	ZrO2	BaO
P2O5	TiO2	CaO
V2O5	PbO	SrO
As2O3	BeO	Na2O
	ZnO	K2

 Kombinasi dari ketiganya akan mempengaruhi karakteristik kaca saat dilakukan proses pembentukan.

3. Sifat Kaca

Sifat kaca yang penting untuk dipahami adalah sifat pada saat kaca berbentuk fasa cair dan fasa padatnya. Sifat fasa cair dari kaca digunakan dalam proses pengambangan (floating)dan pembentukan kaca, sedangkan untuk sifat fasa padat dari kaca digunakan di dalam pemakaiannya (kegunaannya). Beberapa sifat fisik dan kimia yang penting dari kaca antara lain :

1. Sifat mekanik

Tension strength atau daya tarik adalah sifat mekanik utama dari kaca.Tensile strengthmerupakan tegangan maksimum yang dialami oleh kaca sebelum terpisahnya kaca akibat adanya tarikan (fracture). Sumber fracture ini dapat muncul jika kaca mempunyai cacat di permukaan, sehingga tegangan akan terkonsentrasi pada cacat tersebut. Kekuatan dari kaca akan bertambah jika cacat di permukaan dapat dihilangkan.

2. Densitas dan Viskositas

Densitas adalah perbandingan antara massa suatu bahan dibagi dengan volumenya. Nilai densitas dari kaca adalah sekitar 2,49 g/cm³. Densitas dari kaca akan menurun seiring dengan kenaikan temperatur. Sedangkan, viskositas merupakansifat kekentalan dari suatu cairan yang diukur pada rentang temperatur tertentu. Viskositas dari kaca sekitar 4,5 x 10⁷poise. Harga viskositas dari kaca merupakan fungsi dari suhu dengan kurva eksponensial.

3. Sifat termal

Konduktivitas panas dan panas ekspansi merupakan sifat thermal yang penting dari kaca. Kedua sifat ini digunakan untuk menghitung besarnya perpindahan panas yang diterima oleh cairan kaca tersebut. Nilai dari tahanan kaca sekitar 10²⁰ – 1 Ω cm¹³.

4. Optical properties

• Refractive properties

Kaca mempunyai sifatmemantulkan cahaya yang jatuh pada permukaan kaca tersebut.Sebagian sinar dari kaca yang jatuh itu akan diserap dan sisanya akan diteruskan. Apabilacahaya dari udara melewati medium padat seperti kaca, maka kecepatan cahaya saat melewati kaca menurun. Perbandingan antara kecepatan cahaya di udara dengan kecepatan cahaya yang lewat gelas ini disebut dengan indeks bias. Nilai indeks bias untuk kaca adalah ± 1,52.

• Absorptive properties

Intensitas cahaya yang masuk ke dalam akan berkurang karena adanya penyerapansepanjang tebal kaca tersebut. Jika kaca semakin tebal, maka energi cahaya yang diserap akan semakin banyak sedangkan intensitas cahaya yang masuk melalui kaca akan semakin rendah.

5. Stabilitas kimia

Stabilitas kimia adalah ketahanan suatu bahan terhadap pengaruh zat kimia. Stabilitas kimia banyak dipengaruhi oleh bahan – bahan pembentuk kaca.

3. Bahan Baku Kaca

Ada 4 jenis bahan baku utama yang dapat digunakan untuk menghasilkan kaca, antara lain :

1. Pasir silika

Pasir silika merupakan sumber dari SiO₂. Pasir silika yang digunakan sebagai bahan baku kaca adalah pasir silika yang tidak banyak mengandung pengotor, baik dari bahan organik maupun bahan anorganik. Pasir silika berguna untuk membentuk cairan gelas yang sangat kental yang memiliki ketahanan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.

2. Dolomite (CaO.MgO.H₂O )

Dolomite digunakan sebagai sumber CaO dan MgO. Dolomite ini biasanya berupa mineral tambang berwarna putih. Penggunaan dolomite sangat penting karena dapat mempermudah peleburan (menurunkan temperatur peleburan) serta mempercepat proses pendinginan kaca.

3. Soda Ash (Na₂CO₃)

Soda Ash ini digunakan sebagai sumber Na₂O dan K₂O. Fungsi dari Na₂O adalah menurunkan titik lebur. 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 salah satu bahan baku utama dari produksi kaca. Tujuan dari penggunaan cullet ini adalah mengurangi 3 bahan baku utama di atas sehingga biaya produksi dapat semakin kecil. Komposisi kimia dari cullet sama dengan komposisi kimia kaca yang diproduksi. Selain itu, penggunaancullet ini dapat memperkecil melting point atau titik lebur dari pembuatan kaca, sehingga dapat menghemat penggunaan bahan bakar.

 Bahan baku kaca tidak hanya terdiri dari 3 bahan di atas, tapi ada juga bahan pendukung lainnya, seperti Feldspar, Calumite, Sodium Nitrate, Blue Dust, Nickel Oxide, Cobalt Oxide,Salt Cake, Nepheline dan Sodium Selenite. Feldspar digunakan sebagai sumber alumina (Al₂O₃) dan besi (Fe). Feldspar yang digunakan harus memiliki kemurnian cukup tinggi dan mudah melebur. Feldspar meleleh pada suhu 1100^oC – 1200^oC. Alumina berfungsi untuk meningkatkan elastisitas dan kekuatan kaca terhadap lingkungan, sedangkan Fe digunakan untuk memberikan bias kehijauan sehingga dapat menaikkan persen transmitan dari kaca. Sumber Al₂O₃ dan Fe dapat diperoleh juga dari Nepheline dan Blue Dust. Kaca dapat juga diwarnai dengan menambahkan oksida – oksida pewarna. Akan tetapi, bahan – bahan pewarna ini hanya digunakan sedikit sekali dalam komposisi kaca. Bahan pewarna yang digunakan untuk menghasilkan kaca berwarna hitam adalah Blue Dust, Cobalt Oxide, danNickel Oxide. Untuk menghasilkan kaca berwarna coklat digunakan bahan pewarna Blue Dust, Cobalt Oxide, Sodium Selenite. Bahan pewarna yang digunakan untuk menghasilkan kaca berwarna biru adalah Blue Dust, dan Cobalt Oxide.