Tekstil untuk laundry: serat, konstruksi kain, dan batas perlakuan

Di laundry sebuah hotel, operator memilih suhu cuci utama dari tabel praktik: 60 sampai 75 °C untuk seprai dan handuk katun putih, 40 sampai 60 °C untuk seprai berwarna, dan 30 sampai 40 °C untuk pakaian tamu. Tabel itu mudah dihafal, tetapi tidak menjelaskan mengapa angkanya berbeda dan tidak menolong bila datang kain di luar tabel. Jawabannya ada pada bahan kain: polimer seratnya, susunan benangnya, pewarnanya, dan lapisan pabriknya.

Batas pembahasan

Bab ini membahas serat dan kain yang lazim di laundry komersial: katun, poliester, campuran poliester-katun (polikatun), handuk terry, serta wol dan sutra yang sesekali datang sebagai pakaian tamu. Suhu, pH, dan aksi mekanik dipilih di bab kimia pembersih (Bab 6), oksidator (Bab 8), washer-extractor (Bab 10), program cuci (Bab 11), dan pengeringan (Bab 15), sedangkan kotoran yang harus dilepas dibahas di Bab 3; bab ini menetapkan seberapa jauh pilihan itu boleh bergerak sebelum kain rusak. Angka suhu tabel praktik adalah acuan proses yang dipakai hanya bila label mengizinkan; batas bahan diambil dari label perawatan dan data serat.

Serat sebagai polimer

Polimer (polymer) adalah molekul panjang yang tersusun dari satuan berulang, dan serat tekstil adalah polimer. Sifat serat ditentukan oleh jenis satuan berulang, panjang rantai, dan keteraturan susunan rantainya: daerah yang tersusun rapi disebut kristalin, dan daerah yang acak disebut amorf. Air, panas, dan bahan kimia umumnya masuk dan bekerja lebih dahulu di daerah amorf.

Untuk keperluan laundry, serat dikelompokkan menjadi tiga keluarga: selulosa, yaitu katun dan serat selulosa buatan seperti rayon viskosa, dengan satuan berulang anhidroglukosa; protein, yaitu wol (keratin) dan sutra (fibroin), dengan satuan berulang asam amino; dan sintetis, yaitu poliester, nilon, akrilik, dan elastan, yang polimernya dibuat dari bahan petrokimia.

Daya serap lembap (moisture regain) adalah massa air yang diserap serat dalam kondisi baku dibagi massa serat kering.

Katun: selulosa, air, dan panas

Katun yang sudah dimasak dan dikelantang hampir seluruhnya selulosa, sekitar 99%, dengan derajat polimerisasi rata-rata 9.000 sampai 15.000 dan sekitar 73% bagian kristalin; rantai panjang yang teratur inilah yang membuatnya kuat. Rayon viskosa hanya berderajat polimerisasi 250 sampai 650 dengan kristalinitas sekitar 60%.

Katun termasuk sedikit serat yang menguat ketika basah: kekuatan keringnya 27 sampai 45 g/tex dan basahnya 30 sampai 54 g/tex, sedangkan rayon turun dari 22 sampai 27 g/tex menjadi 10 sampai 14 g/tex. Penjelasan yang lazim dalam ilmu tekstil adalah bahwa air masuk ke daerah amorf dan membuat rantai lebih mudah membagi beban. Karena itu katun menerima aksi mekanik kuat dalam keadaan basah, sedangkan rayon dan campurannya perlu aksi lebih ringan. Penggembungan katun oleh air membantu larutan cuci mencapai kotoran dan menjadi dasar penyusutan.

Katun bukan polimer termoplastik, sehingga tidak meleleh. Paparan panas kering lama di atas 149 °C membuatnya terurai perlahan, dan di atas 246 °C kerusakannya cepat. Batas ini relevan bagi pengering dan penyimpanan panas, bukan bagi kontak setrika yang singkat atau air cuci yang mendidih pada 100 °C; suhu cuci katun dibatasi pewarna, finishing, dan serat campurannya.

Oksiselulosa (oxycellulose) adalah selulosa yang teroksidasi: rantainya terputus dan gugus asamnya bertambah. Oksidasi adalah kelemahan kimia katun: pemutih hidrogen peroksida yang terurai secara katalitik oleh logam berat, misalnya jejak besi dari karat pipa air atau uap, dapat menurunkan kekuatan secara nyata sampai terbentuk lubang. Karena itu, lubang kecil pada linen putih setelah pemutihan patut diperiksa lebih dahulu terhadap logam di air atau di mesin, sebelum kain disebut "sudah tua".

Poliester dan serat sintetis

Polimer termoplastik (thermoplastic polymer) adalah polimer yang melunak bila dipanaskan dan mengeras kembali bila didinginkan; poliester tekstil, polietilena tereftalat (PET), termasuk golongan ini. Suhu transisi gelas (glass transition temperature, $T_g$) adalah suhu di sekitar mana polimer berubah dari kaku menjadi lebih lentur. Untuk PET, $T_g$ berada di antara 69 °C dan 85 °C, tergantung jenisnya.

Rentang itu tepat di rentang suhu cuci panas. Di atas $T_g$, rantai di daerah amorf bergerak dan kain mudah mengikuti lipatan di drum; bila kain lalu didinginkan mendadak, misalnya dibilas air dingin langsung atau diperas cepat saat masih panas, lipatan itu terkunci. Kain poliester sangat peka terhadap kerutan akibat kejut termal ini, dan kerutannya sangat sulit dihilangkan.

Batas kerjanya dapat diukur. Pendinginan dilakukan bertahap sampai di bawah 60 °C sebelum peras atau bilas dingin, dengan laju penurunan tidak lebih dari 6 °C per menit. Muatan dikurangi 25 sampai 50% di bawah kapasitas nominal, atau diisi sekitar 50 sampai 75% kapasitas, untuk mencegah kerutan tekanan, dan peras kecepatan tinggi dibatasi sekitar satu menit. Pada pengering, udara buang untuk poliester murni dibatasi 80 °C, dengan pendinginan di drum yang berputar sebelum mesin berhenti. Inilah dasar teknis bilasan bertahap (step-down rinse): yang dicegah adalah lipatan permanen pada poliester dan polikatun.

Poliester juga oleofilik (oleophilic), artinya cenderung menyukai minyak. Karena hampir tidak menyerap air, permukaannya mudah mengikat kotoran berminyak dan sangat rentan terhadap redeposisi, sehingga poliester sebaiknya dicuci terpisah dari beban yang sangat berminyak dan dari barang katun, agar serat lepas tidak menempel.

PET dapat dihidrolisis oleh alkali kuat, reaksi yang dipakai pabrik untuk mengurangi bobot dan melembutkan kain. Hidrolisis berlangsung di permukaan dan meninggalkan kawah kecil, karena ion hidroksida sulit berdifusi ke dalam polimer yang hidrofobik dan rapat. Proses industri memakai natrium atau kalium hidroksida 4 sampai 20% pada 130 sampai 140 °C selama satu sampai dua jam; hidrolisis pada 80 °C dalam 10 menit juga dilaporkan, tetapi dengan natrium hidroksida sekitar 1,5 mol/L dan akselerator surfaktan kationik. Cuci utama jauh lebih lunak (Latihan 3), tetapi pencucian berulang pada pH dan suhu tinggi tetap paparan kumulatif; formula beralkali tinggi sebaiknya dihindari.

Serat sintetis lain punya kepekaan khusus: nilon peka terhadap oksidator dan asam, dan elastan, serat elastis dalam kain melar, cepat kehilangan kelenturannya oleh klorin dan panas.

Wol dan sutra: serat protein

Wol terutama terdiri atas keratin, dengan sekitar 2 sampai 3% lipid. Permukaannya ditutupi sisik kutikula yang bertumpuk seperti genting, dan bagian dalamnya berupa korteks. Rantai keratin diikat silang oleh ikatan disulfida (sistina) antara residu sisteina, dan ikatan ini dapat diubah oleh panas atau perlakuan kimia.

Pengempaan (felting) adalah penyusutan dan penebalan permanen kain wol karena seratnya saling mengunci. Penyebabnya sisik kutikula: serat wol basah yang digerakkan bergeser lebih mudah ke satu arah daripada ke arah lain. Air, pelumas, terutama suasana basa seperti larutan sabun, dan agitasi mekanik memicu pengempaan basah. Karena itu simbol cuci wol biasanya memakai dua garis di bawah bak, yang berarti proses sangat ringan. Wol tahan cuci mesin (superwash) sudah diolah pabrik dengan mengikis sisik atau melapisinya dengan polimer.

Sebagai protein, wol dan sutra juga rusak oleh alkali kuat, klorin, dan enzim protease. Deterjen berenzim yang efektif untuk noda organik pada katun tidak dianjurkan untuk wol dan sutra, dan mekanismenya ada di Bab 7 tentang enzim.

Konstruksi kain dan penyusutan

Kain tenun (woven fabric) adalah kain dari dua set benang yang saling menyilang tegak lurus, sehingga bentuknya stabil. Kain rajut (knitted fabric) adalah kain dari jeratan benang yang saling mengait, sehingga lebih elastis tetapi mudah melar dan menyusut. Handuk terry adalah kain tenun berjeratan benang (loop) di permukaan yang memperbesar luas penyerap air. Kain tenun jauh lebih stabil daripada rajut dan tidak bereaksi sehebat rajut terhadap tegangan.

Penyusutan kain katun berasal dari dua mekanisme. Penyusutan relaksasi (relaxation shrinkage) adalah susut karena tegangan yang tertanam selama proses pabrik, misalnya saat kain ditarik ketika basah, dilepaskan ketika kain dicuci. Penyusutan konsolidasi (consolidation shrinkage) adalah susut di pengering, terutama pada rajut: serat menggembung dan mengempis berulang, air terikat menjadi pelumas, dan gerakan jungkir membuat jeratan kembali ke bentuk yang lebih bulat dengan energi terendah. Susut terbesar terjadi pada kadar air kritis di bawah sekitar 20%, sehingga pengeringan berlebih sampai benar-benar kering memperbesar susut.

Besarnya penyusutan dinyatakan sebagai persentase perubahan ukuran:

$$S = \frac{L_0 - L_1}{L_0} \times 100\%$$

dengan $L_0$ ukuran sebelum cuci dan $L_1$ ukuran sesudah cuci dan kering, dalam satuan dan arah yang sama. Kain rajut dapat menyusut panjang 5 sampai 20% sebelum distabilkan pabrik, sedangkan barang jadi yang diproses dengan baik umumnya masih menyusut 4 sampai 7%. Seprai tenun lebih stabil, tetapi tetap dapat menyusut pada beberapa pencucian pertama; angka susut yang dijamin diminta dari pemasok.

Warna dan kelunturan

Pewarna terikat pada serat dengan cara yang berbeda menurut jenis serat dan pewarnanya, dan ikatan itu dapat melemah oleh suhu tinggi, pH tinggi, oksidator, dan aksi mekanik. Pewarna yang lepas membuat kain asal memudar dan menodai kain lain di beban yang sama.

Ketahanan luntur warna terhadap pencucian (colour fastness to washing) adalah ketahanan warna tekstil terhadap pencucian rumah tangga atau komersial, yang diuji dengan metode baku seperti ISO 105-C06. Uji tunggalnya mendekati satu kali pencucian, sedangkan uji ganda dapat mendekati sampai lima kali pencucian pada suhu tidak lebih dari 70 °C dengan aksi mekanik ditingkatkan. Hasilnya berlaku untuk deterjen dan sistem pemutih yang ditetapkan standar itu.

Inilah alasan sortir menurut warna dan suhu linen berwarna yang lebih rendah dalam tabel praktik. Jenis pemutih yang diizinkan ditentukan simbol segitiga pada label. Dalam praktik laundry, pemutih klorin dibatasi pada kain putih berserat selulosa yang bersimbol segitiga kosong, dan kain berwarna umumnya hanya diberi pemutih oksigen bila diizinkan.

Kerusakan kumulatif

Sebagian besar kerusakan linen menumpuk dari siklus ke siklus. Tiga bentuk yang paling sering muncul:

• Abrasi dan kehilangan serat. Gesekan di drum dan pengering melepaskan serat pendek, yang tampak di filter pengering dan pada kain yang makin tipis.
• Pilling adalah terbentuknya bola kecil serat (pill) di permukaan kain, dalam tiga tahap: abrasi menarik serat lepas ke permukaan menjadi lapisan bulu, serat itu terbelit menjadi bola, lalu bola lepas ketika serat penahannya putus. Serat penahan katun relatif lemah sehingga pill cepat lepas, sedangkan serat poliester pada polikatun tidak mudah putus, sehingga pill terus bertambah. Muatan dan pengeringan berlebih menambah gesekan, sehingga wajar diduga mempercepat abrasi yang memulai pilling.
• Kerusakan kimia. Oksidasi selulosa oleh pemutih, terutama bila dikatalisis logam, menurunkan kekuatan dan dapat menimbulkan lubang. Hidrolisis permukaan poliester oleh alkali panas mengikis permukaan serat.

Finishing pabrik juga aus. Lapisan anti-kusut, tahan air, tahan api, atau antibakteri dapat melemah oleh suhu, alkali, atau pemutih tertentu, sehingga kain ber-finishing khusus diperlakukan menurut label dan data pemasoknya.

Label perawatan sebagai batas maksimum

Label perawatan (care label) adalah label pada tekstil yang menyatakan perlakuan maksimum yang diizinkan. Menurut ISO 3758, label memakai lima kelompok simbol dengan urutan tetap: pencucian (bak), pemutihan (segitiga), pengeringan (persegi), penyetrikaan (setrika), dan perawatan profesional (lingkaran). GINETEX menegaskan bahwa suhu maksimum dipilih semata-mata berdasarkan label perawatan. Arti simbol utamanya menurut ISO 3758:2023:

Sebagian panduan yang mengacu edisi lama mencantumkan angka setrika 110, 150, dan 200 °C, sehingga label lama dan baru dapat berbeda sedikit.

Label adalah batas, bukan resep: perlakuan yang lebih ringan umumnya aman bagi kain, sedangkan perlakuan yang lebih berat membuat laundry kehilangan dasar bila kain rusak. Untuk linen rumah sakit, batas label harus masih memungkinkan disinfeksi termal atau kimia, dan syarat ini dinyatakan dalam spesifikasi pembelian. Untuk linen yang dibeli dalam jumlah besar, laundry sebaiknya meminta spesifikasi pemasok, yaitu komposisi serat, suhu cuci maksimum, pemutih yang diizinkan, penyusutan yang dijamin, dan ketahanan warna, sebagai masukan sortir dan desain program di Bab 12.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: menurunkan suhu tanpa kejut termal. Beban polikatun dicuci pada 75 °C dengan 200 L air di drum. Sebelum peras, suhu harus turun ke 58 °C, di bawah batas 60 °C, dengan laju tidak lebih dari 6 °C per menit, memakai air dingin 25 °C. Bila panas linen dan drum diabaikan, seluruh air tertahan di drum, dan massa air dalam kilogram sama dengan volumenya dalam liter, neraca kalor air (Bab 10 · Fisika tentang kalor) memberi, dengan $T$ dalam °C:

$$T_{campur} = \frac{m_1 T_1 + m_2 T_2}{m_1 + m_2}, \qquad m_2 = m_1 \times \frac{T_1 - T_{campur}}{T_{campur} - T_2} = 200 \times \frac{17}{33} \approx 103\ \text{kg}$$

Jadi diperlukan sekitar 103 L air dingin, dan volume akhir sekitar 303 L; level maksimum mesin diperiksa lebih dahulu. Dengan debit tetap $q$ (L/menit) dan volume $V$ (L), laju pendinginan terbesar terjadi di awal:

$$\left(\frac{dT}{dt}\right)_{awal} = \frac{q\,(T_1 - T_2)}{V}$$

Debit paling tinggi $q = 6 \times 200/(75 - 25) = 24$ L/menit, sehingga 103 L memerlukan sekitar $103/24 \approx 4{,}3$ menit; angka $17/6 \approx 2{,}8$ menit hanya batas teoretis bila debit dinaikkan bertahap. Linen dan drum melepaskan panas ke air, sehingga suhu diukur di air proses, dan peras dimulai setelah pembacaan mencapai target, bukan setelah volume hitungan tercapai.

Contoh 2: langkah pendinginan jaket koki. Program jaket koki poliester-katun di laundry hotel menurunkan suhu dari 70 °C ke 52 °C dalam 2 menit, lalu memeras kecepatan tinggi selama 3 menit. Laju rata-ratanya $(70 - 52)/2 = 9$ °C/menit, melampaui batas 6 °C per menit, padahal laju awalnya lebih tinggi lagi; penurunan 18 °C perlu sekurang-kurangnya 3 menit, dan dengan debit tetap lebih lama. Program diubah: debit air dingin dibatasi, peras dimulai setelah suhu terukur di bawah 60 °C, dan peras kecepatan tinggi dibatasi sekitar satu menit.

Contoh 3: membagi muatan seprai polikatun di laundry hotel. Ada 80 kg seprai polikatun untuk mesin berkapasitas nominal 60 kg. Batas isi untuk poliester:

$$0{,}50 \times 60 = 30\ \text{kg} \le m_\text{muatan} \le 0{,}75 \times 60 = 45\ \text{kg}$$

Dua muatan 40 kg, sekitar 67 persen, berada di dalam rentang. Tiga muatan sekitar 26,7 kg membuat mesin berjalan di bawah setengah isi; Bab 10 tentang washer-extractor mencatat satu mesin 60 kg memakai sekitar 14,8 L/kg pada setengah muatan dibanding 8,1 L/kg pada muatan penuh, sehingga dua muatan 40 kg lebih tepat.

Contoh 4: suhu pengering baju kerja poliester rumah sakit. Baju kerja poliester murni sebuah rumah sakit berlabel pengering satu titik, sedangkan pengering disetel dengan udara buang 75 °C. Batas poliester murni 80 °C, label satu titik 60 °C, dan yang berlaku adalah yang lebih ketat:

$$T_\text{buang} \le \min(80, 60) = 60\ ^\circ\text{C}$$

Setelan 75 °C melebihi batas label 15 °C, sehingga program kelompok itu diturunkan, dan pendinginan di drum yang berputar tetap dijalankan sebelum mesin berhenti. Handuk katun berlabel dua titik yang ikut dalam beban pun mengikuti batas 60 °C.

Contoh 5: penyusutan seprai. Seprai katun baru 240 cm kali 280 cm menjadi 233 cm kali 266 cm setelah tiga kali cuci dan kering. Penyusutan lebar $(240 - 233)/240 \times 100\% \approx 2{,}9\%$ dan panjang $(280 - 266)/280 \times 100\% = 5{,}0\%$. Luas turun dari $2{,}40 \times 2{,}80 = 6{,}72$ m² menjadi $2{,}33 \times 2{,}66 \approx 6{,}20$ m², sekitar 7,8%, mendekati jumlah kedua persentase karena $(1 - 0{,}029)(1 - 0{,}050) \approx 0{,}922$. Susut 5% pada panjang dapat membuat seprai tidak lagi menutup kasur; jalan keluarnya bukan menurunkan mutu cuci, tetapi memperhitungkan data susut pemasok saat membeli dan menghentikan pengeringan sebelum kain terlalu kering.

Contoh 6: ukuran beli seprai rumah sakit. Kasur ruang rawat sebuah rumah sakit memerlukan seprai dengan panjang jadi sekurang-kurangnya 260 cm. Dari $L_1 = L_0 (1 - S)$:

$$L_0 = \frac{L_1}{1 - S} = \frac{260}{1 - 0{,}07} \approx 280\ \text{cm}$$

Angka 7 persen adalah batas atas susut barang jadi katun, dipakai sebagai anggapan aman sampai pemasok memberi angka. Bila pemasok menjamin susut paling banyak 5 persen, ukuran beli cukup sekitar 274 cm, asalkan pengeringan dihentikan sebelum kain terlalu kering.

Kondisi berhenti

Bahaya langsung bab ini terbatas pada air proses panas saat suhu diukur dan pada bahan pemutih yang disebut sebagai penyebab kerusakan; APD dan kondisi berhenti untuk keduanya mengikuti Bab 10 tentang washer-extractor dan Bab 8 tentang oksidator. Kerusakan serat dan kelunturan warna tidak dapat dipulihkan, sehingga pada keadaan berikut kain tidak diproses lebih lanjut sampai pihak yang disebut di butir itu memutuskan.

1. Pemutih, pelarut, atau suhu yang lebih tinggi hendak diuji pada kain pelanggan tanpa uji di bagian tersembunyi dan tanpa izin pemilik kain. Perlakuan itu tidak diuji; keputusannya ada pada pemilik kain (uji tersembunyi ada di Bab 13).
2. Wol atau sutra ada dalam muatan program linen umum yang memakai pH 11 sampai 12, pemutih, atau enzim protease. Di laundry komersial wol dan sutra tidak boleh masuk ke program itu; pengawas mengeluarkannya sebelum program berjalan.
3. Program melampaui salah satu simbol label, atau label tidak memuat simbol untuk perlakuan yang akan diberikan. Izin yang tidak tertulis tidak diasumsikan, enzim protease dihindari selama komposisi kain berlabel dua garis belum diketahui, dan pengawas menetapkan program yang tidak melampaui label.
4. Lubang kecil atau penurunan kekuatan muncul pada linen katun putih setelah pemutihan peroksida. Pemutihan berikut di mesin itu ditunda sampai penanggung jawab peralatan memeriksa logam di air masuk, saringan, dan mesin, serta memverifikasi dosis pemutih.
5. Suhu air proses beban poliester atau polikatun belum terukur di bawah 60 °C. Peras dan bilas dingin belum dimulai, walaupun volume air dingin hasil hitungan sudah masuk; bila langkah program terlalu cepat, pengawas mengubahnya.
6. Setelan udara buang pengering melampaui batas label salah satu barang dalam beban, atau 80 °C untuk poliester murni. Pengawas menurunkan program ke batas paling ketat sebelum pengeringan dimulai.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 menempatkan tekstil sebagai variabel sistem laundry, dan bab ini membongkarnya menjadi sifat terukur. Neraca kalor Contoh 1 berasal dari Bab 10 · Fisika tentang kalor, dan cara pandang bahwa struktur menentukan kinerja dan kegagalan dari Bab 1 · Material tentang struktur material. Bab ini menjadi pagar bagi Bab 6 sampai Bab 15 di rak Laundry dan katalog gejala di Bab 19; logam terlarut di air yang mempercepat kerusakan oksidatif dibahas di Bab 4.

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi yang dipakai. Angka dalam soal adalah data latihan.

Referensi