Epoksida Minyak Jarak Pagar Sebagai Pemlastis Film Polivinil Klorida

49

EPOKSIDA MINYAK JARAK PAGAR SEBAGAI
PEMLASTIS FILM POLIVINIL KLORIDA

ASEP SAEFUROHMAN

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Epoksida Minyak Jarak Pagar Sebagai
Pemlastis Film Polivinil Klorida” adalah karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, September 2008

Asep Saefurohman

i

ABSTRACT
ASEP SAEFUROHMAN. Epoxidized Jatropha’s Oil as Plasticizer for Poly(vinyl)
Chloride Film. Under direction of PURWANTININGSIH SUGITA, and
SUMINAR S. ACHMADI.

The aims of this research were (1) to determine the optimum condition for
epoxidation on jatropha’s oil through variations of temperature (T) and catalyst
concentration at the same reaction time (t) of 12 hours, (2) to characterize the
epoxidized products or plasticizer by the parameters of iodine number and oxirane
number, as observed on the infrared spectra, (3) to determine the reaction order
and the activation energy using kinetics studies, (4) to find the optimum blend of
PVC and the epoxidized jatropha’s oil and in terms of tensile strength, elasticity,
and elongation of the film, and (5) to characterize the film surface. The results
showed that the optimum condition of synthesizing the plasticizer produced

oxirane number of 4.2%. On the other hand, iodine number was significantly
decreased to 2.6-15.3 times lower but the oxirane number was relatively high,
123.4-205.8 times higher than before the epoxidation. Analysis with response
surface method showed that mathematical equation model for optimization was
oxirane number of 17.8733 + 0.5498x + 1.2830y – 0.0039z – 0.1960xy – 0.004xz.
The plasticizers that were characterized by Gas Chromatography-Mass
Spectrometry showed a retention time of 14.809 corresponded to methyl cis-9.10–
epoxyoleate (MW 312). The reactions was found to be first-order and rate
constants for iodine number at temperature 50, 60, and 70 oC were 9.97 × 10-2, 3.4
× 10-2, 21.34 × 10-2, respectively. On the other hand, the rate constants for oxirane
number were 11.28 × 10-2, 4.39 × 10-2, 1.89 × 10-2. The activation energy for
iodine number and oxirane number were found to be 24.99 kcal/mol and 82.296
kcal/mol, respectively. A series of polymer blends of poly(vinyl) chloride (PVC)
and epoxidized jatropha’s oil were prepared and characterized. From tensile tests,
it was found that the tensile strength decreasing with the increasing proportion of
plasticizer. On the other hand, elongation and elasticity of the materials increased
with the increasing amount of the plasticizer. Good plasticization effects of the
PVC:epoxidized jatropha’s oil (7:3 ratio) were studied. The morphological of
PVC film was characterized by scanning electron microscope and showed that the
higher amount of plasticizers gave soft surface and more uniform pattern.

Keywords: Epoxidation, kinetics, poly(vinyl) chloride, epoxidized jatropha’s oil.
Plasticizer.

ii

RINGKASAN
ASEP SAEFUROHMAN. Epoksida Minyak Jarak Pagar sebagai Pemlastis Film
Polivinil Klorida. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA, dan
SUMINAR S. ACHMADI
Komponen penyusun plastik terdiri atas dua jenis, yaitu komponen utama
berupa polimer (resin) yang merupakan komponen terbesar dari bahan plastik dan
aditif. Aditif adalah komponen yang sangat penting pada plastik, walaupun hanya
dalam jumlah sedikit tidak lebih dari 5%. Aditif digunakan pada plastik untuk
meningkatkan sifat fungsionalnya seperti ketahanan terhadap api, kekuatan, dan
fleksibilitas. Salah satu zat aditif paling penting adalah pemlastis (plasticizer).
Pemlastis menguasai 65% dari 7.5 juta ton pasar zat aditif di dunia yang setara
dengan US$7,6 miliar. Kegunaan utama, yaitu sekitar 90%, digunakan untuk
polivinil klorida (PVC). Bahan pemlastis ditambahkan pada PVC agar tidak
bersifat kaku dan rapuh dan pemlastis terbesar yang digunakan sekarang ini
diambil dari kelompok senyawa ftalat (ester turunan dari asam ftalat). Pemlastis

jenis ftalat seperti dietilheksil adipat (DEHA), dietilheksil ftalat (DEHP), dan
dioktil ftalat (DOP) merupakan pemlastis berbahan dasar minyak bumi
(petrokimia) yang dikategorikan berbahaya dan toksik.
Dampak negatif yang ditimbulkan mendukung lahirnya pencarian bahan
alternatif sebagai substitusi pemlastis berbasis minyak bumi. Salah satu alternatif
sebagai pensubstitusi adalah pemlastis berbasis minyak nabati. Minyak nabati
memiliki keunggulan, karena dapat terurai secara alami dan mudah diperbaharui
sehingga bersifat ramah lingkungan. Salah satu bahan pemlastis berbasis minyak
nabati adalah minyak jarak pagar. Minyak jarak pagar mempunyai sifat fisik dan
kimia yang mirip dengan minyak kedelai. Kandungan asam lemak takjenuhnya
sekitar 46% yang didominasi asam takjenuh oleat. Senyawa ini berpotensi sebagai
bahan dasar untuk membentuk pemlastis kelompok epoksida. Penelitian ini
bertujuan untuk mengoptimumkan sintesis epoksida minyak jarak pagar melalui
ragam suhu (T) dan konsentrasi katalis pada waktu (t) reaksi 12 jam, mencirikan
pemlastis MJPE melalui bilangan iodin dan bilangan oksirana serta gugus fungsi
dengan FTIR, menentukan persamaan kinetika reaksinya yang meliputi penentuan
orde reaksi dan energi aktivasi (Ea), mengoptimumkan pencampuran antara PVC
dengan MJPE dan pencirian sifat reologi filmnya yang meliputi kuat tarik,
elastisitas, dan elongasi, dan mencirikan film guna melihat tekstur dan transisi
kacanya (Tg). Tahapan penelitian meliputi optimalisasi sintesis dan pencirian

pemlastis minyak terepoksidasi. Pada optimalisasi epoksidasi minyak jarak pagar
menggunakan dua peubah, yaitu suhu reaksi dan konsentrasi katalis pada waktu
reaksi tetap 12 jam. Selanjutnya penentuan nilai Ea epoksidasi dilakukan pada
kondisi konsentrasi katalis optimum, waktu reaksi 12 jam, pada ragam suhu 50,
60, dan 70 oC. Melalui pengolahan nilai bilangan iodin dan oksirana setiap suhu
didapatkan parameter kinetika, yaitu orde reaksi dan tetapan laju reaksi (k), yang
akan berguna untuk perhitungan energi aktivasi (Ea). Sementara itu aplikasi MJPE
sebagai pemlastis pada polimer PVC dilakukan dengan pencampuran PVC dan
nisbah MJPE atau pemlastis serta nisbah PVC. Hasil pencampuran ini dianalisis
sifat fisiknya meliputi uji kuat tarik, perpanjangan (elongasi), dan elastisitas. Data
sifat fisik dianalisis dengan menggunakan perangkat lunak Minitab 14.

iii

Selanjutnya dilakukan pencirian produk menggunakan SEM untuk melihat tekstur
permukaan hasil pencampuran pemlastis pada PVC dan transisi kaca (Tg)
menggunakan DSC.
Pencarian kondisi optimum dilakukan dengan terlebih dahulu mengukur
parameter kimia keadaan bahan MJP. Parameter yang diukur meliputi bilangan
iodin, bilangan oksirana, dan bilangan peroksida. Hasil pengukuran awal ketiga

parameter tersebut menghasilkan nilai bilangan iodin, 97.4625 g I2/100, oksirana
dan peroksida berturut-turut 0.0205 % dan 0.7294 eq/1000g. Sintesis epoksidasi
MJP menjadi MJPE dilakukan pada waktu tetap 12 jam, dengan ragam suhu 50,
60 dan 70 oC dan ragam konsentrasi katalis 1, 2, 3, dan 4%. Peragaman suhu dan
katalis menunjukkan nilai bilangan iodin turun seiring dengan naiknya suhu dan
konsentrasi katalis. Nilai bilangan iodin turun seiring naiknya suhu dan
konsentrasi katalis, diiringi dengan naiknya nilai bilangan oksirana. Dari hasil
pengukuran awal bilangan iodin dibandingkan dengan hasil sintesis epoksidasi
diketahui pada suhu 50 oC untuk bilangan iodin menurun 1.5–4.2 kali dari kondisi
awal. Pada suhu 60 oC bilangan iodin turun 1.8–4.23 kali dan pada suhu 70 oC
menurun 2.58–15.3 kali dari kondisi bilangan iodin awal. Sementara itu untuk
bilangan oksirana naik 58.5–107.3 kali dari kondisi bilangan oksirana sebelum
epoksidasi pada suhu 50 oC. Selanjutnya pada suhu 60 oC bilangan oksirana naik
87.8–131.7 kali dan pada suhu 70 oC naik 123.4–205.8 kali dari bilangan oksirana
sebelum epoksidasi.
Seluruh data perlakuan hasil sintesis dioptimalisasi dengan metode respons
permukaan (response surface method) menggunakan Minitab 14. Pengolahan ini
menghasilkan kurva dua-tiga dimensi yang dapat dianalisis untuk menjelaskan
pengaruh berbagai respons (suhu dan konsentrasi katalis). Penurunan bilangan
iodin terjadi dengan adanya kenaikan suhu dan bertambahnya konsentrasi katalis

pada daerah optimum dan minimum. Nilai bilangan iodin minimum akan
diperoleh pada saat suhu 50 oC dan konsentrasi katalis 1%. Nilai bilangan iodin
optimum didapatkan pada saat suhu 70 oC dan konsentrasi katalis 4% dengan nilai
bilangan iodin 7.12.
Reaksi epoksidasi optimum terjadi pada kondisi suhu 70 oC dan katalis
Amberlite IR-120 4% dalam waktu reaksi 12 jam. Pada kondisi reaksi ini
menghasilkan nilai bilangan oksirana sebesar 4.2%. Nilai bilangan iodin MJPE
turun 13–14 kali dari kondisi bilangan iodin awal, sebaliknya bilangan oksirana
MJPE meningkat 208 kali dari kondisi awal. Hal ini membuktikan telah terjadinya
reaksi epoksidasi.
Berdasarkan pengolahan dengan software Minitab 14 untuk melihat
interaksi setiap respons (suhu dan katalis) maka didapatkan hasil analisis koefisien
kuadratik yang menunjukkan bahwa model persamaan matematika untuk optimasi
ini adalah: bilangan oksirana = 17.8733 + 0.5498x + 1.2830y–0.0039z–0.1960xy –
0.004xz dengan nilai R-Sq 75.9 %. Sementara itu analisis keragaman atau Anova
menunjukkan bahwa nilai P (0.001) lebih kecil dari taraf α (5%). Oleh karena itu
dapat disimpulkan bahwa semua peubah suhu dan katalis memiliki pengaruh
nyata pada bilangan oksirana.
Ciri MJPE optimum berdasarkan FTIR menghasilkan daerah serapan C=C
pada MJP terdapat pada 1652.82 cm-1. Pada MJPE serapan ini berkurang atau

tidak terlihat lagi dengan semakin bertambahnya tingkat epoksidasi, karena ikatan
rangkap mengalami pemutusan dan mengikat oksigen untuk membentuk cincin

iv

oksirana. Terbentuknya cincin oksirana pada MJPE juga ditunjukkan oleh serapan
pada 729.24 cm-1 yang merupakan serapan khas untuk gugus fungsi epoksi.
Sementara itu pada MJPE juga terdapat serapan pada 3500 cm-1 yang
menunjukkan gugus fungsi OH dari diol.
Selanjutnya dilakukan analisis GC-MS untuk mengidentifikasi senyawa
epoksida yang terbentuk dan didapatkan bahwa pada MJPE dengan waktu retensi
14.809 menit dan luas area 4.66% terdapat senyawa metil cis-9,10–epoksioleat
dengan senyawa C19H36O3, BM=312.
Pencampuran PVC dengan pemlastis MJPE dilakukan pada keadaan fase
cair-cair menggunakan pelarut THF. Hasil uji tarik menggunakan alat Instron
ASTM-D-1822 menunjukkan bahwa pencampuran dan penambahan pemlastis
pada PVC dapat mengubah sifat fisik polimer tersebut, terlihat dari adanya
perubahan nilai kuat tarik, elastisitas, dan elongasinya. Nilai kuat tarik pada film
PVC dengan bobot molekul 62000 g/mol semakin menurun dengan bertambahnya
konsentrasi pemlastis. Sementara itu pada film PVC dengan bobot molekul 43000

g/mol juga kuat tarik turun nilai seiring kenaikan konsentrasi pemlastis. Hal ini
menunjukkan bahwa kenaikan konsentrasi pemlastis akan menurunkan nilai kuat
tarik pada film PVC. Menurunnya nilai kuat tarik pada PVC disebabkan oleh
terdifusinya pemlastis ke dalam polimer sehingga melemahkan interaksi
antarpolimer dan mencegah terbentuknya jaringan yang kaku pada polimer.
Sementara itu nilai elastisitas dan elongasi naik seiring kenaikan konsentrasi
pemlastis pada film PVC.
Selanjutnya, data uji tarik yang diperoleh diolah menggunakan perangkat
lunak Minitab 14 untuk melihat interaksi atau respons data terhadap beberapa
faktor, di antaranya ragam jumlah pemlastis dan bobot molekul PVC. Pemlastis
yang berasal dari senyawa terepoksidasi tinggi akan berinteraksi kuat dengan PVC
dan menambah kompatibilitas polimer sehingga akan berpengaruh terhadap kuat
tarik, elastisitas dan elongasi polimer.
Kenaikan konsentrasi pemlastis akan menaikan nilai elastisitas film PVC.
Pada PVC dengan bobot molekul 62000 g/mol tanpa penambahan pemlastis
(blanko) nilai elastisitas sangat kecil dan naik tajam seiring kenaikan penambahan
konsentrasi pemlastis. Kenaikan nilai elastisitas ini juga terjadi pada PVC dengan
bobot molekul 43.000 g/mol. Penambahan pemlastis pada polimer memengaruhi
kelenturan polimer dengan menurunkan sifat getas dan kaku pada polimer
sehingga menaikan elastisitas pada polimer.

Pengaruh pemlastis dan bobot molekul PVC terhadap nilai elongasi film
PVC. Nilai elongasi bertambah seiring kenaikan konsentrasi pemlastis. Elongasi
terbesar didapatkan pada saat kisaran pemlastis 3 g yang menghasilkan nilai
elongasi lebih besar 2.6. Hal ini disebabkan oleh adanya plastisasi polimer yang
disebabkan oleh penambahan pemlastis sehingga menaikan elongasi pada polimer.
Elongasi bertambah besar seiring kenaikan jumlah pemlastis yang. Selanjutnya
data keseluruhan kuat tarik, elastisitas dan elongasi diolah dengan Minitab 14
untuk mencari nilai optimum kondisi pencampuran PVC dengan pemlastis dan
nilai optimum adalah pada kondisi campuran PVC dan pemlastis 7:3.
Optimalisasi pencampuran PVC dengan pemlastis menghasilkan nilai
optimum pada kondisi PVC 7 g, pemlastis 3 g. Selanjutnya dilakukan pencirian
film PVC dengan SEM. Hasil SEM permukaan film tanpa pemlastis
memperlihatkan tekstur kasar yang berlubang. Permukaan yang tidak merata pada

v

kisi-kisinya dan tidak homogen memerangkap gelembung-gelembung udara dan
akibatnya permukaan film terlihat kisut dan berlubang. Hasil SEM permukaan
film dengan pemlastis memperlihatkan keadaan yang sebaliknya. Permukaan film
PVC yang menggunakan pemlastis memperlihatkan keseragaman tekstur yang

merata sehingga teksturnya nampak lebih halus. Hal ini dikarenakan pemlastis
mengisi kisi-kisi antarruang polimer sehingga permukaan atau tekstur film
menjadi halus, tidak kisut, dan tidak berlubang.
Nilai transisi kaca film untuk blanko PVC dengan bobot molekul 62000
g/mol setelah ditambahkan pemlastis mengalami penurunan nilai transisi kaca dari
43.6 menjadi 42.7 oC. Sementara itu untuk PVC dengan bobot molekul 43000
g/mol nilai transisi kaca turun dari 41.8 menjadi 40.9 oC. Nilai transisi kaca secara
teoretis untuk PVC adalah berkisar 81–87 oC, sedangkan hasil pengukuran film
PVC blanko pada penelitian ini nilai berkisar 40–43 oC. Hal ini disebabkan oleh
PVC komersial yang digunakan belum murni atau terkontaminasi pada proses
pembuatannya sehingga nilai Tg yang teridentifikasi berbeda.
Sementara itu susunan rantai karbon panjang yang terdapat pada pemlastis
akan menyebabkan interaksi antara polimer dengan pemlastis tidak sempurna.
Interaksi yang sempurna antara polimer dengan pemlastis akan tercapai jika
terjadi introduksi yang cukup dari gugus epoksi pada rantai belakang senyawa
diena yang menunjukkan tingkat epoksidasi yang tinggi pada pemlastis. Interaksi
yang kuat antara bahan PVC dengan pemlastis akan menurunkan nilai transisi
kaca (Tg) film hasil pencampuran PVC dengan pemlastis berdasarkan interaksi
molekular polar-polar. Hal ini disebabkan oleh kecenderungan semakin pendek
ikatan pada rantai polimer akan semakin menurunkan nilai transisi kaca film hasil
pencampuran PVC dengan pemlastis dan menunjukkan terjadinya plastisasi.
Plastisasi pada PVC oleh pemlastis akan memodifikasi sifat bahan film dan
memengaruhi suhu Tg polimer. Sementara itu, turunnya transisi kaca pada film
hasil pencampuran PVC dan pemlastis pada penelitian ini tidak terlalu banyak
disebabkan oleh konfigurasi rantai karbon pemlastis yang berasal dari MJP relatif
panjang sehingga interaksi molekular antara PVC dan pemlastis tidak besar
sehingga perbedaan nilai Tg antara blanko PVC dan hasil pencampuran PVC dan
pemlastis tidak signifikan.

vi

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2008
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
1.

2.

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencamtumkan atau menyebutkan sumber
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu
masalah
b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.

vii

EPOKSIDA MINYAK JARAK PAGAR SEBAGAI
PEMLASTIS FILM POLIVINIL KLORIDA

ASEP SAEFUROHMAN

Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Kimia

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

viii

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr.Dyah Iswantini P, M.Agr.

ix

Judul Tesis
Nama
NIM

: Epoksida Minyak Jarak Pagar Sebagai Pemlastis Film
Polivinil Klorida
: Asep Saefurohman
: G452050031

Disetujui
Komisi Pembimbing

Dr. Dra. Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua

Prof. Dr. Suminar S. Achmadi
Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Kimia

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Ir. Latifah. K. Darusman, MS. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.

Tanggal Ujian: 20 Agustus 2008

Tanggal Lulus:

x

PRAKATA
Puji syukur penulis sampaikan Kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis
ini dengan judul “ Epoksida Minyak Jarak Pagar Sebagai Pemlastis Film Polivinil
Klorida”. Penelitian ini dilakukan selama 7 bulan (September 2007-April 2008) di
Laboratorium Kimia Organik IPB. Jasa analisis instrumen diperoleh dari
Laboratorium Instrumentasi UIN Jakarta, Laboratorium Teknologi Polimer
BATAN Jakarta, Laboratorium Bahan Industri Nuklir BATAN Puspiptek
Serpong, Laboratorium Zoologi LIPI Cibinong Bogor, dan Laboratorium Uji
Polimer Pusat Penelitian Fisika, LIPI Bandung.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu Dr. Dra. Purwantiningsih
Sugita, M.S dan Prof. Dr. Suminar S. Achmadi sebagai pembimbing yang telah
dengan sabar memberikan bimbingan, arahan dan saran-saran dalam upaya
penyusunan tesis ini. Penulis sampaikan juga terima kasih kepada semua staf dan
laboran di laboratorium organik IPB (Bu Yeni, Pak Sabur) yang telah membantu
sarana dan prasarana selama penulis melakukan penelitian. Ungkapan terima
kasih juga disampaikan kepada orang tua penulis, mamih, papih, serta seluruh
keluarga (Teh Enong, A Didin, Ceceu, Adi dan Dede) atas segala doa dan kasih
sayangnya. Kepada teman-teman di pascasarjana Program Studi S-2 kimia (Tedi,
Bu Dini, Dinah) dan kost (Joko, Dwi, Rossi, Satria) penulis sampaikan terima
kasih dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu, yang telah
membantu dalam penyelesaian tesis ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, September 2008

Asep Saefurohman

xi

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pandeglang pada tanggal 27 Agustus 1978 sebagai
anak keempat dari pasangan M. Sidik dan E. Syamsiah. Pendidikan sarjana
ditempuh di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Lampung, lulus pada tahun 2003. Pada tahun 2005, penulis diterima
di Program Studi Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana IPB. Beasiswa
pendidikan pascasarjana (BPPS) diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional
Indonesia.
Penulis bekerja sebagai dosen bidang matematika dan IPA di Institut Agama
Islam Negeri (IAIN) ”Sultan Maulana Hasanudin Banten” dan staf pengajar tidak
tetap bidang IPA pada Universitas Terbuka (UT) di Serang. Selama mengikuti
program S-2, penulis menjadi anggota Himpunan Kimia Indonesia wilayah Jawa
Barat dan Banten.

xii

DAFTAR ISI

Halaman
PRAKATA ............................................................................................................. x
RIWAYAT HIDUP................................................................................................ xi
DAFTAR ISI ........................................................................................................ xii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xv
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
Latar Belakang ............................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ........................................................................................... 3
Hipotesis......................................................................................................... 3
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 4
Pemlastis ........................................................................................................ 4
Polivinil klorida (PVC) .................................................................................. 4
Epoksidasi ...................................................................................................... 6
Penentuan Nilai Energi Aktivasi (Ea) Sintesis Epoksidasi............................. 7
METODE PENELITIAN ........................................................................................ 9
Alat dan Bahan ............................................................................................. 10
Optimalisasi Sintesis dan Pencirian Pemlastis Minyak Jarak Pagar
Terepoksidasi ............................................................................................... 10
Penentuan Nilai Ea Epoksidasi ..................................................................... 10
Aplikasi MJPE sebagai Pemlastis pada Polimer PVC ................................ 10
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 12
Kondisi Optimum Reaksi Epoksidasi MJPE................................................ 12
Ciri MJPE Optimum berdasarkan FTIR dan GC-MS .................................. 17
Energi Aktivasi (Ea) ..................................................................................... 17
Campuran Optimum PVC dengan Pemlastis ............................................... 21
Ciri Film berdasarkan SEM ....................................................................... 26
Tg Film berdasarkan DSC ............................................................................. 27
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 29
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 30
LAMPIRAN .......................................................................................................... 33

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman
1 Pengaruh penambahan konsentrasi pemlastis pada plot suhu
modulus ketegaran ............................................................................................. 4
2 Reaksi pembukaan cincin oksirana .................................................................... 6
3 Hubungan antara suhu dan katalis dan bilangan iodin..................................... 13
4 Respons permukaan suhu dan katalis dan bilangan iodin ................................ 13
5 Hubungan antara suhu dan katalis dan bilangan oksirana ............................... 14
6 Respons permukaan suhu dan katalis terhadap bilangan oksirana .................. 15
7 Hubungan antara (a) bilangan iodin (b) dan bilangan oksirana terhadap
waktu ................................................................................................................ 16
8 Hubungan waktu dan ln([DBo]/[DB]) pada suhu 50, 60, dan 70 oC
untuk penentuan nilai tetapan laju reaksi (k).................................................... 19
9 Regresi hubungan antara 1/T dan ln k untuk penentuan Ea .............................. 20
10 Regresi hubungan antara 1/T dan ln k untuk penentuan Ea oksirana ............... 21
11 Hubungan antara PVC dan MJPE dan kuat tarik ............................................. 23
12 Respons permukaan PVC dan MJPE dan elastisitas........................................ 24
13 Hubungan antara PVC dan MJPE dan elongasi ............................................... 25
14 Foto SEM tekstur permukaan film tanpa pemlastis pada perbesaran 7500× ... 26
15 Foto SEM tekstur permukaan film dengan pemlastis pada perbesaran 7500× 26

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman
1 Spesifikasi PVC niaga ........................................................................................ 5
2 Hasil sintesis epoksidasi pada ragam peubah suhu (50–70 oC ) dan
katalis (1–4%) .................................................................................................. 12
3 Nilai koefisien determinasi (R2 ) iodin untuk persamaan orde reaksi .............. 18
4 Tetapan laju reaksi epoksidasi MJPE .............................................................. 19
5 Nilai koefisien determinasi (R2 ) oksirana untuk persamaan orde reaksi ......... 20
6 Tetapan laju reaksi epoksidasi MJPE untuk bilangan oksirana ...................... 20
7 Data hasil uji kuat tarik PVC dan campurannya .............................................. 22
8 Data hasil uji Tg film dengan DSC................................................................... 27

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
1 Penentuan bilangan oksirana (AOAC 1999) ................................................... 34
Bilangan iodin (AOAC 1999) ......................................................................... 34
Bilangan peroksida (AOAC 1999) .................................................................. 35
Uji Tarik .......................................................................................................... 35
2 Bagan alir penelitian ....................................................................................... 37
3 Data optimalisasi sintesis jarak pagar terepoksidasi (MJPE) .......................... 38
4 Perhitungan teoretis faktor konversi ............................................................... 38
5 Hasil kondisi optimum reaksi epoksidasi menggunakan Minitab 14.............. 38
6 Hasil uji koefisien kuadratik untuk bilangan oksirana .................................... 39
7 Hasil uji Anova untuk bilangan oksirana ........................................................ 39
8 Spektrum FTIR MJP dan MJPE...................................................................... 39
9 Analisis gugus fungsi MJP dan MJPE dengan FTIR ..................................... 40
10 Analisis MJPE dengan GC-MS....................................................................... 40
11 Data untuk penentuan orde reaksi epoksidasi pada suhu 50, 60, 70 oC .......... 41
12 Kurva regresi penentuan orde reaksi epoksidasi pada suhu 50, 60, 70 oC ...... 41
13 Data untuk penentuan tetapan laju reaksi (k) pada suhu 50, 60, 70 oC ........... 42
14 Penentuan nilai tetapan laju (k) dan energi aktivasi (Ea) ................................ 42
15 Data untuk penentuan orde reaksi epoksidasi pada suhu 50, 60, 70 oC
(bilangan oksirana) ......................................................................................... 42
16 Data untuk penentuan tetapan laju reaksi (k) pada suhu 50, 60, 70 oC
(bilangan oksirana) .......................................................................................... 43
17 Kurva regresi penentuan orde reaksi epoksidasi pada suhu 50, 60, 70 oC
(bilangan oksirana) .......................................................................................... 43
18 Penentuan nilai tetapan laju (k) dan energi aktivasi (Ea) dari nilai oksirana .. 43
19 Data hasil uji tarik ........................................................................................... 44
20 Data hasil hitung kuat tarik, elastisitas, dan elongasi...................................... 45
21 Respons permukaan PVC dan MJPE terhadap kuat tarik ............................... 45
22 Respons permukaan PVC dan MJPE terhadap elastisitas ............................... 46
23 Respons permukaan PVC dan MJPE terhadap elongasi ................................. 46
24 Hasil uji koefisien kuadratik Minitab 14 untuk kuat tarik .............................. 46
25 Hasil uji koefisien kuadratik Minitab 14 untuk elongasi ................................ 46
26 Hasil pengukuran DSC (a) PVC 43000 g/mol blanko dan (b) 43000 g/mol +
pemlastis.......................................................................................................... 47
27 Hasil pengukuran DSC (a) PVC 62000 g/mol blanko dan (b) PVC 62000
g/mol + pemlastis ............................................................................................ 47

xvi

1

Pendahuluan
Plastik merupakan salah satu bahan yang banyak digunakan untuk peralatan
rumah tangga, bahan kemasan, peralatan medis, dan sebagainya. Selama pelita V
kebutuhan plastik di Indonesia tidak kurang dari 22 ribu ton untuk jenis kantong
plastik saja (Sumule & Suwahyono 2005). Tahun 1999 sampai 2003 industri
berbahan baku plastik di Indonesia tumbuh rata-rata 10% per tahunnya. Kapasitas
produksi termoplastik di Indonesia sampai dengan tahun 2003 mencapai sekitar
1.9 juta ton. Proyeksi produksi plastik PVC resin sampai tahun 2008 di Indonesia
diperkirakan dapat mencapai 592 ribu ton. Makin banyak penggunaan produk
plastik di masyarakat, semakin banyak pula industri dan bahan baku untuk
pembuatannya (Hira 2006).
Komponen penyusun plastik terdiri atas dua jenis, yaitu komponen utama
berupa polimer (resin) yang merupakan komponen terbesar dari bahan plastik dan
aditif. Aditif adalah komponen yang sangat penting pada plastik, walaupun hanya
dalam jumlah sedikit tidak lebih dari 5%. Aditif digunakan pada plastik untuk
meningkatkan sifat fungsionalnya seperti ketahanan terhadap api, kekuatan, dan
fleksibilitas.
Salah satu zat aditif paling penting adalah pemlastis (plasticizer). Pemlastis
dapat menjadikan plastik lebih lentur dan tahan lama. Pemlastis menguasai 65%
dari 7.5 juta ton pasar zat aditif di dunia yang setara dengan US$7.6 miliar.
Kegunaan utama, yaitu sekitar 90%, adalah untuk polivinil klorida (PVC). PVC
ialah polimer yang digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pelapis, pipa, bahan
konstruksi, dan botol plastik. Pemlastis menjadikan PVC lebih halus dan lentur,
ditambahkan sebanding dengan tingkat kelenturan yang diinginkan. Pasar untuk
PVC terus berkembang dan diperkirakan mencapai 8% per tahun untuk semua
aplikasi seperti bahan konstruksi, dan botol plastik (Cavanaugh 1995). Selama
lebih dari dua dasawarsa, PVC banyak digunakan karena sifatnya yang tahan akan
korosi, merupakan isolator yang baik, mudah dibersihkan, dapat didaur ulang, dan
dapat digunakan baik dalam bentuk kaku maupun elastis. PVC juga digunakan
untuk pengemas makanan seperti plastik lemas atau bening dalam bentuk busa
(misalnya kemasan mi instan gelas), sebagai pembungkus buah, dan peralatan

2

medis seperti pengemas untuk darah dan tabung darah, sarung tangan, dan kateter
(Prasetyo 2002).
Bahan pemlastis ditambahkan pada PVC agar tidak bersifat kaku dan rapuh.
Pemlastis terbesar yang digunakan sekarang ini diambil dari kelompok senyawa
ftalat (ester turunan dari asam ftalat). Pemlastis lainnya yang juga sering
digunakan adalah dietilheksil adipat (DEHA), bifenil poliklorin (PCB), dan
dietilheksil ftalat (DEHP) (Sheftel 2000). PVC yang menggunakan pemlastis jenis
DEHA, berdasarkan penelitian di Amerika Serikat, dapat mengontaminasi
makanan dengan mengeluarkan bahan pemlastis ini ke dalam makanan. Pada
tahun 1998, di Amerika Serikat pernah ditemukan DEHA pada keju yang
dibungkus dengan plastik PVC. Berdasarkan data kajian yang dilakukan terhadap
hewan coba tikus, DEHA dapat mengganggu sistem reproduksi, menyebabkan
janin cacat, dan dapat mengakibatkan kanker (Awang 1999). Selain DEHA,
DEHP juga umum digunakan dalam PVC sebagai pemlastis. DEHP juga
berbahaya karena dapat bermigrasi dari permukaan bahan masuk ke lingkungan
dan akhirnya dapat kontak dengan pasien sehingga membahayakan kesehatan.
Metcalf et al. (1973) juga melaporkan bahwa DEHP ditemukan sebagai polutan di
dalam sistem perairan. Hasil uji in vitro terhadap larva nyamuk Physa snail dan
mosquito fish (Gambusia affinis) menunjukkan bahwa DEHP berturut-turut
sebanyak 35.52 dan 18.30 ppm, menghambat sistem metabolisme (James et al.
1975).
Pemlastis jenis ftalat seperti DEHA, DEHP, dan dioktil ftalat (DOP)
merupakan

pemlastis

berbahan

dasar

minyak

bumi

(petrokimia)

yang

dikategorikan berbahaya dan toksik. Dampak negatif yang ditimbulkan
mendukung lahirnya pencarian bahan alternatif sebagai substitusi pemlastis
berbasis minyak bumi. Salah satu alternatif sebagai pensubstitusi adalah pemlastis
berbasis minyak nabati. Minyak nabati memiliki keunggulan, karena dapat terurai
secara alami dan mudah diperbaharui sehingga ramah lingkungan.
Saat ini, minyak nabati yang digunakan dalam industri pemlastis masih
didominasi oleh minyak biji bunga matahari, minyak kelapa sawit, dan minyak
kedelai (Hazimah et al. 2000). Potensi pasar pemlastis berbahan baku minyak
nabati dapat mencapai 50 ribu ton (Priyde & Rothfus 1999) per tahun. Pemlastis

3

berbasis minyak kedelai, yaitu epoxidized soybean oil (ESO), kini menguasai
pasar pemlastis dunia sekitar 43%, sedangkan pemlastis dari minyak bunga
matahari sekitar 9% (Hill 2000). Minyak jarak pagar mempunyai sifat fisik dan
kimia yang mirip dengan minyak kedelai. Kandungan asam lemak takjenuhnya
sekitar 46% yang didominasi oleh asam takjenuh oleat. Karena itu, senyawa ini
berpotensi sebagai bahan dasar untuk membentuk pemlastis kelompok epoksida.
Epoksidasi minyak jarak pagar (MJP) dilakukan dengan penambahan H2O2
sebagai oksidator dan Amberlite R-120 sebagai katalis. Metode ini pernah
digunakan oleh Rios (2003) pada epoksidasi minyak kedelai hanya saja katalis
yang digunakan adalah H2SO4.
Pencirian minyak jarak pagar terepoksidasi (MJPE) dilakukan melalui
penentuan bilangan iodin dan bilangan oksirana. Pencirian gugus fungsi MJPE
menggunakan FTIR. Selanjutnya, MJPE diaplikasikan pada polimer PVC dengan
ragam bobot molekul polimer dan ragam konsentrasi pemlastis.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan:
1. Mengoptimumkan sintesis epoksida minyak jarak pagar melalui ragam
suhu (T) dan konsentrasi katalis pada waktu (t) reaksi 12 jam.
2. Mencirikan pemlastis MJPE melalui bilangan iodin dan bilangan oksirana
serta gugus fungsi dengan FTIR.
3. Menentukan persamaan kinetika reaksinya yang meliputi penentuan orde
reaksi dan energi aktivasi (Ea).
4. Mengoptimumkan pencampuran antara PVC dengan MJPE dan pencirian
sifat reologi filmnya yang meliputi kuat tarik, elastisitas, dan elongasi.
5. Mencirikan film guna melihat teksturnya dan Tg (suhu transisi kaca).
Hipotesis
Minyak jarak pagar dapat digunakan sebagai bahan pemlastis sintetik
melalui reaksi epoksidasi yang akan memberi sifat kelenturan, kekuatan, dan
kestabilan polimer yang tinggi.

4

TINJAUAN PUSTAKA

Pemlastis
Pemlastis merupakan zat yang berguna untuk menambah elastisitas dan
fleksibilitas polimer. Pemlastis mengisi ruang antarrantai polimer sehingga dapat
mengubah sifat plastik dari keras, getas, dan rapuh menjadi lembut, lentur, dan
tahan lama. Sebagian besar pemlastis merupakan senyawa polar yang dapat
menambah kekuatan jaringan ikat sekunder pada cincin polimer dan memperbesar
derajat kebebasan polimer yang berdampak pada elastisitas dan kelenturannya
(Grenspan & Gall 2003). Jenis-jenis pemlastis yang umum digunakan adalah (1)
ftalat, (2) adipat, (3) trimetilat, (4) maleat, (5) benzoat, (6) minyak nabati
terepoksidasi, (7) sulfonamida, (8) fosfat, (9) glikol atau polieter, (10) polimer.
Fungsi utama pemlastis adalah mengurangi modulus ketegaran polimer
pada suhu yang digunakan, dengan menurunkan suhu transisi kacanya (Tg),
sehingga akan mengubah polimer yang kaku menjadi lebih lentur dan elastis.
Pengaruh pemlastis pada modulus diilustrasikan pada Gambar 1. Penambahan
konsentrasi pemlastis dan naiknya suhu menyebabkan transisi dari modulus
ketegaran tinggi (glassy) ke modulus ketegaran rendah (rubbery). Terlihat bahwa
transisi polimer terplastisasi terjadi pada kisaran suhu lebih rendah daripada
polimer yang tidak terplastisasi.

Tanpa pemlastis

Log modulus

Tg

Dengan pemlastis +
Dengan pemlastis ++

Suhu
Gambar 1 Pengaruh penambahan konsentrasi pemlastis pada plot suhu modulus
ketegaran.
Poli(vinil klorida) (PVC)
Poli(vinil klorida) adalah salah satu polimer sintetik yang diproduksi secara
melimpah. Pada tahun 1835, Justus Von Liebig dan mahasiswanya Victor

5

Regnault mereaksikan etilena diklorida dengan alkohol menghasilkan PVC. E.
Baumann (1872) melarutkan vinil klorida dalam tabung yang disinari cahaya
matahari dan dihasilkan suatu padatan PVC. Sementara itu Klasse (1914), di
Jerman, melaporkan bahwa PVC dapat dibuat dari adisi hidrogen klorida pada
asetilena.
Selama lebih dari dua dasawarsa, sejumlah besar PVC telah digunakan
sebagai kemasan makanan dan peralatan medis. PVC merupakan bahan kedua
terbesar yang dipakai setelah polietilena sebagai kemasan. Kemasan dari bahan
PVC mencapai 7-8% dari total penjualan PVC di Amerika Serikat. Pada tahun
1992, PVC telah digunakan di seluruh Uni Eropa sebesar 5 juta ton. Aplikasi PVC
di dunia sebagai kemasan di bidang makanan secara keseluruhan sebesar 28%, di
bidang kesehatan sebesar 31%, dan 41% di bidang lainnya. Produksi terbesar
PVC sebagai kemasan makanan ialah berupa pelat film dan botol. Lapisan pelat
film PVC ini memiliki ketebalan antara 10–15 µm. (Kontominas et al. 2000).
Aplikasi yang luas dari PVC antara lain disebabkan oleh kemampuannya
dalam menerima pemlastis dalam jumlah yang bervariasi. PVC yang kurang
bersifat fleksibel biasanya mengandung aditif 5–10%, sedangkan yang bersifat
fleksibel mengandung 10–30% (Sunny et al. 2004). Aplikasi PVC didasarkan
pada sifatnya yaitu bersifat kaku, sehingga banyak digunakan sebagai pipa,
jendela, dan lainnya. Sementara itu PVC yang bersifat fleksibel banyak digunakan
sebagai pelapis lantai, film, dan pelapis kawat. PVC niaga memiliki kristalinitas
yang rendah dengan bobot molekul antara 25.000–150.000. Spesifikasi PVC niaga
ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1 Spesifikasi PVC niaga
Sifat

Kaku

Fleksibel

Ketahanan tarik

41.4–51.7

22.1–33.8

Kekakuan tarik

2.41–4.14

1.79–3.24

2–80

13–50

Pemanjangan pematah
(Fried 2005)

6

Epoksidasi

Epoksidasi merupakan reaksi pembentukan eter siklik (oksirana) dari
senyawa yang berikatan rangkap. Oksirana merupakan produk autooksidasi asamasam lemak takjenuh. Reaksi epoksidasi penting dalam sintesis bahan organik,
karena produknya yang berupa epoksida merupakan zat antara yang dapat
dikonversi menjadi beraneka ragam produk. Menurut Rios (2003), pada dasarnya
terdapat empat metode untuk menghasilkan epoksida dari ikatan rangkap pada
rantai asam lemak, yaitu (1) dengan asam perkarboksilat, (2) peroksida organik
dan anorganik, (3) halohidrin, dan (4) molekul oksigen.
Asam peroksiasetat merupakan salah satu pereaksi untuk epoksidasi
(perkarboksilat) yang dibentuk melalui interaksi antara asam asetat dan H2O2.
Reaksi ini dapat berlangsung baik dengan menggunakan hidrogen peroksida yang
berlebih (Gall & Greenspan 2003). Asam peroksiasetat dapat dibentuk terlebih
dahulu secara terpisah atau secara in situ. Reaksi epoksidasi menggunakan teknik
in situ memiliki beberapa keuntungan, antara lain mengurangi pemakaian H2O2
sehingga menghemat biaya (Swern 1982). Wood & Termini (1958) melaporkan
bahwa proses epoksidasi biasanya dilakukan pada suhu 65–75 oC. Suhu yang
lebih rendah akan memperpanjang waktu reaksi dan menurunkan efisiensi
epoksidasi.
Laju reaksi epoksidasi dapat ditingkatkan dengan penambahan H2O2, namun
penambahan H2O2 pada konsentrasi tertentu juga akan memengaruhi dan
mengurangi kestabilan cincin oksirana (Goud et al. 2006). Menurut Petrović et al.
(2001), pembukaan cincin oksirana juga dapat disebabkan oleh kelebihan pereaksi
lain seperti CH3COOH, H2O, dan ion H+. Reaksi pembukaan cincin oksirana
ditampilkan pada Gambar 2.
OH OCOCH3

CH3COOH

H2O
O
R1

C
H

C
H

R1

C C R2
H H
OH OH

R1

C
H
O

C
H

C

C R2
H2

R2
H+

R1

R2

OH OOH

H2O2

R1

C
H

C
H

R2

Gambar 2 Reaksi pembukaan cincin oksirana.

7

Penentuan Nilai Energi Aktivasi (Ea) Síntesis Epoksidasi
Energi aktivasi merupakan energi minimum yang harus dimiliki oleh
molekul pereaksi untuk menghasilkan produk atau menghasilkan tumbukan yang
efektif. Energi aktivasi merupakan jumlah energi yang harus diberikan pada
reaktan agar bereaksi satu sama lain. Ea didapatkan dengan mengalurkan log k
(tetapan laju reaksi) dengan 1/T berdasarkan persamaan Arrhenius. Energi aktivasi
diperoleh dari nilai kemiringan garis (Ea/2.303 R dengan nilai R = 8.3145 J mol1

K-1). Persamaan Arrhenius yang digunakan adalah sebagai berikut:

⎛ − Ea
k = A exp⎜
⎝ RT
E
ln k = ln A − a
R

⎞
⎟...............(1)
⎠
⎛1⎞
⎜ ⎟..........(2)
⎝T ⎠

Penentuan nilai Ea didahului dengan penentuan orde reaksi, dan tetapan laju
reaksi

epoksidasi.

Penentuan

orde

reaksi

berdasarkan

percobaan

akan

menghasilkan sejumlah data yang menunjukkan hubungan antara waktu reaksi
dan perubahan konsentrasi pereaksi. Dari data ini akan diperoleh tetapan lajunya
(k) berdasarkan orde reaksinya.
Laju reaksi epoksidasi (Petrovic et al. 2001) merupakan persamaan laju
untuk oksidasi ikatan rangkap oleh asam peroksiasetat yang dapat dituliskan
sebagai berikut:
− d [DB ] / dt = k [DB ]

n11

[PAA ]n 2 .......... .....( 3)

Keterangan: [DB] dan [PAA] adalah konsentrasi molaritas ikatan rangkap dan
asam peroksiasetat, k adalah tetapan laju.
Petrovic et al. (2001) melaporkan bahwa epoksidasi terhadap ikatan ganda
atau asam peroksiasetat pada laju tetap, k= k3 [PAA], diasumsikan kinetika
epoksidasinya adalah orde pertama sehingga persamaan laju reaksi orde pertama
pada epoksidasi dapat dituliskan sebagai berikut:
− d [DB] / dt = k [DB ]...............(4)

Persamaan (4) selanjutnya diintegrasikan sehingga akan dihasilkan persamaan
berikut:

8

ln [DB ]0 / [DB ] = kt .......... .....( 5 )

Kemiringan antara plot ln [DB]0/[DB] terhadap waktu reaksi akan menunjukkan
orde reaksi.
Penelitian mengenai penentuan Ea epoksidasi minyak nabati telah cukup
banyak dilakukan, baik dengan katalis heterogen maupun homogen (Rios 2003).
Penelitian pada ESO telah dilakukan oleh Petrovic et al. (2001) menggunakan
teknik epoksidasi in situ dalam pelarut toluena, dengan asam peroksiasetat dan
peroksiformat serta resin penukar ion sebagai katalis, yang menghasilkan Ea
sebesar 54.7 kJ/mol. Celikay et al. (2002) juga telah melakukan penelitian Ea
untuk epoksidasi pada minyak biji rami dengan menggunakan asam perasetat,
dioksirana, hidrogen peroksida, dan menghasilkan Ea sebesar 76.7 kJ/mol. Goud
et al. (2006) melaporkan Ea yang didapatkan dari epoksidasi in situ minyak
karanja (Pongamia glabra) dengan asam peroksiasetat dalam pelarut asam asetat
glasial dan H2O2, yakni sebesar 14.9 kkal/mol. Sementara itu Sugita et al. (2007)
melaporkan epoksidasi metil ester jarak pagar dengan katalis Amberlite R-120
dan menghasilkan Ea sebesar 45.43 kJ mol-1.

9

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat

yang

digunakan

terdiri atas

spektrofotometer

inframerah

transformasi Fourier (FTIR) tipe Shimadzu 8400 zul, kromatografi gasspektrometer massa (GC-MS) Shimadzu 8400, kalorimetri pemayaran diferensial
(DSC) Seiko SSC 5200H, mikroskop elektron payaran (SEM) JEOL JSM5310LV, alat uji kuat tarik Strograph-R1, komputer dengan perangkat lunak
Minitab 14, dan alat-alat kaca yang biasa dipakai di laboratorium.
Bahan yang digunakan pada penelitian antara lain minyak jarak pagar hasil
olahan dari BPPT Serpong dengan sumber biji jarak pagar dari daerah Jember,
katalis Amberlite R-120 dari Rhom & Haas (Philadelpia, AS), H2O2 35%, larutan
asam asetat-kloroform (3:2), serta PVC BM 43000 dan BM 62000 g/mol dari
Sigma Aldrich, Singapura.
Optimalisasi Sintesis dan Pencirian Pemlastis Minyak Jarak Pagar
Terepoksidasi (MJPE)

Optimalisasi epoksidasi minyak jarak pagar menggunakan dua peubah, yaitu
suhu reaksi dan konsentrasi katalis pada waktu reaksi tetap 12 jam (Sugita et al.
2007). Prosedurnya adalah sebagai berikut: larutan pertama, yakni 10 g minyak
jarak pagar yang dilarutkan dalam 0.84 g asetat glasial dan 2.5 ml toluena,
dipanaskan pada suhu 50 oC. Kemudian larutan kedua, yaitu campuran 5.78 g
H2O2 35% dengan 0.25 g (b/v) katalis Amberlite R-120, ditambahkan tetes demi
tetes pada larutan pertama sambil diaduk kuat dengan pengaduk magnet. Suhu
dijaga konstan pada 50 oC dengan terus diaduk kuat, dan reaksi dibiarkan
berlangsung selama 12 jam. Campuran dinetralkan dengan menambahkan
NaHCO3, disaring, dan diendapkan. Fase minyak dipisahkan dan kemudian dicuci
berulang kali dengan air, didekantasi, dan air yang tersisa dihilangkan dengan
pemekat vakum kuat. Sintesis yang sama dilakukan dengan ragam suhu 60, dan
70 oC dan serta konsentrasi katalis 0.5, 0.75, dan 1 g (b/v) Amberlite R-120
sehingga total terdapat 16 perlakuan (prosedur selengkapnya dapat dilihat pada
Lampiran 1). Pencirian MJPE meliputi penentuan bilangan iodin, dan bilangan
oksirana. Analisis gugus fungsi MJPE juga dilakukan menggunakan FTIR

10

(Celikay et al. 2002). Perolehan data bilangan iodin dan oksirana dioptimalisasi
dengan menggunakan perangkat lunak Minitab 14. Metode tersebut digunakan
untuk menggambarkan pengaruh ragam katalis dan suhu (T), terhadap bilangan
oksirana atau bilangan iodin.
Penentuan Nilai Ea Epoksidasi

Penentuan Ea epoksidasi dilakukan pada kondisi konsentrasi katalis
optimum, waktu reaksi 12 jam, pada ragam suhu 50, 60, dan 70 oC. Tahapan
reaksi yang dilakukan sama seperti tahap 1, tetapi reaktan yang digunakan 10 kali
lebih banyak. Untuk memantau jalannya reaksi dilakukan pengambilan cuplikan
setiap 3 jam. Cuplikan dinetralkan dan dicuci kemudian dianalisis bilangan iodin
dan oksirananya. Nilai bilangan iodin dan oksirana setiap suhu diolah untuk
mendapatkan parameter kinetika, yaitu orde reaksi dan tetapan laju reaksi (k),
yang akan berguna untuk perhitungan energi aktivasi (Ea).
Orde reaksi ditentukan dengan memasukkan data bilangan iodin atau
bilangan oksirana setiap suhu 50, 60, dan 70 oC pada kurva hubungan antara
waktu dan bilangan iodin atau bilangan oksirana. Orde reaksi ditentukan
berdasarkan tingkat kesesuaian dengan data percobaan (curve fitting method)
dengan memperhitungkan koefisien determinasi (R2) terbesar. Tetapan laju reaksi
(k) diperoleh dari kemiringan garis lurus hubungan antara waktu dan bilangan
iodin atau bilangan oksirana sesuai dengan orde reaksinya. Sementara Ea
ditentukan berdasarkan kemiringan garis dari hubungan antara 1/T (sumbu x)
terhadap ln k (sumbu y). Bagan alir optimalisasi reaksi minyak jarak pagar
terepoksidasi dan penciriannya dapat dilihat pada Lampiran 2.
Aplikasi MJPE sebagai Pemlastis pada Polimer PVC

Sebanyak 50 ml THF dimasukkan ke dalam gelas piala 100 ml yang berisi 9
g PVC berbobot molekul 62000 g/mol. Campuran diaduk sampai semua PVC
larut seluruhnya. Ke dalam campuran tersebut dimasukkan sebanyak 1 g MJPE
sambil terus diaduk sampai homogen pada suhu 25 oC. Selanjutnya campuran
dihamparkan pada pelat kaca ukuran (21×21) cm2, diratakan, dan didiamkan
selama 12 jam untuk menguapkan pelarutnya. Setelah semua pelarut menguap,
plastik PVC terbentuk. Tahapan yang sama dilakukan pada PVC berbobot

11

molekul 43000 g/mol dan ragam MJPE 2 g, dan 3 g sehingga total perlakuan
berjumlah 12. Hasil pencampuran ini dianalisis sifat fisiknya yang meliputi uji
kuat tarik, pemanjangan (elongasi), dan elastisitas. Data sifat fisik ini dianalisis
dengan menggunakan perangkat lunak Minitab 14. Produk juga dicirikan dengan
DSC untuk melihat Tg (suhu transisi kaca), dan dengan SEM untuk melihat tekstur
permukaan hasil pencampuran pemlastis MJPE pada PVC.

12

HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi Optimum Reaksi Epoksidasi MJPE

Pencarian kondisi optimum dilakukan dengan terlebih dahulu mengukur
parameter kimia keadaan bahan MJP. Parameter yang diukur meliputi bilangan
iodin, bilangan oksirana, dan bilangan peroksida dengan hasil berturut-turut
97.4625 g I2/100 g, 0.0205 % dan 0.7294 eq/1000g. Epoksidasi MJP menjadi
MJPE dilakukan pada waktu tetap 12 jam, dengan ragam suhu 50, 60 dan 70 oC
dan ragam konsentrasi katalis 1, 2, 3, dan 4%. Data Tabel 2 menunjukkan bahwa
sintesis pada ragam peubah suhu dan konsentrasi katalis menghasilkan nilai
bilangan iodin dan oksirana yang berbeda. Peragaman suhu dan katalis
menunjukkan hasil nilai bilangan iodin cenderung turun seiring dengan naiknya
suhu dan konsentrasi katalis. Nilai bilangan iodin turun seiring naiknya suhu dan
konsentrasi katalis, diiringi dengan naiknya nilai bilangan oksirana. Data
selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 3. Hasil pengukuran awal bilangan
iodin dibandingkan dengan hasil sintesis epoksidasi maka pada suhu 50 oC untuk
bilangan iodin mengalami penurunan 1.5–4.2 kali dari kondisi awal. Pada suhu 60
o

C bilangan iodin turun 1.8–4.23 kali dan pada suhu 70 oC penurunan terjadi

2.58–15.3 kali dari kondisi bilangan iodin awal. Demikian pada ragam suhu dan
katalis yang berbeda juga menghasilkan nilai bilangan oksirana yang beragam.
Pada suhu 50, 60, 70 oC nilai bilangan oksirana ini naik seiring naiknya
konsentrasi katalis. Sementara itu untuk bilangan oksirana terjadi kenaikan 58.5–
107.3 kali dari kondisi bilangan oksirana sebelum epoksidasi pada suhu 50 oC.
Selanjutnya pada suhu 60 oC terjadi kenaikan bilangan oksirana sebesar 87.8–
131.7 kali dan pada suhu 70 oC kenaikan sebesar 123.4–205.8 kali dari bilangan
oksirana sebelum epoksidasi.
Tabel 2 Hasil sintesis epoksidasi pada ragam peubah suhu (50–70 oC ) dan
katalis (1–4%)
Parameter
Bilangan iodin (g I2/100 g)
Bilangan oksirana (%)

Suhu 50 oC
63.5–23.7
1.2–2.2

Suhu 60 oC
51.3–23
1.8–2.7

Suhu 70 oC
37.7–6.4
2.53–4.22

13

Semua data pada Lampiran 3 kemudian dioptimalisasi dengan metode
res