ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 20 (2) (2017) : 95-98
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh CoO dan TiO 2 terhadap Warna Glasir Porselen ZnO
Vega Norma Rafika Putri a* , Nurul Latifah a , Yayuk Astuti a
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275
* Corresponding author: veganormarafika@gmail.com
A r t i c l e   I n f o

## A b s t r a c t
Keywords: glaze,  metal  oxide, ZnO, CoO, TiO 2
A  study  of  the  effect  of  cobalt  and  titanium  oxide  addition  on  ZnO  porcelain  glaze  to determine the effect of type and concentration of metal oxide on porcelain ceramic glazes with the principle of atomic substitution on the side of the crystal to produce color was conducted.  The  method  used  in  this  experiment  was  the  combustion  and  spray.  The samples tested were cobalt oxide glaze and titanium dioxide. Based on the experiment, it was  known  that  different  metal  oxide  produced  different  color  glaze.  The  greater  the metal oxide concentration added, the darker the color of the obtained glaze

## A b s t r a k
Kata kunci: glasir, oksida logam, ZnO, CoO, TiO 2
Telah dilakukan kajian pengaruh penambahan kobalt dan titanium oksida terhadap warna glasir porselen ZnO yang bertujuan untuk menentukan pengaruh jenis dan konsentrasi oksida logam terhadap warna glasir keramik porselen dengan prinsip pergantian atom pada sisi kristal sehingga menghasilkan warna. Metode yang digunakan dalam percobaan ini  adalah  pembakaran  dan  spray.  Sampel  yang  diuji  adalah  glasir  kobalt  oksida  dan titanium dioksida. Berdasarkan percobaan diketahui bahwa oksida logam yang berbeda akan menghasilkan  warna  glasir  yang  berbeda  pula.  Semakin  besar  konsentrasi  oksida logam yang ditambahkan maka warna glasir yang diperoleh juga semakin gelap atau jelas.

## 1. Pendahuluan
Keramik  merupakan  suatu  materi  atau  zat  yang  dibuat dari senyawa-senyawa non metal anorganik dengan cara pemanasan  dan  pendinginan.  Materi  keramik  memiliki materi yang berbentuk kristalin atau setidaknya sebagian berbentuk  kristalin.  Porselen  adalah  bahan  isolasi kelompok  keramik  yang  sangat  penting  dan  luas penggunaannya. Istilah bahan-bahan keramik digunakan  untuk  semua  bahan  anorganik  yang  dibakar pada  pembakaran  dengan  suhu  tinggi  dan  bahan  asli berubah  substansinya.  Porselen  terbuat  dari  tanah  liat china  (China clay)  yang  terdapat  di  alam dalam  bentuk aluminium  silikat,  bahan  tersebut  dicampur  kaolin, feldspar, dan kuarsa [1]
Proses pembuatan keramik porselen terdiri dari beberapa tahap,  yaitu  pemilihan  bahan  baku,  pencampuran, pembentukan, pengeringan, pembakaran, dan pengglasiran [2]. Salah satu tahap yang mempengaruhi
produk  akhir  keramik  porselen  adalah  pengglasiran. Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan  pembakaran  glasir.  Fungsi  glasir  pada porselen  adalah  untuk  menambah  keindahan,  supaya lebih  kedap  air,  dan  menambahkan  efek-efek  tertentu sesuai keinginan [3].
Glasir  merupakan  material  yang  terdiri  dari  beberapa bahan  tanah  atau  batuan  silikat  di  mana  bahan-bahan tersebut  selama  proses  pembakaran  akan  melebur  dan membentuk  lapisan  tipis  seperti  gelas  yang  melekat menjadi satu pada permukaan badan keramik [4]. Salah satu elemen penting dalam glasir porselen adalah unsur transisi [5]. Karakteristik penyerapan panjang gelombang oleh unsur-unsur terlarut dalam glasir atau partikel  inert  yang  ditambahkan  dalam  glasir  akan menghasilkan warna [6, 7]. Beberapa elemen, seperti Pb dan Zn, apabila berdiri sendiri tidak berkontribusi warna apapun, tetapi memiliki pengaruh yang cukup besar pada warna yang dihasilkan oleh ion lain. Hal ini dikarenakan
Pb  dan  Zn  dapat  menyebabkan  terjadinya  pergantian atom pada kristal atau terjadi cacat kristal yang terdapat dalam  glasir  sehingga  dapat  memberikan  warna  [8]. Beberapa  oksida  logam  dalam  glasir  yang  dapat menghasilkan  warna  antara  lain  CuO,  CoO,  MnO 2 ,  dan TiO 2 [9]. Penambahan oksida logam  tersebut  kemudian disesuaikan  dengan  jumlah  zat  (konsentrasi)  yang ditambahkan dan pemanasan yang dapat menghasilkan perbedaan warna dan struktur pada glasir [1, 10].
Proses  pengglasiran  dalam  pembuatan  porselen merupakan tahap yang penting. Oleh karena itu, studi ini akan  membahas  mengenai  pengaruh  dari  penambahan agen  pewarna  yang  berupa  oksida  logam  pada  glasir porselen agar didapatkan produk yang berkualitas tinggi.

## 2. Metode Penelitian
Bahan: Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah bahan glasir. Bahan glasir yang digunakan adalah feldspar  jelek,  kuarsa,  kalsit,  kaolin,  titanium  dioksida (TiO 2 ), zinc oksida (ZnO), dan kobalt oksida (CoO).
Alat: Alat  yang  digunakan  dalam  percobaan  ini adalah mold (cetakan gibs), kiln pembakaran (furnace), sprayer, ball mill, neraca digital, dan kompresor.

## Preparasi Formula Glasir
Preparasi  diawali  dengan  penimbangan  komponen dasar  formula  glasir  yang  meliputi  feldspar  jelek sebanyak 39.4 gram; kuarsa 13.8 gram; kalsit 15.8 gram; kaolin  4.9  gram;  titanium  dioksida  3.8  gram;  dan  zinc oksida  21.3  gram.  Kemudian  komponen  dasar  formula glasir  ditambahkan  oksida  logam  dengan  beberapa variasi konsentrasi, yaitu kobalt oksida masing-masing sebanyak 0.2 gram; 0.5 gram; dan 1 gram, serta titanium dioksida masing-masing sebanyak 3 gram; 6 gram; dan 9 gram. Setelah itu formula glasir ditambahkan 120 mL air dan digiling selama 5 menit dalam ball mill.
Pengaruh CoO dan TiO 2 terhadap Warna Glasir Porselen
Sampel  porselen  di spray  dengan  formula  glasir (kobalt  oksida  dan  titanium  dioksida)  secara  merata dengan  menggunakan  alat spray.  Sampel  porselen kemudian dibakar dalam kiln selama satu hari pada suhu 1180°C.  Keluarkan  sampel  porselen  dari  dalam kiln  dan amati perubahan warna yang terjadi.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengaruh CoO dan TiO 2 terhadap Warna Glasir Porselen
Percobaan  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  penambahan  oksida-oksida  logam  terhadap warna  glasir  porselen  ZnO.  Prinsip  dari  percobaan  ini adalah  pergantian  atom  pada  sisi  kristal  sehingga menghasilkan  warna.  Metode  yang  digunakan  dalam percobaan  ini  adalah  metode spray  dan  pembakaran. Oksida logam yang digunakan adalah kobalt oksida (CoO) dan titanium dioksida (TiO 2 ).
Percobaan ini diawali dengan melakukan penimbangan  formula  glasir.  Formula  glasir  yang digunakan  adalah  feldspar  jelek,  kaolin,  kalsit,  kuarsa,
titanium  dioksida,  zinc  oksida,  dan  oksida  logam. Komposisi  dasar  formula  glasir  yang  digunakan  dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Formula Dasar Glasir No. Bahan Baku Massa (gram) 1. Feldspar jelek 39.4 2. Kuarsa/sand 13.8 3. Kalsit 15.8 4. Kaolin 4.9 5. Titanium dioksida 3.8 6. Zinc oksida 21.3
Pada  percobaan  ini  dilakukan  variasi  oksida  logam dan variasi konsentrasi oksida logam yang ditambahkan. Variasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh oksida logam  beserta  konsentrasinya  terhadap  warna  glasir porselen. Berikut variasi konsentrasi oksida logam yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Konsentrasi Oksida Logam
No. Oksida Logam I (gram) II (gram) III (gram) 1. CoO 0.2 0.5 1 2. TiO2 3 6 9
Masing-masing formula di atas digiling dalam ball mill  dan  disemprotkan  (spray)  pada  sampel  keramik porselen yang telah dibuat. Kemudian dibakar dalam kiln pada suhu 1180ºC selama 24 jam.
Oksida  logam  yang  ditambahkan  dalam  formula  di atas berfungsi sebagai bahan pewarna glasir. Ada empat faktor utama yang dapat mempengaruhi warna glasir ini, yaitu  tanah  liat,  suasana kiln,  suhu  pembakaran, komposisi glasir, dan bahan pewarna.
Hasil  yang  diperoleh  adalah  glasir  porselen  yang ditambahkan  dengan  CoO  berwarna  biru  dengan intensitas warna yang berbeda untuk setiap konsentrasi CoO yang ditambahkan. Warna biru yang dihasilkan pada glasir porselen dengan penambahan CoO disebabkan oleh adanya  pergantian  atom  pada  sisi  kristal willemite (Zn 2 SiO 4 ).  Pada  percobaan  ini  digunakan  formula  dasar glasir ZnO di mana pada formula glasir ZnO ini terdapat kristal willemite  (Zn 2 SiO 4 )  (Gambar  1).  Ketika  oksida logam CoO ditambahkan pada formula glasir ZnO, salah satu  ion  Zn 2+ pada  struktur  kristal willemite  akan digantikan  oleh  ion  Co 2+ [6].  Pergantian  atom  pada struktur kristal willemite ini merupakan salah satu cacat kristal  jenis  cacat  titik  ( point  defect),  yaitu  impurity (ketidakmurnian)  di  mana  adanya  atom  “asing”  yang menggantikan tempat yang seharusnya diisi oleh atom. Impuritas  adalah  atom  asing  yang  hadir  pada  material. Pada  pergantian  atom  ini  terjadi  transisi  elektron  pada panjang  gelombang  460-700  nm  di  mana  panjang gelombang  tersebut  merupakan  daerah  panjang gelombang munculnya warna biru [8].
Gambar 1 Struktur molekul willemite (Zn 2 SiO 4 )
Reaksi yang terjadi pada glasir porselen ZnO dengan penambahan CoO sebagai berikut [8]:
Co 2+ + Zn 2 SiO 4 → Zn 2-x Co x SiO 4 willemite blue ceramic pigmen
Gambar 2 Glasir porselen CoO: a. CoO 0.2 gram; b. CoO 0.5 gram; c. CoO 1 gram
Gambar  2  menunjukkan  bahwa  pada  penambahan CoO  0.2 gram  intensitas  warna  biru  yang  dihasilkan sangat  kecil,  warna  biru  yang  dihasilkan  hampir  tidak tampak  (Gambar  2  a),  pada  penambahan  CoO  0.5  gram warna biru pada glasir mulai terlihat tapi masih kurang jelas (Gambar 2 b), sedangkan pada penambahan CoO 1 gram intensitas warna biru yang dihasilkan relatif tinggi, warna biru terlihat lebih jelas dibandingkan dengan yang lain  (Gambar  2  c).  Jadi,  dapat  disimpulkan  bahwa semakin  besar  konsentrasi  kobalt  yang  ditambahkan, maka warna glasir porselen yang diperoleh semakin tua atau jelas.
Glasir porselen yang ditambahkan TiO 2 memberikan warna  kuning  dengan  intensitas  yang  berbeda  untuk setiap  konsentrasi  TiO 2 yang  ditambahkan.  Warna kuning yang dihasilkan pada glasir porselen ZnO dengan penambahan  TiO 2 juga  disebabkan  oleh  adanya pergantian  atom  pada  sisi  kristal willemite  (Zn 2 SiO 4 ). Pada percobaan ini digunakan formula dasar glasir ZnO di  mana  pada  glasir  ZnO  ini  terdapat  kristal willemite (Zn 2 SiO 4 ).  Ketika  oksida  logam  TiO 2 ditambahkan  pada formula  glasir  ZnO,  salah  satu  ion  Zn 2+ pada  struktur kristal willemite  akan  digantikan  oleh  ion  Ti 4+ [11]. Pergantian  atom  pada  struktur  kristal willemite  ini
menyebabkan glasir ZnO yang ditambahkan TiO 2 menjadi berwarna  kuning  [1].  Pada  pergantian  atom  ini  terjadi transisi elektron pada panjang gelombang 420-500 nm di mana panjang gelombang tersebut merupakan daerah panjang  gelombang  munculnya  warna  kuning  [12]. Reaksi  yang  terjadi  pada  glasir  porselen  ZnO  dengan penambahan TiO 2 sebagai berikut [1]:
Ti 4+ + Zn 2 SiO 4 → Zn 2-x Ti x SiO 4 willemite yellow ceramic pigmen
Gambar 3. Glasir Porselen TiO 2 : a. TiO 2 3 gram; b. TiO 2 6 gram; c. TiO 2 9 gram
Gambar  3  menunjukkan  bahwa  pada  penambahan TiO 2 3  gram  menghasilkan  warna  kuning  kecoklatan (Gambar  3  a),  hal  ini  mungkin  disebabkan  oleh  adanya pengotor  sehingga  terdapat  warna  cokalat,  pada penambahan  TiO 2 6  gram  warna  kuning  pada  glasir terlihat  jelas,  tapi  tipis  (Gambar  3  b).  Hal  ini  mungkin disebabkan ketika pengglasiran glasir yang disemprotkan kurang rata, sedangkan pada penambahan TiO 2 9  gram  intensitas  warna  kuning  yang  dihasilkan relatif  tinggi,  warna  kuning  terlihat  lebih  jelas dibandingkan dengan yang lain (Gambar 3 c). Jadi, dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi titanium yang  ditambahkan,  maka  warna  glasir  porselen  yang diperoleh semakin tua atau jelas.
Oksida logam CoO dan TiO 2 memberikan warna yang berbeda  terhadap  warna  glasir  porselen  ZnO  sehingga dapat  disimpulkan  bahwa  oksida  logam  yang  berbeda akan menghasilkan warna glasir porselen yang berbeda pula.  Selain  itu  konsentrasi  oksida  logam  yang  berbeda juga menghasilkan warna yang berbeda di mana semakin besar  konsentrasi  oksida  logam  yang  digunakan  maka semakin tua atau jelas warna glasir yang dihasilkan.

## 4. Kesimpulan
Oksida  logam  yang  berbeda  akan  menghasilkan warna  glasir  yang  berbeda  pula  dan  semakin  besar konsentrasi  logam  oksida  yang  ditambahkan  maka warna glasir yang diperoleh juga semakin tua atau jelas.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Bekir Karasu, Servet Turan, Effects of cobalt, copper, manganese  and  titanium  oxide  additions  on  the microstructures  of  zinc  containing  soft  porcelain glazes, Journal of the European Ceramic Society, 22,
a.
b. c. a. b. c.
9, (2002) 1447-1455 https://doi.org/10.1016/S0955- 2219(01)00456-3
[2]  European  Comission,  Reference  Document  on  Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry, August 2007, 2007.
[3]  R. Casasola, J. Ma Rincón, M. Romero, Glass – ceramic glazes  for  ceramic  tiles:  a  review, Journal  of Materials  Science,  47,  2,  (2012)  553-582 http://dx/doi.org/10.1007/s10853-011-5981-y
[4] Kavanová  Mária,  Kloužková    Alexandra,  Kloužek Jaroslav,  Characterization  of  The  Interaction
Between  Glazes  and  Ceramic  Bodies, Ceramics- Silikáty, 61, 3, (2017) 267-275 http://dx.doi.org/10.13168/cs.2017.0025
[5]  T. S. Snehesh, Effect of some transition metal oxide additives  on  the  fired  properties  of  tri-  axial ceramics,  Department  of  Ceramic  Engineering, National Institute of Technology, Rourkela
[6]  Emel  Ozel,  Hilmi  Yurdakul,  Servet  Turan,  Matteo Ardit,  Giuseppe  Cruciani,  Michele  Dondi, Co-doped willemite ceramic pigments:
Technological
behaviour,  crystal  structure  and  optical  properties,
Journal  of  the  European  Ceramic  Society,  30,  16, (2010) 3319-3329
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.08.013
[7]  Hilmi  Yurdakul,  Servet  Turan,  Emel  Ozel,  The mechanism for the colour change of iron chromium black  pigments  in  glazes  through  transmission electron microscopy techniques, Dyes and Pigments, 91, 2, (2011) 126-133
https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.03.014
[8]  G. T. Chandrappa, S. Ghosh, K. C. Patil, Synthesis and
Properties of Willemite, Zn2SiO4, and M2+:Zn2SiO4 (M = Co and Ni), Journal of Materials Synthesis and Processing, 7, 5, (1999) 273-279
http://dx.doi.org/10.1023/A:1021816803246
[9]  Araceli E. Lavat, Griselda X. Gayo, In situ formation of  coloured  M(II) – doped  Zn2SiO4 – willemite  in ceramic  glazes  (M=Mn,  Co,  Ni,  Cu), Ceramics International,  40,  8,  Part  A,  (2014)  11947-11955 https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.04.031
[10] F. P. Hall, The Influence of Chemical Composition on The  Physical  Properties  Of  Glazes*, Journal  of  the American  Ceramic  Society,  13,  3,  (1930)  182-199 http://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.1930.tb16561.x
[11]  P.  Tabrizian,  B.  Eftekhari  Yekta,  M.  Kord, Crystallization  Behaviour  of  Willemite  Crystalline Glazes  in  Presence  of  NiO,  TiO2  and  Fe2O3, Transactions  of  the  Indian  Ceramic  Society,  73,  1,
(2014)
43-47
http://dx.doi.org/10.1080/0371750X.2013.868324
[12] Ralph J. Fessenden, Joan S. Fessenden, Kimia Organik
A.H. Pudjaatmaka, Erlangga, Jakarta, 1994.