21
Gambar 13. Reaktor aging dan instalasi pengaduknya
4.4 Pengaruh Suhu dan Lama Proses Aging
4.4.1 Viskositas MESA
Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan merupakan sifat fluida yang dipengaruhi oleh ukuran molekul dan gaya antar molekul. Proses penambahan gugus sulfonat pada proses sulfonasi
yang kemudian disempurnakan pada proses aging membuat MESA cenderung memiliki ukuran molekul yang lebih besar, sehingga viskositas MESA akan lebih tinggi dibandingkan dengan
metil esternya. Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara
molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir
memiliki viskositas yang tinggi. Besaran viskositas berbanding terbalik dengan perubahan temperatur. Kenaikan temperatur akan melemahkan ikatan antar molekul suatu jenis cairan
sehingga akan menurunkan nilai viskositasnya. Sulfonasi gas SO
3
terhadap bahan organik merupakan reaksi eksotermis yang melibatkan sejumlah transisi dan modifikasi sifat fisik
viskositas MESA Moretti et al. 2001. Ukuran molekul yang besar dapat menyebabkan viskositas cairan lebih tinggi
dibandingkan dengan ukuran molekul yang kecil. Menurut Takeuchi 2008 viskositas yang tinggi disebabkan adanya gaya tarik menarik antarmolekul yang besar dalam cairan, molekul
yang besar, rantai molekul yang tidak teratur, serta suhu, sehingga molekul menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi.
Pada tahapan ini, MESA yang semakin viskos kental menunjukkan tingkat konversi yang makin tinggi. Adanya penambahan gugus SO
3
pada gugus karboksil, akan mengaktivasi Cα sehingga akan mudah diserang oleh SO
3
selanjutnya. Demikian pula dengan semakin lama sulfonasi memungkinkan pengikatan SO
3
pada ikatan rangkap lain. Hal tersebut di atas menyebabkan meningkatkan konsentrasi molekul dan total solid sehingga MESA makin kental.
Viskositas MESA pasca aging berkisar antara 130.5 – 345 cP. Data viskositas MESA pasca aging
dapat dilihat pada Tabel 8.
22
Tabel 8. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap viskositas MESA Perlakuan
Viskositas cP Suhu
o
C Lama Aging menit
80 30
340.0 45
342.5 60
345.0
100 30
280.0 45
285.5 60
292.5
120 30
130.5 45
138.25 60
152.5 Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap viskositas MESA dilakukan
analisis ragam. Tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95 α = 0.05. Hasil analisis ragam
menunjukkan bahwa suhu dan lama aging tidak berpengaruh nyata terhadap viskositas MESA. Interaksi kedua perlakuan tersebut pun tidak memberikan pengaruh nyata terhadap viskositas
MESA.
4.4.2 Nilai pH MESA
Nilai pH merupakan derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu bahan. Menurut Bodner dan Pardue 1989 nilai
pH berkisar antara 0-14. Kisaran nilai pH dari 0-6 menunjukkan bahwa suatu larutan bersifat asam, sedangkan nilai pH 8-14 menunjukkan bahwa suatu larutan bersifat basa, dan larutan
dengan nilai pH 7 menunjukkan bahwa larutan bersifat netral. Koefisien pH tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan pada
perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut, bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan persetujuan internasional. Nilai pH didefinisikan
sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen Fessenden dan Fessenden 1995. Pengukuran pH MESA yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan alat pH meter
Schott Instruments handylab pH11Set. Gas SO
3
sebagai reaktan pada proses sulfonasi bersifat asam kuat, sehingga produk MESA yang dihasilkan bersifat asam. Berdasarkan hasil penelitian
diperoleh pH MESA berkisar antara 1.2 sampai 2.1. Hal ini menunjukkan bahwa MESA yang dihasilkan masih bersifat asam, yang dikarenakan MESA belum melalui tahap netralisasi pada
proses pemurnian. Data nilai pH MESA selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 9.
23
Tabel 9. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap nilai pH MESA Perlakuan
pH Suhu
o
C Lama Aging menit
80 30
1.8 45
1.6 60
1.2
100 30
1.9 45
1.7 60
1.5
120 30
2.1 45
1.95 60
1.7 Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap nilai pH MESA dilakukan
analisis ragam atau analisis varians dengan rancangan percobaan acak kelompok, dengan tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95 α = 0.05. Dari hasil analisis ragam menunjukkan bahwa
suhu dan lama aging tidak berpengaruh nyata terhadap nilai pH MESA, demikian pula dengan
interaksi suhu dan lama aging tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai pH MESA. Nilai pH MESA yang tidak berbeda nyata diduga karena faktor suhu aging dengan taraf 80
o
C, 100
o
C, dan 120
o
C dan juga lama aging dengan taraf 30, 45, dan 60 menit tidak berpengaruh nyata terhadap perubahan kandungan ion hidrogen di dalam substansi MESA. Ion hidrogen
berperan dalam sifat asam suatu senyawa. Arrhenius merumuskan zat asam adalah suatu molekul yang didalamnya mengandung setidaknya satu atom hidrogen yang dapat terdisosiasi di dalam
air Lower 1996. Produk MESA dengan kisaran nilai pH seperti tersebut diatas dikategorikan bersifat asam, hal ini karena jumlah ion hidrogen dari MESA yang terdisosiasi di dalam air lebih
banyak dibandingkan ion hidroksida OH-.
4.4.3 Densitas MESA
Densitas merupakan salah satu sifat dasar fluida yang didefinisikan sebagai hasil dari massa per satuan volume. Efek temperatur pada densitas cairan tidak dapat diabaikan karena
cairan akan meregang mengikuti perubahan temperatur. Densitas umumnya dikaitkan dengan viskositas dimana cairan lebih padat maka viskositasnya lebih tinggi, hal ini tentunya berkorelasi
dengan kandungan total padatan pada bahan. Densitas yang diukur pada penelitian ini merupakan perbandingan berat dari suatu volume
sampel pada suhu 25
o
C dengan berat air pada volume dan suhu yang sama. Data densitas MESA pasca aging dapat dilihat pada Tabel 10.
24
Tabel 10. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap densitas MESA Perlakuan
Densitas gml Suhu
o
C Lama Aging menit
80 30
1.0312 45
1.0306 60
1.0298
100 30
0.9999 45
1.0062 60
1.0026
120 30
0.9553 45
0.9549 60
0.9541 Densitas terendah diperoleh dari MESA pada taraf suhu 120
o
C dan lama aging 60 menit, dengan nilai rata-rata 0.9541 gml. Densitas tertinggi dimiliki oleh MESA pada taraf suhu 80
o
C dan lama aging 30 menit. Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa densitas MESA menunjukkan nilai
yang cenderung stabil pada satu taraf suhu yang sama, hanya saja pada taraf suhu 100
o
C densitas MESA yang dihasilkan mengalami fluktuasi mulai dari menit 30 ke menit 45 yang mengalami
kenaikan, kemudian nilai densitas kembali turun pada menit ke 60. Fluktuasi nilai densitas ini dapat menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi belum dapat
menghasilkan MESA dengan nilai densitas yang stabil. Hal ini kemungkinan dapat disebabkan karena mekanisme pembentukan MESA dalam reaktor sulfonasi selama periode tersebut belum
sempurna, belum mencapai kesetimbangan. Dalam periode tertentu, hasil reaksi masih dalam bentuk senyawa intermediet yang masih dapat mengalami restrukturisasi melepaskan gugus SO
3
yang dapat mengurangi nilai densitas. Dari Tabel 10 tersebut juga dapat dilihat bahwa ada kecenderungan semakin tinggi suhu
yang digunakan dalam proses aging, maka akan semakin kecil densitas MESA yang dihasilkan. Kenaikan suhu aging berpengaruh terhadap gaya kohesi tarik menarik antar molekul pada cairan
dimana dengan meningkatnya suhu aging akan mengurangi gaya kohesi dan meningkatkan perubahan molekul di dalamnya termasuk melemahnya ikatan C-S sehingga SO
3
terlepas yang mengakibatkan massa per satuan volume berkurang yang menyebabkan densitas menurun.
Hasil analisis ragam α=0.05 menunjukkan bahwa suhu dan lama aging tidak berpengaruh
nyata terhadap densitas MESA, begitupun dengan interaksi suhu dan lama aging yang tidak berpengaruh nyata. Hasil analisis ragam terhadap densitas MESA dapat dilihat pada Lampiran 7.
4.4.4 Bilangan Asam MESA
Bilangan asam merupakan jumlah miligram basa yang diperlukan untuk menetralisasi asam lemak bebas dalam 1 gram bahan. Basa yang digunakan dalam hal ini adalah NaOH. Produk
MESA bersifat asam karena masih mengandung campuran SO
3
, dimana gas SO
3
merupakan salah
25
satu gugus pembentuk asam kuat, sehingga banyaknya gugus SO
3
yang terikat pada suatu bahan akan meningkatkan bilangan asam.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa bilangan asam MESA jarak pagar berkisar pada 10.55
– 19.78 mg KOHg MESA. Tabel 11 menunjukkan grafik hubungan suhu dan lama proses aging terhadap bilangan asam MESA.
Tabel 11. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap bilangan asam MESA Perlakuan
Bilangan Asam mg KOHg MESA
Suhu
o
C Lama Aging menit
80 30
18.46 45
18.85 60
19.78
100 30
10.55 45
12.17 60
13.09
120 30
13.23 45
13.70 60
14.29 Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama proses aging terhadap bilangan asam dilakukan
analisis ragam dengan tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95 α = 0.05. Hasil analisis
ragam menunjukkan bahwa perlakuan suhu aging berpengaruh nyata terhadap bilangan asam MESA, sedangkan perlakuan lama aging maupun interaksi suhu dan lama aging tidak
memberikan pengaruh nyata terhadap bilangan asam MESA. Hasil analisis ragam selengkapnya disajikan pada Lampiran 8.
Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa taraf suhu aging 80
o
C berbeda nyata dengan taraf suhu 100
o
C, sedangkan taraf suhu 120
o
C menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata dengan taraf suhu 80
o
C dan 100
o
C. Dari grafik bilangan asam dapat diketahui bahwa adanya kecenderungan semakin tinggi suhu menyebabkan bilangan asam menurun. Hal ini diduga
pemanasan pada suhu tinggi menyebabkan ikatan antar molekul makin lemah sehingga SO
3
mudah terlepas, demikian pula pada suhu tinggi terjadi sedikit penggumpalan MESA dengan densitas tinggi yang kemudian mengendap pada bagian bawah reaktor.
Proses aging yang dilakukan dengan menggunakan pemanasan dan pengadukan memungkinkan terjadinya proses penyusunan ulang rearrangement molekul MESA dan
pelepasan SO
3
dari gugus karboksil, terjadinya pelepasan SO
3
yang terikat pada ikatan rangkap internal pada asam lemak, dan sisa SO
3
yang masih terdapat pada permukaan gascair akan mudah bereaksi dengan metil ester serta sisa SO
3
yang terakumulasi dari proses sulfonasi akan terlepas. Berkurangnya jumlah SO
3
yang terdapat dalam MESA menyebabkan bilangan asam menurun pula.
26
4.4.5 Bilangan Iod MESA
Bilangan iod merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk mengatur banyaknya ikatan rangkap dalam suatu bahan. Bilangan iod menunjukkan banyaknya gram iodine yang
terserap dalam 100 gram minyak atau lemak. Tinggi atau rendahnya bilangan iod tergantung pada komposisi asam lemak penyusunnya. Besarnya jumlah iod yang diserap menunjukkan bagaimana
banyaknya ikatan rangkap tidak jenuh Ketaren 1986. Banyaknya ikatan rangkap ini diukur dengan melihat berapa miligram iodine yang
diikat dalam ikatan rangkap per gram sampel AOAC 1995. Bilangan iod ini diukur untuk melihat berapa banyak ikatan rangkap dala m a sa m le ma k yang berkurang akibat bereaksi
dengan reaktan SO
3
. Bilangan iod dari MESA yang dihasilkan berkisar antara 22.48
– 38.19 mg Iodg MESA. Nilai tersebut menunjukkan adanya penurunan bilangan iod dari semula metil ester yaitu sebesar
94.917 mg Iodg minyak. Dari Gambar 14 dapat dilihat bahwa dalam setiap taraf suhu terjadi penurunan bilangan iod seiring dengan semakin lamanya waktu proses aging. Semakin
menurunnya bilangan iod, berarti semakin banyak jumlah ikatan rangkap metil ester yang diadisi oleh SO
3
yang kemudian terbentuk molekul-molekul surfaktan dengan gugus sulfonat.
Gambar 14. Grafik hubungan suhu dan lama aging dengan bilangan iod MESA Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap nilai bilangan iod MESA maka
dilakukan analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95 α = 0.05. Hasil analisis ragam
menunjukkan bahwa lama proses aging berpengaruh nyata terhadap nilai bilangan iod MESA. Interaksi antara suhu dan lama aging tidak memberikan pengaruh nyata terhadap nilai bilangan
iod MESA. Hasil uji lanjut Duncan terhadap faktor lama aging menunjukkan bahwa lama aging 45 menit dan 60 menit tidak berbeda nyata tetapi keduanya berbeda nyata dengan lama aging 30
menit. Hasil analisis ragam dan uji lanjut Duncan terhadap nilai bilangan iod MESA dapat dilihat pada Lampiran 9.
Semakin lama proses aging maka akan menurunkan bilangan iod MESA, sedangkan faktor suhu menunjukkan kecenderungan bahwa semakin tinggi suhu yang digunakan maka akan
menurunkan bilangan iod MESA. Hal ini dikarenakan proses sulfonasi yang dilanjutkan dengan proses aging akan semakin sempurna dengan peningkatan suhu reaksi. Proses yang baik akan
memperbanyak reaksi antara molekul SO
3
dengan ikatan rangkap metil ester yang berarti akan menurunkan jumlah iodine yang dapat terserap oleh surfaktan MESA yang dihasilkan.
27
Jungermann 1979 mengemukakan bahwa ikatan rangkap pada metil ester merupakan salah satu tempat terjadinya reaksi sulfonasi.
4.4.6 Kadar Bahan Aktif MESA
Kadar bahan aktif merupakan salah satu nilai mutu kinerja surfaktan. Kadar bahan aktif menunjukkan jumlah kandungan bahan aktif permukaan yang terkandung dalam surfaktan.
Semakin banyak kadar bahan aktif dalam surfaktan maka diharapkan akan semakin baik kinerja surfaktan. Berdasarkan penelitian ini kadar bahan aktif berkisar antara 5.59-14.83. Hasil
analisis kadar bahan aktif MESA dapat dilihat pada Tabel 12. Kadar bahan aktif dapat ditunjukkan dari jumlah gugus SO
3
yang terikat dalam struktur MESA. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengukur bahan aktif surfaktan adalah
dengan metode visual melalui teknik titrasi dua fasa menggunakan surfaktan kationik sebagai penitran. Semua titrasi surfaktan berdasarkan pada reaksi antagonis dimana surfaktan ionik
bereaksi dengan surfaktan yang memiliki muatan yang berlawanan untuk membentuk garam yang tidak larut air pasangan ion Matesic-Puac et al. 2005. Menurut Myers 2006 bahan aktif
pada MESA berupa gugus sulfonat yang terikat pada rantai karbon asam lemak MESA. Bahan aktif ini akan berfungsi sebagai polar head atau bahan yang lebih cenderung larut air
hidrofilik. Pada surfaktan anionik gugus ion anionik adalah bahan aktif yang diukur. Analisis kadar bahan aktif yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode
Epthone. Menurut Stache 1995 prinsip dasar dari uji ini adalah titrasi bahan aktif menggunakan cetylbipiridinum bromide, yang merupakan salah satu jenis surfaktan kationik. Indikator yang
digunakan adalah methylen blue. Campuran surfaktan dengan indikator ditambahi klroform sehingga tercipta dua fasa kloroform di bagian bawah dan fasa larutan surfaktan dan methylen
blue yang berada di bagian atas. Pada permulaan, warna biru tua berada pada lapisan kloroform, kemudian selama titrasi warna biru akan bergerak menuju lapisan cairan larutan surfaktan dalam
akuades secara perlahan. Perpindahan warna terjadi secara cepat pada akhir titrasi. Akhir titrasi dicapai ketika warna kedua lapisan memiliki intensitas yang hampir sama. Bila titrasi diteruskan
maka fasa kloroform akan menjadi lebih pucat lalu lama-kelamaan akan menjadi bening. Tabel 12. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap bahan aktif MESA
Perlakuan Bahan Aktif
Suhu
o
C Lama Aging menit
80 30
9.34 45
10.6 60
14.82
100 30
9.69 45
11.81 60
13.78
120 30
5.59 45
10.21 60
11.73
28
Dari Tabel 12 dapat dilihat bahwa lama reaksi memberikan pengaruh positif terhadap kadar bahan aktif MESA. Kadar bahan aktif yang semakin tinggi menunjukkan bahwa
molekul surfaktan yang terbentuk semakin banyak. Menurut Syam et al. 2009 lama reaksi memberikan pengaruh pada reaksi karena memberikan peluang pencampuran dan pelarutan.
Semakin banyak molekul SO
3
yang terlarut, maka semakin tinggi pula reaksi dengan metil ester akibatnya adalah semakin banyak surfaktan yang terbentuk.
Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap kadar bahan aktif MESA dilakukan analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95 α = 0.05. Hasil analisis ragam
menunjukkan bahwa suhu dan lama aging serta interaksi keduanya tidak memberikan pengaruh nyata terhadap kadar bahan aktif MESA. Hasil analisis ragam pengaruh suhu dan lama aging
terhadap bahan aktif MESA dapat dilihat pada Lampiran 10.
4.5 Netralisasi MESA