16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 TEMPAT DAN WAKTU
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian, Laboratorium Operasi Teknik Kimia dan Laboratorium Proses Industri Kimia Departemen Teknik Kimia
USU Medan. Analisis GC-MS ALSD dan GC poliester dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS di Jalan Brigjen Katamso
Medan. Analisis GC-MS metil ester dan FT-IR poliester dilakukan di Laboratorium Fakultas Farmasi USU Medan. Penelitian ini berlangsung selama 3
bulan.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
3.2.1 Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1.
Asam lemak sawit distilat ALSD 2.
Metanol CH
3
OH 3.
Boron trifluorida - dietil eterat BF
3
-C
2
H
5
OC
2
H
5
4. Asam sulfat H
2
SO
4
5. Etilen glikol HOCH
2
CH
2
OH 6.
Larutan hanus 7.
Natrium tiosulfat Na
2
S
2
O
3
8. Aquadest H
2
O 9.
Etanol C
2
H
5
OH 10.
Kalium hidroksida KOH 11.
Kalium iodida KI 12.
Indikator phenolphthalein C
20
H
14
O
4
13. Indikator amilum C
6
H
10
O
5 n
Universitas Sumatera Utara
17
3.2.2 Peralatan 3.2.2.1 Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1.
Labu leher tiga 2.
Magnetic stirrer-bar 3.
Hot plate 4.
Refluks kondensor 5.
Corong pemisah 6.
Termometer 7.
Beaker gelas 8.
Gelas ukur 9.
Pipet tetes 10.
Batang pengaduk 11.
Corong gelas 12.
Gabus 13.
Selang air
3.2.2.2 Peralatan Analisis
Adapun peralatan analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1.
Spektroskopi FT-IR
2.
Kromatogram GC-MS
3.
Kromatogram GC
4.
Buret
5.
Statif dan klem
6.
Erlenmeyer
7.
Viskosimeter Ostwald
8.
Viscotester VF-04
Universitas Sumatera Utara
18
3.2.2 Rangkaian Peralatan Penelitian
Gambar 3.1 Rangkaian peralatan penelitian Keterangan gambar :
1. Statif
2. Klem
3. Refluks kondensor
4. Air masuk kondensor
5. Air keluar kondensor
3.3 RANCANGAN PERCOBAAN
Penelitian ini dilakukan dengan variabel konstan waktu reaksi polimerisasi dan variabel bebas konsentrasi katalis Boron trifluorida - dietil eterat pada tahap
polimerisasi. Adapun kombinasi perlakuan penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Rancangan percobaan penelitian
Run Waktu Reaksi
Polimerisasi Jam Konsentrasi Katalis bb
metil ester 1.
4 2.
6,9 3.
9,2 4.
11,5
3 4
1 2
8 7
10 6
9 5
6. Labu leher tiga
7. Termometer
8. Gabus
9. Pengatur suhu Hotplate
10. Pengatur putaran Magnetic Stirrer-bar
Universitas Sumatera Utara
19
3.4 PROSEDUR PENELITIAN
3.4.1 Analisis Bahan Baku
Bahan baku awal yang digunakan dalam penelitian ini adalah ALSD. Analisis bahan baku dilakukan dengan analisis GC-MS Gas Chromatography-
Mass Spectrometry untuk mengetahui komposisi ALSD.
3.4.2 Pembuatan Metil Ester dari Asam Lemak Sawit Distilat 3.4.2.1 Tahap Proses Esterifikasi
Prosedur esterifikasi dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Alfitra 2010 [15] yaitu :
1. Asam Lemak Sawit Distilat sebanyak 100 gram yang telah dianalisis
dengan menggunakan kromatogram GC-MS dimasukkan ke dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan refluks kondensor, termometer,
magnetic stirrer-bar. 2.
Metanol ditambahkan ke dalam ALSD dan direaksikan selama 120 menit pada temperatur 70
o
C. Perbandingan mol ALSD dan metanol adalah 1:8, dan menggunakan katalis asam sulfat 1 bb ALSD.
3. Setelah reaksi selesai, campuran reaksi dipindahkan ke corong pemisah
untuk memisahkan lapisan bawah dan atas setelah didiamkan sampai mencapai suhu kamar.
4. Lapisan atas dicuci dengan air suling bersuhu 85
o
C hingga pH netral. 5.
Lapisan atas diuapkan untuk memisahkan metanol dan air yang masih tersisa.
6. Metil ester yang diperoleh dianalisis dengan GC-MS Gas
Chromatography - Mass Spectrometry.
3.4.2.2 Prosedur Analisis Densitas Metil Ester
Adapun prosedur penentuan densitas metil ester [16] yaitu : 1.
Piknometer kosong dan bersih ditimbang dan dicatat massanya.
2. Piknometer diisi dengan air sebanyak 5 ml lalu ditimbang dan dicatat
massanya.
Universitas Sumatera Utara
20 3.
Piknometer diisi dengan sampel sebanyak 5 ml lalu ditimbang dan dicatat
massanya.
4.
Dihitung densitas sampel dengan menggunakan persamaan :
air air
piknometer
ρ m
V
piknometer sampel
sampel
V m
ρ
Dimana : V
piknometer
= volume piknometer m
3
m
air
= massa air kg ρ
air
= massa jenis air 30
o
C kgm
3
m
sampel
= massa sampel kg ρ
sampel
= massa jenis sampel 30
o
C kgm
3
3.4.2.3 Analisis Viskositas Metil Ester
Adapun prosedur penentuan viskositas metil ester [17] yaitu : 1.
Viskosimeter dikalibrasi dengan air untuk menentukan konstanta viskosimeter.
2. Sampel sebanyak 10 ml dimasukkan ke dalam viskosimeter.
3. Sampel dihisap dengan karet penghisap hingga melewati batas atas
viskosimeter. 4.
Sampel dibiarkan mengalir ke bawah. Waktu alir sampel dari batas atas hingga batas bawah dicatat.
5. Pengukuran waktu alir dilakukan sebanyak 3 kali, waktu alir yang diambil
nilai rata-ratanya. 6.
Viskositas sampel ditentukan dengan persamaan :
air sampel
sg gravity
Spesifik
t sg
k x
x
Dimana : µ
= viskositas kgm.s k
= konstanta viskosimeter sg
= spesifik graviti t
= rata-rata waktu alir detik ρ
air
= massa jenis air 30
o
C kgm
3
ρ
sampel
= massa jenis sampel 30
o
C kgm
3
3.1
3.2
Universitas Sumatera Utara
21
3.4.3 Pembuatan Poliester dari Metil Ester 3.4.3.1
Tahap Polimerisasi Metil Ester
Prosedur polimerisasi dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang
dilakukan oleh Nurmian, dkk. 2000 [13] yaitu :
1. Metil ester yang telah diperoleh dari reaksi esterifikasi dianalisis bilangan
iodinnya. 2.
Kemudian metil ester sebanyak 100 gram dimasukkan ke dalam labu leher tiga.
3. Ditambahkan katalis BF
3
-dietil eterat dengan konsentrasi 0; 6,9; 9,2 dan 11,5 bb metil ester .
4. Reaksi polimerisasi dilangsungkan pada temperatur 126
o
C - 132
o
C. 5.
Proses polimerisasi dihentikan setelah reaksi berlangsung selama waktu 4 jam.
6. Kemudian metil ester terpolimerisasi dianalisis bilangan iodinnya untuk
mengetahui apakah reaksi polimerisasi telah terjadi.
3.4.3.2 Analisis Bilangan Iodin
Mula-mula reaktan berupa metil ester dianalisis bilangan iodinnya kemudian setelah selesai produk reaksi kembali diukur bilangan iodinnya.
Indikator bagi berlangsung tidaknya reaksi polimerisasi ini adalah penurunan bilangan iodin yang menunjukkan berkurangnya jumlah metil ester yang memiliki
ikatan rangkap karena telah bereaksi membentuk dimer atau trimer ester. Adapun prosedur penentuan bilangan iodin [18] yaitu :
1. Sebanyak 5,5 gram sampel ditambahkan dengan larutan hanus, tutup dan
kocok selama 30 menit. 2.
Tambahkan 10 ml KI 15 dan kocok selama 3 menit. 3.
Titrasi dengan larutan tiosulfat sampai larutan berwarna kuning. 4.
Tambahkan 1 ml larutan amilum dan lanjutkan titrasi sampai warna biru tepat hilang.
5. Lakukan titrasi blanko dengan larutan hanus tanpa sampel dengan cara
yang sama.
Universitas Sumatera Utara
22 W
12,69 x
N x
V -
V Iodin
Bilangan
1 2
Dimana :
N = normalitas larutan tiosulfat V
1
= volume tiosulfat yang terpakai untuk sampel ml V
2
= volume tiosulfat yang terpakai untuk blanko ml W= berat sampel gram
3.4.3.3 Tahap Poliesterifikasi
Prosedur poliesterifikasi dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang dilakukan oleh Nurmian, dkk. 2000 [13] yaitu :
1. Metil ester yang telah terpolimerisasi direaksikan dengan etilen glikol
dengan perbandingan berat 1:1. 2.
Dipanaskan pada temperatur 175-200
o
C. 3.
Diaduk agar terjadi pencampuran yang baik selama 4 jam. 4.
Untuk mengetahui perkembangan reaksi maka dilakukan pengukuran nilai keasaman dari campuran yang direaksikan tiap satu jam.
5. Setelah reaksi berlangsung selama 4 jam, campuran reaksi dikeluarkan dari
labu leher tiga kemudian didinginkan. 6.
Poliester yang dihasilkan dianalisis viskositas, berat molekul, GC dan FT- IR.
3.4.3.4 Analisis Bilangan Asam
Adapun prosedur analisis bilangan asam [19] yaitu : 1.
Sebanyak 5 gram sampel dimasukkan ke dalam erlenmeyer dengan pelarut etanol panas sebanyak 50 ml.
2. Ditambahkan dengan indikator phenophtalein 1 sebanyak 0,5 ml.
3. Segera dititrasi dengan larutan KOH 0,1 N.
4. Dilakukan titrasi blanko tanpa menggunakan sampel.
S 56,1
x N
x B
- A
Asam Bilangan
KOH
Dimana :
A= volume KOH yang terpakai untuk titrasi sampel ml B= volume KOH yang terpakai untuk titrasi blanko ml
N= normalitas KOH N S= berat sampel gram
3.3
3.4
Universitas Sumatera Utara
23
3.4.3.5 Analisis Viskositas Poliester
Analisis viskositas poliester dilakukan dengan menggunakan Viscotester VT-04F [20]. Prosedur kerjanya yaitu :
1. Dimasukkan sampel sebanyak 100 ml ke dalam cup no. 3.
2. Dipasang rotor no. 3 pada lubang penghubung rotor di bagian belakang
alat, dan dijaga jarak antara ujung rotor dengan bagian bawah cup sekitar 15 mm.
3. Dihidupkan alat hingga berputar berlawanan arah jarum jam.
4. Setelah 3 detik dicatat pembacaan skala viskositas pada alat viscotester.
3.4.3.6 Analisis Berat Molekul
Adapun prosedur penentuan berat molekul [21] yaitu : 1.
Sampel poliester ditimbang sebanyak 1 gram kemudian dimasukkan ke dalam erlenmeyer.
2. Ditambahkan asam asetat anhidrat sebanyak 1 ml ke dalam sampel.
3. Ditambahkan indikator phenolphtalein sebanyak 3 tetes.
4. Larutan sampel dititrasi dengan menggunakan larutan NaOH 0,01 N
hingga terbentuk warna merah rosa. 5.
Volume larutan NaOH 0,01 N yang terpakai dicatat. 6.
Dilakukan titrasi blanko tanpa sampel untuk mengetahui volume titrasi blanko.
1000 x
S ]
N x
B -
[A 1
M olekul Berat
NaOH
Dimana : A= volume NaOH yang terpakai untuk titrasi sampel ml
B= volume NaOH yang terpakai untuk titrasi blanko ml N= normalitas NaOH N
S= berat sampel gram 3.5
Universitas Sumatera Utara
24
3.5 FLOWCHART PENELITIAN 3.5.1 Flowchart Proses Esterifikasi
Dipanaskan hingga mencapai suhu 70 °C
Dimatikan pemanas setelah 120 menit Campuran dikeluarkan dari labu dan
dimasukkan ke dalam corong pisah
Dibiarkan hingga membentuk 2 lapisan
Dipisahkan lapisan bawah air, metanol dan katalis sisa dari lapisan atas
Ditambahkan air panas ke dalam corong dan dikocok hingga pH netral Metil ester yang diperoleh dikeringkan
Selesai Mulai
Ditambahkan larutan H
2
SO
4
1 bb dan metanol dengan perbandingan ALSD dan
metanol 1:8 ke dalam campuran
Gambar 3.2 Flowchart proses esterifikasi Dimasukkan ALSD sebanyak 100 gr ke dalam
labu leher tiga
Universitas Sumatera Utara
25
3.5.2 Flowchart Analisis Densitas Metil Ester
Gambar 3.3 Flowchart analisis densitas metil ester Piknometer kosong dan bersih ditimbang dan
dicatat massanya Piknometer diisi dengan air
sebanyak 5 ml
Piknometer + metil ester ditimbang dan dicatat massanya
Piknometer diisi dengan metil ester sebanyak 5 ml
Densitas metil ester dihitung Piknometer + air ditimbang dan dicatat
massanya Mulai
Selesai
Universitas Sumatera Utara
26
3.5.3 Flowchart Analisis Viskositas Metil Ester
Gambar 3.4 Flowchart analisis viskositas metil ester Dilakukan pengukuran sebanyak 3 kali
Dihisap air dengan karet penghisap sampai melewati batas atas
Selesai Air dibiarkan turun dan diukur waktu saat air turun dari
batas atas ke batas bawah Mulai
Diisi sebanyak 10 ml air ke dalam viskosimeter
Ditentukan konstanta viskosimeter
Diisi sebanyak 10 ml sampel ke dalam viskosimeter Pengukuran waktu dilakukan sebanyak 3 kali
seperti pada pengukuran waktu alir air Dihitung viskositas sampel dari waktu alir yang
diperoleh
Universitas Sumatera Utara
27
3.5.4 Flowchart Proses Polimerisasi
Gambar 3.5 Flowchart proses polimerisasi Apakah masih ada
variasi konsentrasi larutan BF
3
-dietil eterat lain?
Dianalisis bilangan iodin metil ester hasil esterifikasi
Dimasukkan metil ester sebanyak 100 gram ke dalam labu leher tiga
Dipanaskan pada suhu 126
o
C-132
o
C sambil dihomogenkan selama 4 jam
Pemanas dimatikan dan campuran dikeluarkan dari labu Dianalisis bilangan iodin metil ester
terpolimerisasi
Selesai Mulai
Ditambahkan larutan BF
3
-dietil eterat dengan konsentrasi tertentu
Ya
Tidak
Universitas Sumatera Utara
28
3.5.5 Flowchart Analisis Bilangan Iodin
Gambar 3.6 Flowchart analisis bilangan iodin Mulai
5,5 gram sampel dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer
Ditambahkan 10 ml larutan hanus
Campuran dikocok kuat selama 30 menit
Larutan dititrasi dengan tiosulfat 0,1 N
Apakah larutan sudah berubah warna menjadi
kuning ?
Selesai Ditambahkan 10 ml KI 15
dan kocok selama 3 menit
Ya Tidak
Dihitung bilangan iodin sampel Dititrasi dengan tiosulfat 0,1 N
hingga warna biru larutan hilang Dicatat volume tiosulfat 0,1 N yang terpakai
Ditambahkan 1 ml amilum
Universitas Sumatera Utara
29
3.5.6 Flowchart Prosedur Poliesterifikasi
Gambar 3.7 Flowchart proses poliesterifikasi Dimasukkan metil ester terpolimerisasi yang
dihasilkan ke dalam labu leher tiga
Dipanaskan pada suhu 175
o
C-200
o
C sambil dihomogenkan selama waktu tertentu
Selesai Mulai
Ditambahkan larutan etilen glikol dengan perbandingan berat 1:1
Dilakukan analisis bilangan asam tiap satu jam sampai 4 jam reaksi
Setelah waktu reaksi 4 jam tercapai, hasil reaksi dikeluarkan dari labu
Dianalisis bilangan asam, viskositas, berat molekul, GC dan FT-IR poliester yang dihasilkan
Universitas Sumatera Utara
30
3.5.7 Flowchart Analisis Bilangan Asam
Gambar 3.8 Flowchart analisis bilangan asam Mulai
5 gram sampel dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer Ditambahkan 75 ml etanol panas
Larutan dititrasi dengan KOH 0,1 N
Apakah larutan sudah berubah warna
menjadi merah rosa ?
Selesai Ditambahkan indikator
phenophthalein sebanyak 0,1 ml
Ya Tidak
Dihitung bilangan asam sampel Dicatat volume KOH 0,1 N yang terpakai
Universitas Sumatera Utara
31
3.5.8 Analisis Viskositas Poliester
Gambar 3.9 Flowchart analisis viskositas poliester Setelah 3 detik dicatat pembacaan skala viskositas
Dipasang rotor no. 3 pada lubang penghubung rotor
Selesai Dihidupkan alat hingga berputar berlawanan arah jarum jam
Mulai
Diisi 100 ml sampel ke dalam cup no.3
Universitas Sumatera Utara
32
3.5.9 Flowchart Analisis Berat Molekul Poliester
Gambar 3.10 Flowchart analisis berat molekul poliester Mulai
Dimasukkan sampel sebanyak 1 gram ke dalam erlenmeyer
Selesai Ditambahkan asam asetat 1 ml ke
dalam sampel
Ditambahkan indikator phenophthalein sebanyak 3 tetes
Larutan dititrasi dengan NaOH 0,01 N
Apakah larutan sudah berubah warna
menjadi merah rosa ? Tidak
Dilakukan ditrasi blanko Dicatat volume NaOH 0,01 N yang terpakai
Dicatat volume titrasi blanko Ya
Universitas Sumatera Utara
33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK BAHAN BAKU
Bahan awal yang digunakan untuk sintesis poliester ini adalah metil ester. Adapun metil ester yang digunakan dalam penelitian ini adalah metil ester hasil
esterifikasi Asam Lemak Sawit Distilat ALSD dengan metanol menggunakan katalis asam sulfat. Hasil analisis kromatogram GC-MS terhadap ALSD yang
digunakan sebagai bahan baku disajikan dalam tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil analisis kromatogram GC-MS terhadap ALSD
Nama Komponen Berat
Lauric Acid C:12-0 0,16
Miristic Acid C:14-0 1,08
Palmitic Acid C:16-0 39,15
Palmitoleic C:16-1 0,19
Stearic Acid C:18-0 5,73
Oleic Acid C:18-1 41,38
Linoleic Acid C:18-2 11,26
Linolenic Acid C:18-3 0,35
Ecosanoic Acid C:20-0 0,62
Ecosenoic Acid C:20-1 0,09
Jumlah 100
ALSD ini selanjutnya akan diesterifikasi menghasilkan metil ester. Adapun mekanisme reaksi esterifikasi yang terjadi menurut Eukema 2010 [49] yaitu
pada tahap awal reaksi esterifikasi ALSD menerima proton atom hidrogen dari asam sulfat pekat. Proton mengikat elektron pada oksigen yang terikat pada
karbon.
Muatan positif didelokalisasikan ke seluruh molekul ion pada akhir rantai kanan, membentuk atom karbon positif.
Universitas Sumatera Utara
34 Tahap kedua, muatan positif pada atom karbon diserang oleh bagian
elektron oksigen pada molekul metanol.
Selanjutnya tahap ketiga yaitu atom hidrogen dipindahkan dari oksigen bawah ke oksigen lain pada molekul metanol-asam lemak.
Tahap keempat molekul air dihilangkan dari ion.
Tahap terakhir hidrogen dihilangkan dari oksigen dengan mereaksikan ion hidrogen sulfat yang dibentuk dengan cara yang sama pada tahap pertama.
Reaksi esterifikasi ini merupakan reaksi kesetimbangan atau reversibel bolak-balik yang artinya kesetimbangan dapat bergeser ke arah kanan produk
atau kiri reaktan. Untuk menggeser kesetimbangan ke arah produk maka perlu ditambahkan reaktan metanol yang berlebih. Dalam penelitian ini digunakan
Universitas Sumatera Utara
35 perbandingan mol antara asam lemak dari ALSD dan metanol yaitu 1:8. Metil
ester yang terbentuk dari reaksi esterifikasi selanjutnya dianalisis komposisinya dengan kromatogram GC-MS. Adapun hasil analisis GC-MS terhadap metil ester
ALSD disajikan dalam tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil analisis GC-MS terhadap metil ester ALSD
Nama Komponen Berat
Hexane 0,75
Hexanoic acid, methyl ester 0,16
Octanoic acid, methyl ester 0,9
Decanoic acid, methyl ester 0,61
Dodecanoic acid, methyl ester 3,95
Methyl tetradecanoate 7,52
Hexadecanoic acid, methyl ester 55,48
n-Hexadecanoic acid 9,72
Octadecanoic acid, methyl ester 11,07
9-Octadecenoic acid 4,91
9,12-Octadecadienoic acid, methyl ester 1,05
Eicosanoic acid, methyl ester 1,49
Squalene 2,39
Jumlah 100
Hasil analisis GC-MS menunjukkan kemurnian metil ester yang dihasilkan yaitu sebesar 82,23 dengan berat molekul metil ester sebesar 267,97 gmol.
Derajat esterifikasi ditunjukkan sebagai rasio jumlah asam lemak yang terpakai selama reaksi dengan jumlah asam lemak awal sebelum reaksi [50]. Sehingga
dapat diperoleh derajat esterifikasi ALSD menjadi metil ester sebesar 82,23. Metil ester ini selanjutnya akan digunakan sebagai bahan baku poliester. Hasil analisis
karakteristik metil ester ALSD ditunjukkan pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Hasil analisis metil ester ALSD
Parameter Hasil
Bilangan Iodin 77,294 g I
2
100 g Viskositas 30
o
C 6,898 cP
Densitas 30
o
C 859,905 kgm
3
4.2 SINTESIS POLIESTER ALSD
Kategori