Aplikasi Surfaktan Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) Off Grade Sebagai Agen Pembersih Untuk Kotoran Berminyak Pada Pipa Industri

WARDAH NAZRIPAH. F34070087. Aplikasi Surfaktan Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) Off Grade Sebagai Agen Pembersih Untuk Kotoran Berminyak Pada Pipa Industri. Dibawah bimbingan Liesbetini Hartoto dan Erliza Hambali. 2012.

RINGKASAN

Umumnya bahan pembersih yang sering digunakan pada industri adalah surfaktan yang diproduksi dari minyak bumi (surfaktan berbasis petrokimia), sehingga bersifat tidak dapat diperbaharui dan tidak ramah lingkungan. Surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan jenis surfaktan anionik, yang diproduksi dari olein minyak kelapa sawit, sehingga bersifat ramah lingkungan. Bila dibandingkan dengan surfaktan berbasis petrokimia, MES pada konsentrasi yang sama memiliki kelebihan yaitu daya deterjensi yang lebih tinggi. Selain itu, MES bersifat tidak menggumpal dalam air dengan tingkat salinitas yang tinggi, sehingga dapat mempertahankan deterjensinya pada air dengan tingkat kesadahan tinggi. MES juga memiliki laju biodegradasi yang lebih cepat, serta biaya produksinya lebih murah.

MES dibuat dari olein melalui tahapan sulfonasi, aging dan netralisasi. Saat proses sulfonasi pada reaktor falling film dengan sistem kontinyu, dihasilkan produk samping yang memiliki IFT lebih besar dari 10-4 yang tidak dapat digunakan untuk Enhanced Oil Recovery (EOR), yaitu produk Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) off grade. MESA off grade berwarna hitam, menyebabkan MESA tidak dapat digunakan sebagai salah satu komponen dalam formulasi deterjen dan agen pembersih peralatan rumah tangga. Selain itu, karakteristik MESA off grade bersifat asam dan tidak stabil menyebabkan diperlukannya netralisasi sebelum diaplikasikan. Pada penelitian dilakukan netralisasi MESA off grade dengan menggunakan larutan NaOH.

Tujuan dari penelitian ini adalah memanfaatkan MESA off grade sebagai bahan pembersih kotoran berminyak pada pipa industri sehingga memberikan nilai tambah pada MESA off grade

serta mendapatkan konsentrasi larutan NaOH yang tepat untuk proses netralisasi MESA off grade. Penelitian ini diawali dengan karakterisasi MESA off grade yang dilanjutkan dengan proses netralisasi MESA off grade dengan pelarut NaOH berkonsentrasi 40%, 45%, 50%, dan 55% hingga mencapai pH 7-8. Proses netralisasi dilakukan dengan menggunakan automatic hotplate stirrer pada suhu 60-80oC selama 15 menit. Pengujian yang dilakukan meliputi analisis sifat fisiko kimia (densitas dan viskositas) dan uji kinerja MES off grade yang dihasilkan (stabilitas emulsi, tegangan permukaan, daya pembusaan, stabilitas busa, dan daya deterjensi).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH yang berbeda pada tingkat kepercayaan 95% berpengaruh terhadap densitas dan daya deterjensi dengan menggunakan media pipa. Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan densitas MESA off grade dengan NaOH konsentrasi 45% berbeda nyata dengan MESA off grade dengan konsentrasi NaOH 40%, sedangkan MESA off grade

dengan NaOH konsentrasi 50% dan 55% tidak memberikan perbedaan nyata. Hasil analisis ragam pada daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran bobot kotoran berpengaruh nyata dengan tingkat kepercayaan 95%. Hasil uji Duncan menunjukkan MESA off grade dengan konsentrasi NaOH 40% berbeda nyata dengan MESA off grade berkonsentrasi NaOH 40% dan 55%, sedangkan MESA off grade dengan konsentrasi 50% tidak memiliki hasil yang berbeda nyata dengan MESA off grade dengan NaOH berkonsentrasi lainya.

Parameter fisiko kimia diperlukan untuk mengukur ketahanan penyimpanan agen pembersih yang dihasilkan, sedangkan parameter kinerja diperlukan untuk mengukur kemampuan agen pembersih dalam menghilangkan kotoran. Nilai kepentingan tertinggi diberikan pada daya deterjensi karena parameter uji ini mewakili kinerja MES off grade dalam menghilangkan kotoran.

Densitas dan stabilitas emulsi diberikan kepentingan tinggi karena mewakili ketahanan produk ketika disimpan pada suhu dan lama penyimpanan yang bervariasi. Nilai densitas dan stabilitas emulsi tertinggi juga dimiliki oleh MES off grade yang dinetralisasi dengan larutan NaOH 45%. Analisis ragam densitas menunjukkan, konsentrasi NaOH berpengaruh nyata terhadap densitas MESA off grade. Tegangan permukaan diberikan nilai kepentingan tinggi karena tegangan permukaan merupakan salah satu parameter kemampuan agen pembersih dalam menghilangkan kotoran. Hasil nilai tegangan permukaan terendah, yaitu pada MESA off grade yang dinetralisasi NaOH 45%. Viskositas mendapat nilai kepentingan rendah karena kontribusi terhadap kinerja deterjen relatif kecil.

Daya pembusaan dan stabilitas busa mendapat tingkat kepentingan menengah karena meskipun pengaruh terhadap daya pencucian kecil, namun berkontribusi sebagai antiredeposisi yaitu pengikat kotoran pada busa, sehingga kotoran tidak kembali menempel pada permukaan bahan. Hasil dari penelitian menunjukkan daya pembusaan busa dan stabilitas busa terbaik dimiliki oleh MESA off grade yang dinetralisasi dengan NaOH 55%. Berdasarkan hasil penelitian, MESA off grade yang dinetralisasi dengan NaOH 45% memberikan hasil terbaik. Pada penambahan NaOH dengan konsentrasi lebih dari 45% kemungkinan terjadi proses netralisasi yang tidak sempurna yang disebabkan terlalu tingginya konsentrasi yang digunakan.

APPLICATION OF METHYL ESTER SULFONIC ACIDS

ACIDS (MESA) OFF GRADE AS CLEANING AGENT FOR

OILY DIRT CONTAINED AT INDUSTRIAL PIPELINE

Wardah Nazripah1)*, Liesbetini Hartoto1), Erliza Hambali1,2)

1)

Departement of Agroindustrial Technology, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO BOX 220 West Java, Indonesia

Email: wardahnazripah@gmail.com 2)

Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC), LPPM-Bogor Agricultural University. IPB Baranangsiang Campus, Jl. Raya Pajajaran No. 1, Bogor. West Java, Indonesia

ABSTRACT

Cleaning products that are frequently used for industry is a surfactant which manufactured by using petroleum. Petroleum surfactant is not sustainable, environmental unfriendly material and unrenewable resources. Methyl Ester Sulfonate (MES), a kind of anionic surfactants produced from palm olein,is a renewable resource and friendly for the environment. Compared to petroleum surfactant, MES at similar concentration, has a higher detergent power and cheaper. Beside that, MES doesn’t coagulate on high level salinity and can retain at high level of water hardness.

MES produced from olein through the stages of sulfonation, aging and neutralization. Methyl Ester Sulfonat Acid (MESA) off grade is the byproducts producted from MES at sulfonation process. MESA off grade has high IFT value ( >10-4), so it can’t be used as EOR. MESA which has black colored, make it can not be used as a household cleaning products. The pH of MESA off grade is acidic, it cause MESA off grade need neutralization process before applied as a cleaning agent. In this research, neutralization MESA off grade is done by using NaOH solution.

The purpose of this research is to provide added value and obtain proper concentration of NaOH solution for neutralization process to make MESA off grade as cleaning agent for oily dirt contained at industrial pipeline. The NaOH solution with concentration 40%, 45%, 50%, and 55% were used to achieve pH 7-8. The neutralization process was done by using the automatic stirrer hotplate with temperature range of 60-80oC for 15 minutes. Physico chemical measurements of MESA off grade that observed in this research were density and viscosity. Emulsion stability, surface tension, foaming, foam stability, and detergent power were measured as MESA off grade performance. The physco chemical measurement is required to measure the resistance of cleaning agent storage. The measurement of MES off grade performence is necessary for measure the ability of MES off grade to removed dirt. Based on research, the best MES off grade was produced by MESA off grade which neutralized with 45 % NaOH concentration.

I.

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Agen pembersih berupa surfaktan yang umum digunakan oleh masyarakat luas, baik oleh rumah tangga, industri, perhotelan, rumah makan, serta rumah sakit. Pemakaian surfaktan sebagai agen pembersih yang terus-menerus menyebabkan peningkatan jumlah surfaktan yang masuk ke dalam perairan, sehingga dapat menyebabkan tercemarnya air sungai, sedimen, tanah, bahkan air minum (Lewis, 1991). Kadar surfaktan yang tinggi dalam perairan dapat bersifat toksik terhadap organisme perairan, sehingga menimbulkan gangguan pada ekosistem perairan, dan secara tak langsung akan berdampak pada kehidupan manusia.

Umumnya setiap industri menggunakan pipa sebagai salah satu alat pengalir kotoran berbentuk cair yang dapat mengandung bahan berminyak. Produk pembersih yang umum digunakan sebagai pembersih pipa menggunakan surfaktan berbasis petrokimia yang berasal dari minyak bumi. Surfaktan yang terbuat dari bahan sintetis minyak bumi secara alami sulit terdegradasi dan akan terakumulasi pada ekosistem akuatik. Hal ini dapat menggangu keseimbangan ekosistem dan organisme akuatik yang hidup di ekosistem akuatik tersebut. Sufaktan Metil Ester Sulfonat (MES) merupakan salah satu alternatif penganti surfaktan berbasis petrokimia.

MES merupakan surfaktan anionik berbasis minyak nabati yang menggandung asam lemak C14 sampai C18, sehingga ramah lingkungan dan bersifat dapat diperbaharui. Pada konsentrasi yang sama, MES memiliki daya deterjensi yang lebih tinggi dibandingkan surfkatan berbasis petrokimia. Selain itu, kelebihan MES adalah tidak menggumpal pada air dengan tingkat salinitas yang tinggi, sehingga dapat mempertahankan deterjensinya pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi dan tahan terhadap ion Ca2+(kalsium) dan memiliki laju biodegradasi yang lebih cepat. Biaya produksi surfaktan MES yang berasal dari minyak nabati lebih rendah dibandingkan dengan biaya produksi surfaktan berbasis petrokimia. Biaya untuk proses produksi surfaktan berbasis petrokimia sebesar US$ 928/ton, sedangkan MES sebesar US$ 525/ton (Watkins, 2001). Menurut Foster (1996), adanya isu produk ramah lingkungan sangat mendorong pengembangan surfaktan dari bahan alami termasuk dari olein sawit karena lebih ramah lingkungan dalam proses produksi dan aplikasinya.

Metil Ester Sulfonat dibuat melalui tahapan sulfonasi, aging dan netralisasi. Proses sulfonasi merupakan proses terikatnya gugus sulfonat pada rantai hidrokarbon dari metil ester. Proses sulfonasi terjadi pada reaktor falling film dengan sistem kontinu pada 6 jam pertama menghasilkan produk samping berupa Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) off grade. MESA off grade memiliki nilai IFT lebih besar dari 10-4, sehinggatidak dapat digunakan untuk EOR (Enhanced Oil Recovery) dan dibuang. Hal inilah yang mendasari penelitian yang dilakukan, sehingga dapat memberikan nilai tambah (added value) pada surfaktan MESA off grade dengan manfaatkankannya sebagai agen pembersih untuk kotoran berminyak pada pipa industri.

MESA off grade berwarna hitam yang disebabkan karena reaksi reaktif gas SO3 terhadap ikatan rangkap pada metil ester pada saat proses sulfonasi. Warna hitam pada MESA inilah yang menyebabkan MESA tidak dapat digunakan sebagai salah satu produk pembersih peralatan rumah tangga. Oleh karena itu, diperlukan alternatif pemanfaatan MESA off grade ini, salah satu alternatif pemanfaatannya adalah sebagai agen pembersih untuk membersihkan kotoran yang mengandung minyak pada pipa industri. Selain itu MESA off grade bersifat asam, sehingga perlu dilakukan netralisasi sebelum diaplikasikan. Menurut Hidayat (2011), umumnya keasaman MESA off grade

2

netralisasi. Menurut Gupta dan Wiese (1992), proses netralisasi dapat dilakukan dengan menggunakan pelarut KOH, NH4OH, NaOH, atau alkanolamin. Pada penelitian dilakukan netralisasi MES off grade dengan menggunakan pelarut NaOH, karena merupakan basa kuat dan harganya relatif murah.

1.2

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Memberikan nilai tambah (added value) terhadap surfaktan Methyl Ester Sulfonate Acid

(MESA) off grade dengan memanfaatkannya sebagai agen pembersih.

2. Mendapatkan konsentrasi larutan NaOH terbaik (40%, 45%, 50%, dan 55%) untuk netralisasi MESA off grade agar dapat digunakan sebagai agen pembersih untuk membersihkan kotoran berminyak pada pipa industri.

1.3

Ruang Lingkup

Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Netralisasi MESA (Metil Ester Sulfonat Acid) off grade dengan larutan NaOH, sehingga mencapai pH 7-8 agar dapat digunakan sebagai agen pembersih.

2. Uji sifat fisko kimia MESA off grade sebagai agen pembersih meliputi uji visikositas, dan bobot jenis (densitas).

3. Uji kinerja surfaktan MESA off grade sebagai agen pembersih meliputi stabilitas emulsi, tegangan permukaan, daya pembusaan, stabilitas busa dan daya deterjensi.

3

II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Surfaktan

Surface active agent (surfactant) merupakan senyawa aktif penurun tegangan permukaan (surface active agent) yang bersifat ampifatik, yaitu senyawa yang mempunyai gugus hidrofobik dan hidrofilik, serta molekul yang cenderung terpartisi pada antar permukaan fasa cairan yang berbeda tingkat kepolaran dan ikatan hidrogennya (Cooper dan Zajic, 1980; Desai dan Banat, 1997; Suryani et. al., 2000). Gugus hidrofobik terdiri dari rantai asam lemak yang panjang, sedangkan gugus hidrofilik terdiri dari karbohidrat, asam amino, peptida siklik, fosfat, dan asam karboksil alkohol (Kosaric, 1993).

Molekul surfaktan dapat divisualisasikan seperti berudu atau bola raket mini yang terdiri atas bagian kepala dan ekor (Gambar 1). Bagian kepala yang bersifat hidrofilik (suka air) merupakan bagian yang sangat polar, sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik (benci air) merupakan bagian nonpolar. Gugus polar dapat bermuatan negatif, positif, ataupun tidak bermuatan (nonionik) dan memiliki afinitas yang tinggi terhadap pelarut polar. Gugus nonpolar pada surfaktan terdiri atas rantai hidrokarbon, linear ataupun bercabang, serta mengandung lebih dari delapan atom karbon serta memiliki afinitas yang rendah terhadap pelarut polar (Schueller dan Romanousky, 1996; Gervasio, 1996; Tadros, 1992). Swern (1979), menyatakan bahwa kemampuan surfaktan untuk meningkatkan kestabilan emulsi tergantung dari kontribusi gugus polar (hidrofilik) dan gugus nonpolar (lipofilik).

Hidrofobik Hidrofilik

Gambar 1. Ilustrasi model surfaktan (Moroi, 1992)

Berdasarkan gugus hidrofiliknya, surfaktan dibagi menjadi empat kelompok yaitu surfaktan kationik, amforterik, nonionik, dan anionik (Reiger, 1985; Rosen, 2004). Surfaktan kationik merupakan surfaktan yang memiliki muatan positif pada gugus antar muka hidrofobik (hydrophobic surface active). Sifat hidrofilik umumnya disebabkan karena keberadaan garam ammonium, seperti

Quaternary Ammonium Salt (QUAT). Surfaktan ini biasanya digunakan sebagai bahan untuk

deodorant, pelembut pakaian, penyegar mulut, lotion, shampo dan lainnya.

Surfaktan amforterik, seperti alkilbetain, alkildimetilamin dan turunan imidazolinium, memiliki fungsi asam dan basa yang muatannya bergantung pada pH, sehingga bersifat kationik pada pH rendah. Menurut Matheson (1996), muatan surfaktan amforterik bergantung pada pH, pada pH rendah surfaktan akan bermuatan positif, sedangkan surfaktan akan bermuatan negatif pada pH tinggi. Surfaktan ini juga memiliki sifat iritasi yang rendah dan mampu menurunkan sifat iritasi dari surfaktan anionik. Surfaktan jenis amforterik ini masih terbatas penggunaannya dikarenakan harganya yang mahal, sehingga surfaktan jenis ini kalah bersaing dengan surfaktan jenis lain.

Surfaktan nonionik merupakan surfaktan yang tidak bermuatan atau tidak terjadi ionisasi pada molekulnya. Beberapa surfaktan jenis ini dapat digunakan pada berbagai nilai pH dan toleran pada konsentrasi elektrolit. Surfaktan ini dibagi menjadi dua kelompok, yaitu jenis ester asam lemak

4

pada polihidrik alkohol (gliseril stearat, propilen glikol ester, sorbitan ester dan gula ester) dan turunan polialkoksilat (Reiger, 1985).

Surfaktan anionik adalah bahan aktif permukaan yang pada bagian hidrofobiknya berhubungan dengan gugus anion (ion negatif). Surfaktan ini memiliki gugus ionik yang biasanya berupa golongan sulfat dan sulfonat, sehingga memiliki karakteristik hidrofilik, dengan kation yang biasanya digunakan Na+, NH4+, dan triethanolamonium. Sebagian besar surfaktan jenis ini digunakan sebagai emulsifier, pembersih dan pembentuk busa sabun. Menurut Matheson (1996), kelompok surfaktan ini merupakan kelompok surfaktan terbesar yang diproduksi. Data jumlah konsumsi surfaktan dunia menunjukkan bahwa surfaktan anionik merupakan surfaktan yang paling banyak digunakan yaitu sebesar 50%, kemudian disusul non-ionik 45%, kationik 4%, dan amfoterik 1% (Watkins, 2001).

Dalam media cair, molekul surfaktan anionik terdisosiasi menjadi gugus kation yang bermuatan postif dan gugus anion yang bermuatan negatif. Gugus anion merupakan pembawa sifat aktif permukaan pada surfaktan anionik. Contoh khas surfaktan anionik adalah alkohol sulfat dan ester sulfonat, selain itu surfaktan Metil Ester Sulfonat (MES) termasuk ke dalam golongan surfaktan anionik.

Setiap tahunnya jutaan ton surfaktan digunakan untuk beragam aplikasi yang berbeda (Flider, 2001). Menurut Hui (1996), surfaktan digunakan untuk pencucian dan pembersihan (washing and cleaning), serta untuk pertambangan, cat dan pelapis, kertas, tekstil, bahan pembusaan dan

emulsifier pada industri kosmetik dan farmasi, industri cat, serta sanitasi pada industri pangan. Surfaktan sebagai bahan aktif dalam deterjen memiliki fungsi tertentu dalam proses pencucian. Surfaktan berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan, berperan dalam peristiwa adsoprsi, pembentukan micelle dan deterjensi.

1. Penurunan Tegangan Permukaan

Surfaktan mampu menurunkan tegangan permukaan diantara dua fasa. Sifat kepolaran yang berbeda diantara kedua fasa mengakibatkannya tidak dapat saling terlarut, dengan adanuya molekul surfaktan yang memiliki kecenderungan terhadap kedua fasa tersebut keduanya dapat saling bercampur. Molekul-molekul cairan yang ada dipermukaan mengalami resultan gaya ke arah dalam badan cairan. Hal ini mengakibatkan molekul-molekul tersebut cenderung menekan atau berdesakan ke dalam (menghindari permukaan, dimana molekul-molekul di dalam cairan mengalami resultan gaya yang seimbang. adanya kecenderungan ke dalam badan cairan menghasilkan gaya, besar daya yang diperlukan untuk memecah permukaan cairan sehingga terbentuk satu luasan baru pada permukaan disebut dengan tegangan permukaan (Hargreaves, 2003).

Molekul-molekul non polar tidak mampu menyeimbangkan gaya molekul pada permukaan cairan polar sehingga terdapat batas antara cairan polar dan non polar. Pada gugus polarnya surfaktan menyeimbangkan gaya molekul permukaan cairan dan rantai nonpolarnya mengarah pada molekul-molekul hidrofobik.Setiap molekul dalam cairan mengalami gaya dalam tiga dimensi (arah) dari molekul tetangga. Molekul yang berada di permukaan cairan mengalami defisiensi di posisi atas, tetapi kuat di tiga arah gaya lainnya. Gambar 2 menyajikan interaksi antar molekul air pada permukaan yang menyebabkan terjadinya tegangan permukaan.

5

Gambar 2. Ilustrasi molekul air pada permukaan (Hargreaves, 2003)

Penurunan tegangan permukaan dapat dijadikan sebagai salah satu faktor penentu banyaknya konsnetrasi surfaktan yang terdapat dalam suatau cairan. Apabila surfaktan ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi rendah, maka dapat menurunkan tegangan permukaan cairan tersebut. Jika surfaktan dalam konsentrasi 0.1% ditambahkan ke dalam suatu cairan, maka akan menurunkan tegangan permukaan air dari 72 menjadi 32 mN m-1 (dyne cm-1). Hal ini terjadi karena molekul-molekul dalam sebagian besar cairan saling tertarik satu sama lain oleh gaya van der Walls yang menggantikan ikatan hidrogen air (Hargreaves, 2003).

2. Adsorpsi

Surfaktan memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik, sehingga akan berdifusi dan teradsorpsi pada antar muka air dan udara atau pada antar muka air dan minyak. Ketika molekul surfaktan berada di dalam air, gugus hidrofilik surfaktan ditarik menuju molekul air (molekul polar ditarik molekul polar yang lain), sedangkan molekul lipofilik surfaktan berada pada permukaan cairan. Efek molekul surfaktan pada permukaan dikenal sebagai adsorpsi, yang berakibat terhadap penurunan tegangan permukaan (Hargreaves, 2003).

Adsorbsi surfaktan mempunyai perananan penting pada aplikasi agen pembersih seperti pada proses pembusaan dan emulsifikasi. Hal ini tergantung dari kefektifitasan difusi surfaktan. Proses adsorbsi dipengaruhi oleh elastisitas dan viskositas dari surfaktan untuk kestabilan dari busa dan emulsi yang dihasilkan.

3. Pembentukan Micelle

Pada konsentrasi yang cukup tinggi, gugus lipofilik surfaktan akan beragregat membentuk sebuah struktur melingkar yang disebut micelle, dimana ekor lipofilik berada pada pusat agregatdan kepala hidrofilik akan kontak dengan air, sehingga berorientasi keluar micelle. Struktur ini didorong oleh adanya gaya van der Walls yang terjadi sepanjang ekor lipofilik dan gaya tolak ionik dari gugus hidrofilik. Ilustrasi pembentukan micelle dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Ilustrasi pembentukan micelle (Hargreaves, 2003)

Molekul air dipermukaan ditarik oleh molekul air lain

6

Gambar 4 menjelaskan tentang pengaruh konsentrasi surfaktan yang disebut dengan critical micelle concentration (CMC). Pada konsentrasi surfaktan dibawah CMC, tegangan permukaan dan antar muka turun dengan meningkatnya konsentrasi, namun pada saat konsentrasi mencapai taraf CMC atau lebih tinggi dari itu, tidak terjadi penurunan tegangan permukaan dan antar muka atau penurunannya sangat rendah (Schueller dan Romanousky, 1998).

Gambar 4. Grafik Hubungan antara Konsentrasi Surfaktan dengan Tegangan Permukaan dan Antarmuka Cairan (Tadros, 1992) 4. Deterjensi

Deterjensi merupakan proses penghilangan kotoran dari suatu permukaan (Anonima, 2009). Faktor yang mempengaruhi deterjensi, antara lain sifat alamiah kotoran, substrat atau permukaan dimana kotoran menempel, proses yang dilibatkan dalam penghilangan kotoran, jenis air yang digunakan dan suhu. Proses pencucian yang efektif dipengaruhi oleh kondisi selama proses penghilangan kotoran, antara lain netralisasi komponen-komponen kotoran yang bersifat asam, emulsifikasi minyak dan lemak, deflokulasi partikel kotoran, pengendapan kotoran dan pencegahan proses redeposisi (Anonima, 2009).

Bagaimana deterjen bekerja merupakan kajian yang kompleks karena melibatkan banyak fungsi bahan yang berbeda, variasi substrat dan campuran berbagai jenis pengotor (soiling). Efektifitas dalam menurunkan tegangan antarmuka antara air, partikel pengotor (soil) dan subtrat (permukaan bahan yang dicuci) merupakan faktor penting agar proses wetting dapat berlangsung dengan baik (Hargreaves, 2003).

Molekul yang diadsorpsi pada tegangan antarmuka air-udara tidak secara langsung berpengaruh terhadap deterjensi, tetapi membentuk busa yang berperan sebagai indikator yang menunjukkan telah terjadi proses pembersihan. Surfaktan dengan konsentrasi tinggi (nilai CMC yang tinggi) akan efektif dalam proses deterjensi (Hargreaves, 2003). Proses penghilangan kotoran minyak oleh surfaktan dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5 mengilustrasikan oily soil dihilangkan dari substrat (permukaan bahan yang dicuci) yang melibatkan surfaktan di dalam air. Pada gambar, ekor lipofilik ditarik menuju oily soil dan teradsorpsi ke dalamnya dengan kepala hidrofilik mengarah ke luar menuju air. Oily soil

terdispersi ke dalam air dengan cara yang hampir sama dengan formasi emulsi oil-in-water

(O/W). Secara simultan, molekul surfaktan teradsorbsi menuju permukaan subtrat dengan gugus hidrofilik mengarah ke air, mencegah oily soil teredeposisi kembali. Ketika konsentrasi surfaktan dalam jumlah tinggi membentuk misela, sebagian oily soil dapat dihilangkan dengan cara solubilisasi membentuk busa mikro-emulsi (Hargreaves, 2003).

7

Gambar 5. Mekanisme pembersihan oleh surfaktan (Hargreaves, 2003).

2.2

Metil Ester

Metil ester merupakan salah satu bahan oleokimia dasar, turunan dari minyak atau lemak selain asam lemak yang dihasilkan melalui reaksi kimia esterifikasi ataupun transesterifikasi (Lynn, 2005). Esterifikasi adalah reaksi asam lemak dengan alkohol menggunakan katalis asam menghasilkan ester. Katalis yang biasa digunakan adalah asam sulfat. Persamaan reaksinya seperti yang terlihat pada Gambar 6.

Asam

RCOOH + R’OH

RCOOR’ + H

2O

Asam

Alkohol

Katalis

Ester

Air

Gambar 6. Reaksi esterifikasi asam lemak (Lynn, 2005)

Adapun bahan baku yang dipakai untuk pembuatan MES ini adalah olein minyak sawit menggunakan proses transesterifikasi. Transesterifikasi berfungsi untuk menggantikan gugus alkohol pada gliserol dengan senyawa alkohol sederhana seperti metanol atau etanol. Pada reaksi transesterifikasi, terjadi pemindahan alkohol dari suatu ester menjadi alkohol lain dalam proses yang sama melalui hidrolisis. Umumnya metil ester diproduksi melalui proses transesterifikasi menggunakan metanol atau biasa disebut metanolisis. Diantara alkohol yang mungkin digunakan, penggunaan methanol lebih disukai karena berharga lebih murah (Meher et al., 2004). Menurut Sontag (1982), proses metanolisis (hidrolisis menggunakan metanol) terhadap minyak atau lemak akan menghasilkan metil ester dan gliserol melalui pemecahan molekul trigliserida. Persamaan transesterifikasi antara minyak dengan metanol secara umum disajikan pada Gambar 7.

8

Gambar 7. Reaksi transesterifikasi antara lemak atau minyak dengan metanol (Hui, 1996). Menurut Meher et al. (2004), proses transensterifikasi dipengaruhi oleh berbagai faktor tergantung kondisi reaksinya. Variabel yang mempengaruhi proses transesterifikasi adalah rasio alkohol terhadap jumlah asam lemak, jenis dan konsentrasi katalis, suhu dan kecepatan pengadukan. Menurut Noureddini dan Zhu (1997), reaksi transesterifikasi menggunakan katalis asam fosfat mengakibatkan reaksi bersifat reversible (dua arah), dimana proses pembentukan turunan minyak (metil ester dan asam lemak bebas) serta pembentukan trigliserida berlangsung secara bersamaan sampai pada titik kesetimbangan. Selain asam fosfat, menurut Hui (1996), katalis yang dapat digunakan dalam proses transesterifikasi adalah NaOCH3, KOH dan NaOH. Menurut Boocock et al. (1998), basa mengkatalisis metanolisis minyak nabati lebih lambat dari pada butanolisis karena dua fase cair berada pada awal reaksi pembentukan.

2.3

Metil Ester Sulfonat (MES)

Metil ester sulfonat (MES) bermuatan negatif pada gugus hidrofiliknya atau bagian aktif permukaan (surface-active) yang termasuk golongan surfaktan anionik. Struktur kimia metil ester sulfonat (MES) dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Struktur kimia Metil Ester Sulfonat (MES) (Watkins, 2001).

Menurut MacArthur et al. (2002), MES dapat disintesis dari tanaman kelapa, kelapa sawit (CPO dan PKO), lemak sapi dan kedelai. MES termasuk golongan ester yang dibuat dengan mereaksikan asam karboksilat dan alkohol. Sebagian besar MES diproduksi dari oleokimia melalui proses transesterifikasi asam lemak dengan methanol.

Matheson (1996) menyatakan bahwa Metil Ester Sulfonat (MES) dapat dikelompokkan sebagai surfaktan anionic. Surfaktan ini dapat diperoleh melalui reaksi sulfonasi Metil Ester yang dilakukan dengan menggunakan reaksi esterifikasi terhadap asam lemak atau transesterifikasi langsung terhadap minyak/ lemak nabati dengan alkohol (Gervasio, 1996).

Pemanfaatan MES sebagai bahan aktif pada deterjen telah banyak dikembangkan karena produksinya mudah, memperlihatkan karakteristik wetting agent, menurunkan tegangan permukaan,

9

pendispersi yang baik, dan memiliki daya deterjensi yang tinggi walaupun pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi (hard water), tidak mengandung fosfat, memiliki toleransi terhadap ion Ca2+ yang lebih baik, memiliki tingkat pembusaan yang rendah dan memiliki stabilitas yang baik terhadap pH, serta mudah didegradasi (Matheson, 1996).

Menurut hasil pengujian Watkins (2001), memperlihatkan bahwa laju biodegradasi MES serupa dengan sabun, namun lebih cepat dibandingkan dengan petroleum sulfonate. Hal tersebut menyebabkan Metil Ester Sulfonat diindikasikan akan menjadi surfaktan anionik yang paling penting. Dibandingkan dengan petroleum sulfonat, MES menunjukkan beberapa kelebihan, diantaranya pada konsentrasi lebih rendah MES memiliki daya deterjensi sama dengan petroleum sulfonate dan memiliki kandungan garam (disalt) yang lebih rendah. Selain itu, pada formulasi produk pembersih yang menggunakan enzim, MES mampu mempertahankan kerja enzim lebih baik dibandingkan dengan LAS (Watkins, 2001).

Disalt merupakan produk samping yang dihasilkan pada proses sulfonasi. Terbentuknya disalt dapat menghasilkan karakteristik surfaktan yang kurang baik, seperti sensitif terhadap air sadah, menurunkan daya kelarutan surfaktan dalam air, daya deterjensi 50% menjadi lebih rendah, dan umur simpan produk menjadi lebih singkat. Selain itu keberadaan disalt dapat menyebabkan sifat aktif pada permukaan surfaktan menjadi lebih rendah (Swern, 1979).

2.4

Methyl Ester Sulfonate Acid

(MESA)

Off Grade

MSA off grade merupakan hasil samping dari proses pembuatan MES. MES dibuat melalui tahapan sulfonasi, aging dan netralisasi. Jenis minyak yang biasanya disulfonasi adalah minyak yang mengandung ikatan rangkap atau gugus hidroksil pada molekulnya. Bahan baku minyak yang digunakan pada industri adalah minyak berwujud cair yang kaya akan ikatan rangkap (Bernardini,1983). Menurut Bernardini (1983) dan Pore (1976), pereaksi yang digunakan pada proses sulfonasi diantaranya adalah asam sulfat (H2SO4), oleum (larutan SO3 didalam H2SO4), sulfur trioksida (SO3), asam sulfamat (NH2SO3H) dan asam klorodulfonal (CISO3H). Perlakuan penting pada proses sulfonasi yang harus dipertimbangkan untuk menghasilkan kualitas produksi yang terbaik antara lain adalah rasio mol, konsentrasi gugus sulfat yang ditambahkan, waktu netralisasi, jenis, dan konsentrasi katalis, serta pH dan suhu netralisasi (Foster, 1996).

Reaksi sulfonasi molekul asam lemak dapat terjadi pada tiga sisi, yaitu (1) gugus karboksil; (2) bagian α-atom karbon; (3) rantai tidak jenuh (ikatan rangkap). Reaksi ini dapat dilihat seperti pada Gambar 9.

H

H

H

O

1

H

C

C

CH = CH

C

CH2

C

H

H

H

OH

3

2

Gambar 9. Kemungkinan posisi pengikatan gugus sulfonat dalam proses sulfonasi (Jungermann, 1979).

Menurut Roberts et al. (2008), jika rasio mol SO3 dengan metil ester lebih rendah dari 1,2, maka konversi metil ester menjadi metil estser sulfonat secara sempurna tidak tercapai. Hal ini

10

biasanya terjadi pada saat reaktor baru dinyalakan sampai dengan waktu tertentu. Keadaan stabil akan tercapai sampai waktu aging yang tepat tergantung pada suhu proses, rasio mol SO3 dengan metil ester, tingkat konversi yang diperlukan dan karakteristik reaktor yang digunakan. Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) off grade dihasilkan saat aging belum mencapai waktu yang tepat. Proses pembuatan MES yang menghasilkan hasil samping MESA off grade dapat dilihat pada Lampiran 1.

Pada penelitian, MESA off grade yang dihasilkan akan dijadikan agen pembersih. MESA off grade akan ditambahkan dengan Natrium Hidroksida (NaOH) dengan konsentrasi tertentu. Penambahan ini dilakukan pada proses netralisasi, untuk menetralisir sifat keasaman yang ditimbulkan oleh MESA off grade. NaOH merupakan basa kuat yang memiliki derajat disosiasi, berwarna putih serrta sangat kuat dalam menyerap kelembaban dan karbon dioksida dari udara. NaOH disebut juga kaustik soda karena sifatnya yang korosif terhadap kulit. NaOH sering digunakan pada bidang tekstil, pembuatan sabun, penghilang lemak pada baja yang tahan karat dan peralatan gelas, seta pada penggolahan minyak bumi. Senyawa ini sangat mudah terionisasi membentuk ion natrium dan hidroksida (Keenan et al., 1989 dalam Tanty, 2009). NaOH berfungsi untuk meningkatkan daya bersih, sebagai pengemulsi yang baik dan dipakai untuk proses netralisasi surfaktan. Umumnya industri menggunakan NaOH yang sudah berbentuk larutan dengan konsentrasi 48%.

2.5

Agen Pembersih

Agen pembersih berfungsi untuk menghilangkan kotoran, termasuk debu, noda, lemak, dan lainnya. Umumnya pembersih berbentuk bubuk, cair, padat, dan pasta. Menurut Firman (2011), pembersih yang baik umumnya harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

a. Biodegradable yaitu dapat diuraikan oleh mikroorganisme, sehingga tidak membahayakan lingkungan atau tidak mencemari lingkungan.

b. Solubility yaitu dapat larut dalam air dan mudah dihilangkan dari permukaan benda yang dibersihkan.

c. Wetting yaitu sifat pembasahan yang kuat, untuk mendapatkan sifat ini diperlukan adanya zat aktif permukaan (surfaktan) untuk menurunkan tegangan permukaan air, sehingga pembasahan pada permukaan benda yang dibersihkan dapat berlangsung dengan cepat.

d. Emulsification yaitu sifat pembersih yang bekerja memecah kotoran menjadi partikel- partikel kecil.

e. Soil Suspension yaitu kotoran yang sudah diemulsikan harus dibuat tersuspensi dalam larutan untuk mencegah melekatnya kembali pada permukaan benda yang telah dibersihkan.

f. Rinsability yaitu sisa-sisa zat pembersih dan kotoran harus mudah dihilangkan dari permukaan benda yang sudah dibersihkan.

g. Desinfectan yaitu kemampuan yang dapat membunuh bakteri pembawa penyakit. h. pH : pembersihharus memiliki sifat keasaman dan kebasaan tertentu (agen pembersih

dapat bersifat asam, basa atau netral), tetapi sebagian besar dari kotoran organik bersifat asam, sehingga diperlukan pembersih yang bersifat basa. Agen pembersihakanbersifat asam bila pH < 7, sedangkan bersifat basa bila pH > 7.

11

Hanson (1992) dalam Adiandri (2006), menyatakan bahwa deterjen dapat digunakan sebagai bahan untuk meningkatkan daya pembersihan oleh air. Ilustrasi deterjen dalam membersihkan kotoran disajikan pada Gambar 10.

(A)

(B)

(C)

(D)

Gambar 10. Ilustrasi pengikatan kotoran oleh deterjen (www.chemistry.co.nz dalam Adiandri, 2006) Gambar 10 memperlihatkan adanya 4 tahapan dalam proses pengikatan kotoran pada permukaan suatu benda oleh surfaktan sebagai komponen utama dalam formulasi deterjen. Pada kondisi A, kotoran menempel pada permukaan suatu benda, pada B kotoran diikat oleh molekul-molekul surfaktan, kondisi C permukaan suatu benda telah bersih dari kotoran, dan pada kondisi D, molekul-molekul surfaktan menjaga agar kotoran yang telah diikat tidak menempel kembali pada permukaan suatu benda.

Agen pembersih merupakan larutan surfaktan yang ditambahkan dengan bahan lain untuk menyesuaikan viskositas serta mempertahankan karakteristik aslinya selama masa penyimpanan hingga penggunaan (Woolat,1985). Deterjen termasuk kedalam kelompok emulsi, dikarenakan deterjen terdiri dari beberapa bahan yang memiliki sifat kepolaran yang berbeda dan bila dicampur dapat membentuk produk yang homogen.

Emulsi adalah sistem heterogen yang terdapat sedikitnya satu jenis cairan yang terdispersi didalam cairan lainnya dalam bentuk doplet-doplet kecil (Romanowsky, 1998 dalam adiandri, 2006). Sistem emulsi mampu mencampurkan berbagai macam bahan yang memiliki perbedaan kepolaran dalam satu campuran yang homogen. Menurut Suryani et al. (2000), emulsi dapat distabilkan oleh molekul-molekul surfaktan yang membentuk agregat melalui pembentukkan lapisan pelindung antara fase terdispersi dan pendispersi. Karakterisitik yang harus dimiliki oleh deterjen antara lain memiliki busa yang stabil, daya pembersihan yang efektif, tidak toksik, tidak merusak perlengkapan yang dicuci (korosif), stabil selama penyimpanan, serta mudah digunakan (Parker, 2007).

Kotoran

12

III.

METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan dari bulan Juni sampai Desember 2011, di Laboratorium Surfaktan dan Polimer- Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi (Surfactant and Bioenergy Research Center), IPB, Bogor.

3.2

Alat dan Bahan

Pada penelitian ini digunakan dua kelompok peralatan yang digunakan, yaitu peralatan pembuatan agen pembersih dan peralatan pengujian kinerja surfaktan. Pada tahap pembuatan surfaktan digunakan neraca analitik, sudip, magnetic stirrer, hotplate, pipet, gelas piala, dan termometer. Peralatan yang digunakan untuk pengujian kinerja surfaktan meliputi pH meter,

density-meter Anton Paar DMA 4500, viscometer Brookfield DV-III Ultra, oven, gelas ukur 500 ml, pipa, tensiometer, kain, blender, kulkas (freezer), spektrofotometer Harch DR 2000, timbangan analitik, sudip, pipet tetes, dan gelas piala. Bahan yang digunakan adalah MESA (metil ester sulfonat acid) off grade yang diperoleh dari SBRC, larutan NaOH berkonsentrasi 40%, 45%, 50% dan 55% , akuades, serta zat pengotor berupa oli.

3.3

Metode Penelitian

MESA off grade yang berwarna hitam, dengan pH kurang dari 1 dinetralisasi dengan larutan NaOH berkonsentrasi 40%, 45%, 50% dan 55% (b/v). Larutan NaOH dibuat dengan cara penambahan NaOH dengan akuades.

Pembuatan agen pembersih dengan cara mencampurkan larutan NaOH dengan surfaktan

Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) off grade dengan suhu 60-80oC pada hotplate dan dihomogenisasi menggunakan magnetic stirrer hingga memiliki pH 7-8. Penambahan NaOH dapat meningkatkan pH pada MESA off grade. Proses netralisasi menghasilkan MES off grade. Nilai pH awal MESA off grade yang memiliki nilai kurang dari 1, kemudian dinetralisasi dengan penambahan NaOH, sehingga nilai pH MESA yang didapat berkisar antara nilai 7-8 agar sesuai dengan SNI. Agen pembersih yang dihasilkan dianalisis sifat fisikokimianya dengan uji viskositas, bobot jenis dan kinerja deterjen meliputi stabilitas emulsi, tegangan permukaan, daya pembusaan, stabilitas busa, serta daya deterjensi. Diagram alir pembuatan agen pembersih dapat dilihat pada Gambar 11.

3.4

Rancangan Percobaan

Dalam proses pembuatan agen pembersih untuk aplikasi pembersih pipa penyalur kotoran berminyak, variabel yang diujikan yaitu formulasi MES off grade dan konsentrasi NaOH (40%, 45%, 50% dan 55%). Menurut Mattjik dan Sumertajaya (2002), model matematika yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL):

13

dengan :

Yij = Pengamatan pada perlakuan ke-i ulangan ke-j µ = pengaruh rataan sebenarnya

αi = efek yang sebenarnya, taraf ke-i (i = 1,2,3) έij = pengaruh galat pada perlakuan ke-i ulangan ke-j

\

Gambar 11. Diagram alir pembuatan agen pembersih dari MESA off grade

Homogenisasi

(60-80

o

C)

Agen pembersih/ MES

off

grade

Untuk Kotoran

Berminyak Pada Pipa Industri

Larutan NaOH 40%,

45%, 50% dan 55%

MESA

Off Grade

Homogenisasi

14

IV.

HASIL DAN PEMBAHASAN

MESA off grade merupakan hasil samping dari proses sulfonasi MES yang memiliki nilai IFT lebih besar dari 10-4, sehingga tidak dapat digunakan untuk proses Enhanced Oil Recovery

(EOR). MESA off grade berwarna hitam (gelap) dengan pH yang sangat asam dan memiliki kekentalan yang rendah. Menurut Hidayat (2011), umumnya nilai pH MESA lebih kecil dari 1 dan cenderung mengalami degradasi selama penyimpanan sampai dilakukan proses netralisasi. Selain itu, lamanya waktu reaksi sulfonasi juga mempengaruhi penurunan nilai pH. Agar MESA off grade

dapat dimanfaatkan sebagai agen pembersih, perlu dilakukan proses netralisasi dengan menggunakan larutan NaOH. Warna hitam pada MESA off grade disebabkan adanya reaksi gas SO3 dengan ikatan rangkap metil ester.

Metil ester yang mengandung asam lemak tidak jenuh menghasilkan produk berwarna hitam karena terbentuknya senyawa polisulfonat yang memiliki ikatan rangkap terkonjugasi (Hidayat, 2011). Warna hitam pada MESA off grade membatasi aplikasinya sebagai agen pembersih peralatan rumah tangga. Oleh karena itu, MESA off grade dimanfaatkan untuk membersihkan pipa penyalur kotoran berminyak pada industri. Pengaruh konsentasi NaOH terhadap surfaktan Metil Ester Sulfonat Acid (MESA) off grade sebagai agen pembersih untuk aplikasi pada industri pengolahan minyak diukur dengan mengukur sifat fisiko kimia (viskositas dan densitas), dan kinerja MES off grade yang dihasilkan (stabilitas emulsi, tegangan permukaan, daya pembusaan, stabilitas pembusaan, dan daya deterjensi).

4.1

Pengukuran Sifat Fisiko Kimia yang Dihasilkan MESA

Off Grade

4.1.1

Viskositas

Viskositas merupakan salah satu sifat fluida yang dipengaruhi oleh ukuran dan gaya antar molekul. Viskositas menunjukkan tingkat kekentalan suatu fluida. Semakin tinggi nilai viskositas maka semakin tinggi pula tingkat kekentalan suatu fluida, yang mengindikasikan berubahnya struktur dan ikatan antar molekul. Menurut Holemberg et al. (2002), kenaikan viskositas disebabkan karena meningkatnya konsentrasi partikel, demikian pula sifat alir bahan tergantung pada viskositas dan densitas cairan. Menurut Suryani et al. (2000), nilai rigiditas misel, diameter dan distribusi ukuran misel mempengaruhi nilai viskositas yang didapat.

Proses netralisasi dengan NaOH menyebabkan terikatnya gugus Na pada gugus sulfonat, sehingga MES off grade cenderung memiliki ukuran molekul yang lebih besar. Hal ini menyebabkan viskositas MES off grade yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan dengan MESA off grade. Pada Gambar 12 disajikan pengaruh konsentrasi larutan NaOH terhadap viskositas MESA off grade.

Pengujian analisis ragam pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH yang berbeda tidak berpengaruh nyata terhadap viskositas agen pembersih. Larutan NaOH memiliki viskositas larutan yang rendah, sehingga penambahan larutan NaOH tidak memberikan peningkatan viskositas pada agen pembersih yang dihasilkan. Hal ini didukung dengan hasil penelitian Suryani et al. (2000), yang menyatakan bahwa variasi konsentrasi NaOH hanya memberikan sedikit pengaruh terhadap nilai viskositas. Histogram hasil vikositas MES off grade ditunjukkan pada Gambar 12.

15

Gambar 12. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap viskositas MES off grade

Rata-rata nilai viskositas MESA pada konsentrasi NaOH 40%, 45%, 50%, dan 55% berkiasar antara 23-27 cp (Gambar 12). Hasil histogram dapat dilihat bahwa terdapat pola kecenderungan meningkat sampai konsentrasi NaOH 45% lalu menurun pada konsentrasi selanjutnya. Viskositas juga berperan untuk meningkatkan stabilitas emulsi karena dapat menghambat proses bersatunya misel-misel (Woolat, 1985).Viskositas sebagai salah satu atribut mutu agen pembersih diukur karena kebanyakan konsumen masih mengaggap dalam volume yang sama, produk dengan viskositas tinggi memmiliki komponen aktif yang lebih banyak.

4.1.2

Densitas

Densitas atau bobot jenis adalah bobot suatu cairan per berat satuan volume (ASTM, 2002). Densitas MESA off grade diukur untuk mengetahui kerapatan antar molekul dalam material. Pada umumnya densitas dikaitkan dengan viskositas, yaitu cairan yang lebih padat (densitasnya tinggi) memiliki viskositas lebih tinggi dibandingkan cairan yang densitasnya rendah. Pengukuran densitas ini dilakukan dengan menggunakan density meter pada suhu 70oC.

Hasil analisis ragam menunjukkan konsentrasi NaOH berbeda berpengaruh nyata pada densitas agen pembersih dengan tingkat kepercayaan 95%. Hasil uji lebih lanjut Duncan menunjukkan densitas MESA off grade dengan NaOH konsentrasi 45% berbeda nyata dengan MESA off grade dengan konsentrasi NaOH 40%, sedangkan MESA off grade dengan NaOH konsentrasi 50% dan 55% tidak memberikan perbedaan nyata. Hasil lengkap analisis ragam dan uji lanjut Duncan terhadap nilai densitas MES off grade dapat dilihat pada Lampiran 6. Densitas MESA off grade pada konsentrasi NaOH 40%, 45%, 50% dan 55% sebesar 0,9486 g/cm3; 0,9649 g/cm3; 0,95964 g/cm3; dan 0,95894 g/cm3. Histogram hasil pengaruh konsentrasi NaOH terhadap densitas MES off grade dapat dilihat pada Gambar 13.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

40% 45% 50% 55%

Vis

k

o

sit

a

s

(cP

)

16

Gambar 13. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap densitas MES off grade

MESA off grade yang dinetralisasi dengan larutan NaOH 45% memiliki nilai densitas tertinggi dibandingkan MESA off grade dengan konsentrasi NaOH lainnya (Gambar 13). Terlihat kecenderungan peningkatan densitas hingga konsentrasi NaOH 45%. Kecenderungan ini sesuai dengan kecenderungan pada Gambar 12 untuk uji viskositas. Sifat fisik densitas memiliki korelasi dengan viskositas, yaitu MES off grade yang mempunyai densitas rendah memiliki viskositas yang rendah pula. Kecenderungan menurun terjadi setelah konsentrasi NaOH 45%, penurunan ini kemungkinan disebabkan oleh proses netralisasi yang kurang sempurna pada MESA off grade. Proses netralisasi yang kurang sempurna ini kemungkinan disebabkan oleh konsentrasi NaOH yang terlalu pekat, sehingga merusak molekul-molekul MESA off grade.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya bobot jenis antara lain adalah bobot jenis komponen itu sendiri, suhu dan tekanan. Komponen dengan bobot jenis yang lebih rendah akan menurunkan bobot jenis deterjen dan komponen dengan bobot jenis yang lebih tinggi akan meningkatkan bobot jenis deterjen. Densitas agen pembersih rata-rata MES off grade berkisar antara 0,94-0,97 g/ml. Hal ini tidak sesuai dengan SNI (deterjen cair), yaitu antara 1,0-1,2 g/ml. Nilai densitas yang lebih rendah ini kemungkinan disebabkan karena saat pengukuran densitas dilakukan pada suhu sebesar 70oC, sehingga menyebabkan melemahnya atau degradasi ikatan antar molekul pada MES yang mengakibatkan pemutusan ikatan antar molekul. Perubahan atau pemutusan ikatan molekul tersebut dapat menyebabkan terjadinya penurunan kerapatan massa yang menyebabkan menurunnya densitas dan viskositas. Densitas, viskositas, serta stabilitas emulsi diukur untuk menyatakan ketahanan penyimpanan dari agen pembersih yang dihasilkan (Holemberg et al., 2002).

4.2

Uji Kinerja MES

Off Grade

4.2.1

Stabilitas Emulsi

Stabilitas emulsi pada MES off grade yang dihasilkan menunjukkan ketahanan emulsi dari MES off grade dalam kondisi penyimpanan yang berubah-ubah, sehingga komponen-komponen aktifnya tidak hilang, rusak atau berkurang akibat perubahan suhu atau lamanya

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

40% 45% 50% 55%

D ens it a s (g /c m 3) Konsentrasi NaOH

17

penyimpanan. Menurut Claesson et al., (2001), emulsi adalah dispersi suatu larutan dalam larutan lainnya, pada umumnya adalah water-in-oil (w/o) atau oil-in water (o/w). Kestabilan suatu emulsi dipengaruhi oleh tegangan permukaan antar kedua fasa, sifat zat yang teradsoprsi pada lapisan antar muka, besar muatan listrik partikel, ukuran partikel, volume fasa terdispersi, viskositas medium pendispersi, perbedaan densitas kedua fasa serta kondisi penyimpanan (Bennet, 1947; Rieger dan Rhein, 1995).

Hasil analisis ragam MESA off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda tidak berpengaruh nyata pada stabilitas emulsi dengan tingkat kepercayaan 95%. Didapatkan hasil stabilitas emulsi rata-rata pada umumnya memiliki tingkat stabilitas yang cukup tinggi, yaitu diatas 95%. Berdasarkan uji bobot jenis, kondisi ini diduga akibat bahan-bahan yang digunakan memiliki perbedaan bobot jenis yang kecil, sehingga laju pengendapan semakin rendah dan kestabilan emulsi semakin tinggi. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap stbailitas emulsi MES off grade dapat dilihat pada Gambar 14.

Gambar 14. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap stabilitas emulsi MES off grade

Stabilitas emulsi agen pembersih cenderung meningkat hingga konsentrasi NaOH 45%, selanjutnya dengan peningkatan konsentrasi NaOH diatas 45% akan menurunkan stabilitas emulsi agen pembersih (Gambar 14). Peningkatan kestabilan yang sesuai dengan peningkatan konsentrasi NaOH ini diduga diakibatkan oleh terikatnya ion Na pada gugus sulfonat, sehingga MES off grade cenderung memiliki ukuran molekul yang lebih besar. Pola kecenderungan viskositas dan densitas memiliki kesamaan dengan pola kecenderungan stabilitas emulsi yang didapatkan. Hal ini sesuai dengan Waistra (1996) yang menyatakan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas emulsi antara lain viskositas, perbedaan densitas antar fasa, lama dan suhu penyimpanan.

4.2.2

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan air merupakan gaya yang terjadi di antara molekul cairan (Hargreaves, 2003). Pengukuran tegangan permukaan air dilakukan dengan menggunakan tensiometer. Tegangan permukaan air terjadi karena gaya kohesi antar molekul udara yang berada di permukaan. Molekul ini tidak memiliki molekul lain di atasnya sehingga molekul tersebut saling melekat lebih kuat dengan molekul yang ada di sekitarnya. Tegangan permukaan air akan menurun dengan adanya penambahan surfaktan.

0 25 50 75 100

40% 45% 50% 55%

S ta bil it a s E m uls i (%) Konsentrasi NaOH

18

Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95%, MESA off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda tidak berpengaruh nyata pada hasil tegangan permukaan. Histogram hasil pengaruh konsentrasi NaOH terhadap tegangan permukaan MES off grade

dapat dilihat pada Gambar 15.

Gambar 15. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap tegangan permukaan dengan penambahan MES off grade

Tegangan permukaan air dengan penambahan surfaktan yang dihasilkan memiliki nilai rata-rata berkisar antara 34 - 35,5 dynes/cm (Gambar 15). Tegangan permukaan air mengalami penurunan dari tegangan permukaan air sebelumnya tanpa penambahan surfaktan, yaitu sebesar 58 dynes/cm. Tegangan permukaan air dengan penambahan agen pembersih yang dihasilkan cenderung menurun hingga konsentrasi NaOH 45% dan mengalami peningkatan pada konsentrasi selanjutnya. Menurut Sibuea (2008), tegangan permukaan air dapat menurun dikarenakan molekul surfaktan terorientasi dan teradsorpsi pada permukaan larutan dengan gugus hidrofobik menghadap udara. Gaya kohesi cairan yang tinggi menyebabkan gaya kohesi hidrokarbon lebih rendah dari tegangan air, sehingga tegangan permukaan turun. Pola kecenderungan ini juga dapat memberikan kesimpulan bahwa pada penambahan NaOH dengan konsentrasi lebih dari 45% menyebabkan proses netralisasi tidak sempurna karena terlalu pekatnya konsentrasi sehingga merusak MESA off grade.

Stabilitas emulsi agen pembersih memiliki kecenderungan menaik hingga konsentrasi NaOH 45% (Gambar 14). Hal ini berlawanan dengan pola kecenderungan tegangan permukaan yang menurun hingga konsentrasi NaOH 45% (Gambar 15). Hasil penelitian Arbianti et al.

(2008), membuktikan bahwa semakin tinggi kemampuan menurunkan tegangan permukaan, maka semakin tinggi pula stabilitas emulsi. Sedangkan semakin tinggi konsentrasi surfaktan, maka semakin rendah tegangan permukaan air.

4.2.3

Daya Pembusaan

Busa adalah buih-buih yang saling berdekatan membentuk dinding-dinding polihedral yang saling membagi sudut menjadi 1200. Formasi tersebut mirip dengan struktur sarang lebah. Dinding-dinding yang terbentuk dari cairan ini memisahkan kotoran yang lepas di dalam suspense (SDA-Amerika, 2003 dalam Sidik, 2009). Pembentukkan busa disebabkan oleh adanya surfaktan yang menguatkan area lemah pada molekul air dan menurunkan tegangan

0 10 20 30 40

40% 45% 50% 55%

T eg a ng a n P er m uk a a n (Dy nes /cm ) Konsentrasi NaOH

19

permukaan air yang menyebabkan busa dapat terbentuk pada permukaan air. Bentuk dari busa sendiri tidaklah sama. Busa yang berbentuk gelembung disebabkan adanya udara yang mengisi ruang tengah dari busa, sehingga bila tekanan udara dalam busa terlalu tinggi maka akan menekan lapisan film dinding-dinding busa, dan gelembung busa akan pecah. Busa berkontribusi sebagai antiredeposisi yang mengikat kotoran pada busa, sehingga tidak kembali menempel pada permukaan.

Busa dapat diukur dengan satuan volume. Pada penelitian ini busa diukur dengan satuan volume mililiter (ml). Penentuan nilai busa dilakukan untuk memeriksa apakah perlakuan yang diberikan memberikan pengaruh nyata terhadap daya pembusaan deterjen. Pengukuran dilakukan pada suhu kamar dengan konsentrasi deterjen sebesar 0,1% menggunakan air

aquades (destilata) sebagai campurannya (Lampiran 3). Menurut Germain (2001), faktor-faktor yang mempengaruhi busa diantaranya konsentrasi deterjen, kesadahan air, suhu air dan adanya bahan pengotor.

Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95%, menunjukkan daya pembusaan MESA off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda tidak berpengaruh nyata pada stabilitas busa. Dengan kata lain daya pembusaan pada tiap konsentrasi memiliki jumlah busa yang relatif sama. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya pembusaan MES off grade

dapat dilihat pada Gambar 16.

Gambar 16. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya pembusaan MES off grade

Pada Gambar 16, terjadi kecenderungan meningkatnya daya pembusaan hingga konsentrasi NaOH 45% dan kecenderungan menurun pada konsentrasi 50% dan 55%. Pola kecenderungan ini sama seperti pola kecenderungan pada Gambar 16 dan berbanding terbalik dengan pola kecenderungan pada Gambar 15. Semakin tinggi konsentrasi surfaktan pada larutan menyebabkan turunnya tegangan permukaan air, sehingga semakin banyak busa yang akan dihasilkan. Hal inilah yang menyebabkan MES off grade yang dihasilkan pada konsentrasi NaOH 45% memiliki nilai pembusaan tertinggi. Namun hasil terbaik dari daya pembusaan yang diperlukan untuk pipa industri adalah pada konsentrasi NaOH 55%. Hal ini dikarenakan industri akan mengalirkan agen pembersih pada pipa dengan menggunakan high pressure sprying sehingga busa tidak diperlukan pada proses pembersihan pipa.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

40% 45% 50% 55%

Da y a P em bu sa a n ( m l) Konsentrasi NaOH

20

4.2.4

Stabilitas Busa

Stabilitas busa diukur untuk menghubungkan penurunan volume busa terhadap waktu. Menurut Sidik (2009), busa yang dihasilkan oleh agen pembersih harus stabil agar dapat bertahan lebih lama pada proses pencucian. Stubenrauch et al. (2003) menyatakan bahwa stabilitas busa disebabkan adanya penambahan NaOH yang menaikkan kerapatan muatan negatif diantara dinding busa sampai kapasitas optimum dari dinding busa, sehingga stabilitas busa meningkat. Kenaikan muatan negatif membentuk gaya tolak menolak diantara lapisan buih, yang menyebabkan antar buih tidak saling menyatu. Nilai kerapatan muatan yang tinggi pada lapisan antar muka buih dapat meningkatkan nilai stabilitas busa, yang disebabkan oleh kenaikan kerapatan muatan negatif diantara molekul-molekul surfaktan. Kenaikan kerapatan muatan ini membantu terbentuknya gaya tolak menolak antar lapisan buih, sehingga memungkinkan penyatuan buih semakin diperkecil. Nilai kerapatan muatan yang tinggi pada lapisan antar muka buih dapat meningkatkan nilai stabilitas busa.

Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95% menunjukkan konsentrasi NaOH yang berbeda tidak menunjukkan adanya pengaruh nyata pada hasil stabilitas busa deterjen (lampiran 6). Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap stabilitas pembusaan MES off grade yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 17 dibawah.

Gambar 17. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap stabilitas busa MES off grade

Hasil stablitas busa MES off grade pola kecenderungan meningkat sampai dengan konsentrasi NaOH 50%. Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas busa, yaitu kerapatan muatan di antara molekul-molekul surfaktan (kapasitas dinding busa) dan elastisitas dinding busa. MESA off grade dengan konsentrasi NaOH 50% memiliki pola kecenderungan yang menaik, sehingga memiliki kerapatan muatan dan elastisitas dinding busa yang lebih baik dibandingkan dengan konsentrasi lainnya. Adanya pola kecenderungan yang menurun pada grafik kemungkinan disebabkan karena penambahan NaOH dengan konsentrasi 55% meningkatkan elastisitas dinding busa. Oleh karena itu, tegangan permukaan optimal cukup tinggi, selain itu terlalu pekatnya basa yang digunakan dapat menyebabkan rusaknya MESA off grade. Hal ini menyebabkan elastisitas dinding busa akan menurun dan stabilitas busa berkurang. Namun karena agen pembersih digunakan untuk pipa industri yang biasanya menggunakan spray untuk mengalirkannya, konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 55%. Konsentrasi dengan stabilitas busa terkecil digunakan agar tidak terbentuk busa saat aplikasi dengan high pressure spray.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

40% 45% 50% 55%

Sta bil it a s B us a ( %) Konsentrasi NaOH

21

4.2.5

Daya Deterjensi

Deterjensi adalah proses pembersihan permukaan padat dari benda asing yang tidak diinginkan dengan menggunakan cairan pencuci atau perendam berupa larutan surfaktan (Lynn, 2005). Daya deterjensi ditentukan dengan mengukur padatan terlarut yang terdapat pada cairan hasil cucian. Hui (1996) menyatakan bahwa terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi deterjensi antara lain adalah konsentrasi dan struktur surfaktan, tingkat kesadahan dan adanya builder, serta kotoran alami. Faktor penting lainnya adalah suhu mencuci; jangka waktu proses mencuci; reaksi mekanik; jumlah relatif kotoran, substrat; serta kondisi bilasan, selain itu adanya ion kalsium dan magnesium, mempunyai pengaruh terhadap pencucian karena dapat menurunkan deterjensi. Pada penelitian ini, pengukuran daya deterjensi dilakukan dengan menggunakan dua media pencucian, yaitu media kain dan pipa.

4.2.5.1

Daya Deterjensi Menggunakan Media Kain

Pada pengukuran daya deterjensi ini digunakan kain putih sebagai media dengan ukuran kain sebesar 5 x 5 cm (Lampiran 4). Kain yang digunakan diberikan zat pengotor berupa oli dengan konsentrasi 0,1 ml (Gambar 18). Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95%, menunjukkan daya pembusaan MES off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda tidak menunjukkan pengaruh nyata pada daya deterjensi dengan menggunakan media kain (Lampiran 6). Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya deterjensi dapat dilihat pada Gambar 19.

Gambar 19. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya deterjensi menggunakan media kain dengan pengukuran absorbansi

Hasil pengamatan menunjukkan pola kecenderungan meningkatnya daya deterjensi sampai konsentrasi NaOH 45%, lalu menurun pada konsentrasi selanjutnya (Gambar 19). Pola kecenderungan hasil penelitian yang sama seperti pada parameter lain (selain tegangan permukaan), membuktikan bahwa konsentrasi MES off grade yang dihasilkan dengan konsentrasi NaOH 45% memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan konsentrasi NaOH lain.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

40% 45% 50% 55%

Ab so rbans i K a in ( %) Konsentrasi NaOH

22

Gambar 18. Kain yang diberikan pengotor

4.2.5.2

Daya Deterjensi Menggunakan Media Pipa

Daya deterjensi dengan menggunakan media pipa diukur dengan dua cara, yaitu dengan pengukuran berdasarkan absorbsi atau kekeruhan dan dengan pengukuran bobot kotoran yang diluruhkan agen pembersih pada pipa PVC (Lampiran 5). Daya deterjensi dengan pengukuran absorbsi yang dihasilkan memiliki metode perlakuan yang sama seperti metode daya deterjensi dengan media kain.

Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95% (Lampiran 6), menunjukkan MESA off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda tidak berpengaruh nyata terhadap daya deterjensi agen pembersih menggunakan media pipa berdasarkan pengukuran daya absorbansi. Histogram hasil daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran absorbansi dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20. Histogram pengaruh konsentrasi NaOH terhadap daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran absorbansi

Daya deterjensi yang dihasilkan oleh agen pembersih dengan media pipa memiliki pola kecenderungan yang sama seperti pola daya deterjensi dengan media kain, yaitu meningkat sampai konsentrasi NaOH 45% dan menurun pada konsentrasi selanjutnya (Gambar 20).

0 10 20 30 40 50 60 70

40% 45% 50% 55%

Ab

so

rbans

i

Pipa

(%)

23

Pengukuran dengan cara menimbang bobot kotoran, yang dilakukan dengan cara menimbang pipa PVC yang sudah diberikan zat pengotor berupa oli sebanyak 0,5 ml. Hasil didapatkan dari selisih bobot pipa PVC yang sudah diberikan pengotor dengan pipa PVC yang telah dicuci. Hasil analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95% (Lampiran 6), menunjukkan daya deterjensi MESA off grade pada konsentrasi NaOH yang berbeda berpengaruh nyata pada stabilitas busa. Pada uji lanjut Duncan, MESA off grade dengan konsentrasi NaOH 40% berbeda nyata dengan MESA off grade berkonsentrasi NaOH 40% dan 55%, sedangkan MESA off grade dengan konsentrasi 50% tidak memiliki hasil yang berbeda nyata dengan MESA off grade dengan NaOH berkonsentrasi lainya. Histogram hasil daya deterjensi pada media pipa PVC dengan mengukur banyaknya kotoran yang dihilangkan pada pipa ditunjukkan pada Gambar 21

Gambar 21. Histogram daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran perubahan bobot

Pola kecenderungan pada hasil daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran perubahan bobot (Gambar 21) memiliki pola yang sama seperti pada hasil daya deterjensi menggunakan media kain dan pipa dengan mengukur absorbansi. Kecenderungan meningkat pada konsentrasi NaOH 45% dan menurun pada konsentrasi selanjutnya. Hasil daya deterjensi menggunakan media pipa dengan mengukur bobot kotoran menunjukkan bahwa MESA off grade yang dinetralisasi dengan konsentrasi NaOH 45% memiliki daya deterjensi terbaik dibandingkan dengan MES off grade lainnya.

4.3

Penentuan Perlakuan Terbaik

Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan perlakuan terbaik dari seluruh perlakuan yang dicobakan pada surfaktan MESA off grade. Oleh karena itu, diperlukan metode penentuan yang dapat mewakili karakteristik fisiko kimia dan kinerja agen pembersih yang terbaik. Dalam memilih perlakuan terbaik diperlukan parameter-parameter, yaitu berupa parameter fisiko kimia (densitas dan viskositas) dan kinerja deterjen (stabilitas emulsi, tegangan permukaan, daya pembusaan, stabilitas busa dan daya deterjensi).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

40% 45% 50% 55%

K o to ra n y a ng dib er sihk a n (%) Konsentrasi NaOH

24

Parameter fisiko kimia diperlukan untuk mengukur ketahanan agen pembersih saat disimpan dan cara penanganannya, sedangkan parameter kinerja diperlukan untuk mengukur kemampuan deterjen dalam menghilangkan kotoran. Setiap parameter uji memiliki kepentingan dan fungsi yang berbeda namun saling menunjang satu sama lain, sehingga diperlukan pembobotan atau penerapan tingkat kepentingan pada hasil uji yang didapatkan. Sistem ini dilakukan agar diperoleh angka yang dapat mewakili kontribusi setiap parameter uji dalam menunjang kualitas deterjen.

Nilai kepentingan tertinggi diberikan pada daya deterjensi karena parameter uji ini mewakili kinerja agen pembersih dalam menghilangkan kotoran. Pada hasil uji deterjensi didapatkan daya deterjensi terbaik pada MESA off grade dengan penambahan NaOH dengan konsentrasi 45%. Bobot jenis dan stabilitas emulsi diberikan kepentingan tinggi karena parameter ini dapat mewakili ketahanan produk ketika disimpan pada suhu dan lama penyimpanan yang bervariasi. Pada bobot jenis dan stabilitas emulsi didapatkan hasil uji tertinggi yang sama, yaitu pada surfaktan MESA off grade dengan penambahan konsentrasi NaOH 45%. Selain bobot jenis dan stabilitas emulsi, tegangan permukaan juga diberikan nilai kepentingan tinggi. Tegangan permukaan merupakan salah satu parameter yang menunjukkan kualitas surfaktan yang digunakan. Tegangan permukaan air akan menurun dengan adanya penambahan surfaktan. Semakin rendah tegangan permukaan maka semakin tinggi konsentrasi surfaktan didalam air. Pada pengujian didapatkan hasil pola kecenderungan nilai tegangan permukaan terendah dihasilkan oleh MES off grade yang dinetralisasi dengan konsentrasi NaOH 45%.

Viskositas mendapat nilai kepentingan rendah. Konsumen dari agen pembersih yang dibuat adalah industri, bukan dari rumah tangga yang menganggap viskositas tinggi berarti memiliki kandungan bahan aktif yang juga tinggi. Pada pengujian didapatkan pula hasil uji bahwa pada MESA off grade dengan penambahan NaOH 45% memiliki pola kecenderungan viskositas tertinggi dibandingkan dengan kecenderungan MESA off grade dengan kosentrasi NaOH lain. Daya pembusaan dan stabilitas busa mendapat tingkat kepentingan menengah karena meskipun pengaruh terhadap daya pencucian kecil, namun berkontribusi sebagai antiredeposisi yang mengikat kotoran pada busa, sehingga tidak kembali menempel pada permukaan. Kebanyakan konsumen rumah tangga berpikir bahwa daya pembusaan berhubungan dengan tingginya tingkat deterjensi. Pada kenyataannya, busa tidak berhubungan langsung dengan deterjensi dalam pembersihan. Tingkat pembusaan yang berlebihan dapat menyebabkan surface active agen pembersihtertentu membentuk konsentrat dalam busa, sehingga mengurangi kontak dengan kain yang akan dibersihkan (Hui, 1996). Namun dikarenakan konsumen dari agen pembersih ini adalah pihak industri, sehingga daya dan stabilitas busa tidak terlalu dipentingkan. Pola uji daya pembusaan busa tertinggi dimiliki oleh MES off grade dengan konsentrasi NaOH 55%. Walaupan busa tidak diperlukan oleh industri, stabilitas busa suatu surfaktan haruslah stabil. Selain itu busa tidak diperlukan untuk pembersihan dengan proses agitasi maupun high pressure spraying. Stabilitas busa dengan kestabilan terbaik dimiliki oleh MESA off grade dengan NaOH 55%. Hasil lengkap data pengujian terbaik dapat dilihat pada Tabel 1.

Berdasarkan tingkat kepentingan yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa MES off grade

terbaik dihasilkan oleh MESA off grade dengan penambahan konsentrasi NaOH 45%. Penambahan NaOH pada MESA off grade berpengaruh nyata terhadap densitas dan daya deterjensi menggunakan media pipa dengan pengukuran bobot kotoran yang terangkat. Adanya pengaturan pH 7 pada agen pembersih, sehingga banyaknya NaOH yang digunakan tidaklah sama. Selain itu, kepekatan NaOH diatas konsentrasi 45% kemungkinan tidak baik terhadap MESA off grade yang menyebabkan turunnya kinerja dari agen pembersih. MESA off grade dengan penambahan konsentrasi NaOH 45%

25

memiliki hasil yang terbaik selain itu biaya produksinya lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi NaOH 55%.

Tabel 1. Data Pengujian Terbaik

Parameter MES off grade + konsentrasi NaOH (%)

40 45 50 55

Fisko kimia Viskositas √

Densitas √

Kinerja deterjen

Stabilitas Emulsi √

Tegangan Permukaan

√

Daya Busa √

Stabilitas Busa √

Daya Deterjensi √

26

V.

SIMPULAN DAN SARAN

5.1

Simpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, MESA off grade dapat ditingkatkan nilai tambahnya melalui pemanfaatan sebagai agen pembersih untuk membersihkan kotoran berminyak pada pipa industri. Konsentrasi NaOH terbaik untuk pembuatan agen pembersih ditentukan berdasarkan tingkat kepentingan dari parameter fisiko kimia dan kinerja agen pembersih. Berdasarkan tingkat kepentingan, daya deterjensi merupakan parameter terpenting, dilanjutkan dengan densitas, stabilitas emulsi, tegangan permukaan, viskositas, daya pembusaan dan stabilitas busa. Hasil uji ragam pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan bahwa konsentrasi NaOH yang berbeda mempengaruhi densitas dan daya deterjensi dengan menggunakan media pipa.

Pola kecenderungan pada uji viskositas, densitas, stabilitas emulsi dan daya deterjensi memiliki kecenderungan yang sama, dengan kecenderungan tertinggi dimiliki oleh MESA off grade

yang dinetralisasi dengan NaOH 45%. Hal ini terbailk dengan kecenderungan pada tegangan permukaan yang menurun pada konsentrasi 45%. Pada daya pembusaan dan stabilitas busa pola kecenderungan tertinggi dimiliki oleh konsentrasi NaOH 55%. Dari hasil diatas dapat disimpulkan bahwa MESA off grade yang dinetralisasi dengan NaOH 45% memberikan hasil terbaik. Penambahan NaOH dengan konsentrasi lebih dari 45% tidak dipilih, dikarenakan biaya produksi lebih tinggi.

5.2

Saran

Perlu dilakukan pengaplikasian agen pembersih (MES off grade) yang diperoleh dengan menggunakan pipa penyalur kotoran berminyak dalam skala industri untuk memberikan gambaran yang lebih nyata.

APLIKASI SURFAKTAN

METHYL ESTER SULFONATE ACID (MESA) OFF GRADE

SEBAGAI AGEN PEMBERSIH UNTUK KOTORAN

BERMINYAK PADA PIPA INDUSTRI

SKRIPSI

WARDAH NAZRIPAH

F34070087

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

27

DAFTAR PUSTAKA

Adiandri RS. 2006. Kajian Pengaruh Konsentrasi Metanol Dan Lama Reaksi Pada Proses Pemurnian Metil Ester Sulfonat Terhadap Karakteristik Detergen Bubuk. [Tesis] Departemen Teknologi Industri Pertanian, IPB Bogor.

Anonima. 2009. Detergen Formulatory. PQ Coorporation, Pensylvania.

Arbianti R, TS Utami, H Hermansyah, dan D Andani. 2008. Pengaruh Kondisi Operasi Reaksi Hidrogenasi Metil Laurat dengan Katalis Nikel untuk Pembuatan Surfaktan Oleokimia.

Jurnal Teknologi, Edisi No. 3 Tahun XXII, September 2008, 229 - 235 ISSN 0215-1685. [ASTM] American Society for Testing and Matrial D 13312000. Annual Book of ASTM Standards:

Soap and Other Detergents, Polishers, Leather, Resilient Floor Covering. Baltimore: ASTM. Bennet H. 1947. Practical Emulsion. Second Completely Revised Edition. Chemical Publshing Co.

Inc, Brooklyn, New York.

Bernardini E. 1983. Vegatables Oils and Fats Processing. Volume II. Interstampa Co., Interstampa. Boocock DGB, SK. Konar, V Mao, C.Lee, dan S Buligan. 1998. Fast Formation of High-Purity

Methyl Esters from Vegetable Oils. J. Am. Oil Chem. Soc. 75 (9) : 1167-1172.

Claesson PM, E Blomberg, dan EE Poptoshev. 2001. Surface Force and Emulsion Stability. In: Encyclopedia Handbook of Emulsion Technology. Marcel Dekker, New York.

Cooper DG, dan JE Zajic. 1980. Surface Active Compound From Microorganism. Adv. Appl. Microbiol. 26: 229-253.

Desai JD, dan IM Banat. 1997. Microbial Production Of Surfactants And Their Commercial Potential. Microbiol. Review. 47-64.

Firman. 2011. Cleaning supplies. http://smipusi.blogspot.com/2011/01/cleaning-supplies.html [diakses11 Maret 2012]

Flider FJ. 2001. Commercial Considerations and Markets for Naturally Derived Biodegradable Surfactants. Inform 12(12): 1161-1164.

Foster NC. 1996. Sulfonation and Sulfation Process. In: Spitz, L. (Ed). Soap and Detergents: A Theoretical and Practical Review. AOCS Press. Champaign, Illinois.

Georgiou G, S Lin dan MM Sharma. 1992. Surface-Active Compounds From Microorganism. J. Biotechnol. 10: 60-65.

Germain T. 2001. Sulfonated Methyl Esters. In: Flyod E. Friedli (Eds). Detergency Of Specialty Surfactants. Marcel Dekker, New York.

Gupta S dan D Wiese. 1992. Soap, Fatty Acids, and Synthetic Detergent. In: Reigel’s Handbook of

28

Gervasio GC. 1996. Detergency. In: Bailey’s Industrial Oils and Fats Products. Wiley Interscience Publisher, New York.

Hargreaves T. 2003. Chemical Formulation: An Overview of Surfactant-Based Preparations Used In Everyday Life. RSC Paperbacks, Cambridge.

Hidayat E. 2011. Pengaruh Suhu Input dan Lama Sulfonasi pada Proses Pembuatan Surfaktan Methyl Ester Sulfonic Acid (MESA) dari Metil Ester Jarak Pagar Menggunakan Reaktor Single Tube Falling Film (STFR). [Tesis] Departemen Industri Pertanian, IPB Bogor.

Holemberg K, B Jonsson, B Kronberg, dan B Lindman. 2002. Surfactants and Polymers in Aqueos Solution. Jhon Wiley & Sons, Ltd., London.

Hui YH. 1996. Bailey’s Industrial Oil and Fat Product. Vol. 3. A Wiley- Interscience Publication. John Wiley & Sons, Inc., New York.

Jungermann, E. 1979. Fat-Based Surface-Active Agent.Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Vol

14 editions. John Willey and Son, New York.

Kosaric. 1993. Biosurfactant: Production, Properties and Applications. Marcell Dekker Inc., New York.

Lewis MA. 1991 . Chronic and Sublethal Toxicities of Sutfactants to Aquatic Animals : A Review and Risk Assessment. Wat. Res 25 (1) : 101-113.

Lynn JL. 2005. Detergents and Detergency. In: Fereidoon S. (Eds.). 2005. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products (Volume 6): Industrial and Nonedible Products from Oils and Fats. John Wiley & Sons, Inc., New Jersey.

MacArthur, B.W., B Brooks, W.B. Sheats dan N.C. Foster. 2002. Meeting The Challenge of Methylester Sulfonation. The Chemiton Corporation. http:/www.chemithon.com/papers_brochures/Meeting_the_Challenge.doc.pdf [22 Febuari 2010].

Matheson KL. 1996. Formulation of Household and Industrial Detergents. In: Soap Detergents: A Theoretical an Practical Review, Spitz, L. (Ed). AOAC Press, Champaign, Illinois.

Mattjik AA dan M Sumertajaya. 2002. Perancangan Percobaan dengan Aplikasi SAS dan Minitab Jilid I. IPB Press, Bogor.

Meher LC, DV Sagar dan SN Naik. 2004. Technical Aspects of Biodisel Production by Transesterification – a rivew. Renewable and Sustainable Review Energy Reviews 10:248-268.

Moroi Y. 1992. Micelles: Theoritical and Applied Aspects. Plenum Press, New York.

Noureddini H dan D Zhu. 1997. Kinetics of Transesterification of Soybean Oil. J. Am. Oil Chem. Soc.Vol. 74 (11): 1457-1463.

29

Pore J. 1976. Oils and Fats Manual. Intercept Ltd., Andover.

Rieger MM dan LD Rhein. 1995. Surfactants in Cosmetics 2nd edition. Marcel Dekker, Basel. Roberts DW, L Giusti dan A Forcella. 2008. Chemistry of Methyl Estser Sulfonates. Biorenewable

Resources 5: 2-19.

Rosen JM. 2004. Surfactant and Interfacial Phenomena. Third Edition. John Willey & Sons Inc., New York.

Schueller R dan P Romanousky. 1998. Cosmetics and Toiletries Magazine: Understanding Emulsions. Allured Publishing Corp., Illinois.

Sibuea P. 2008. Virgin Coconut Oil: Penyembuh Ajaib dari Buah Kelapa. LIPI, Bogor.

Sidik NR. 2009. Kajian Pengaruh Konsentrasi Metil Ester Sulfonat (MES) dan Konsentrasi Alkali (KOH) Terhadap Kinerja Agen pembersih Industri. [Skripsi] Departemen Teknologi Industri Pertanian, IPB Bogor.

Sontag NOV. 1982. Fat Splitting, Esterrification and Interesterification. In: Daniel Swern. Bailey’s

Industrial Oil and Fat Products. 4th ed. Vol 2. John Willey and Sons, New York.

Stubenrauch, C, Takiezsi, AV Kuristov, K Exerowd, dan D Tailer. 2003. Tenside Surfactants Detergents: A New Experimental Technique to Measure the Drainage and Life Time of Foam. Hanser, Deutschland- Muchen.

Suryani A, I Sailah, E Hambali. 2000. Teknologi Elmusi. Jurusan Teknologi Industri Pertanian, Bogor.

Swern D. 1979. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Vol I, 4th

Edition. John Willey and Son, New York.

Tadros TF. 1992. Encyclopedia of Physical Science and Technology 2nd edition. Vol-16. Academic Press, Inc., California.

Tanty. 2009. Sifat-sifat Bahan Kimia. http://id.shvoong.com/exact-sciences/1902577-sifat-sifat-bahan-kimia/#ixzz1dHWpfQ8x [diakses 10 November 2011]

Waistra P. 1996. Encyclopedia of Emulsion Technology. Tire Dekkel Inc., New York. Watkins C. 2001. Surfactants and Detergent: All Eyes are on Texas. Inform 12 : 1152-1159.

Woolat E. 1985. The Manufacture of Soaps, Other Detergent and Glycerine. Ellis Horwood Ltd., West Sussex.

APLIKASI SURFAKTAN

METHYL ESTER SULFONATE ACID (MESA) OFF GRADE

SEBAGAI AGEN PEMBERSIH UNTUK KOTORAN

BERMINYAK PADA PIPA INDUSTRI

SKRIPSI

WARDAH NAZRIPAH

F34070087

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

APLIKASI SURFAKTAN

METHYL ESTER SULFONATE ACID (MESA) OFF GRADE

SEBAGAI AGEN PEMBERSIH UNTUK KOTORAN

BERMINYAK PADA PIPA INDUSTRI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknologi Industri Pertanian,

Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor

Oleh

WARDAH NAZRIPAH

F34070087

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

Judul Skripsi : Aplikasi Surfaktan Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) Off Grade Sebagai Agen Pembersih Untuk Kotoran Berminyak Pada Pipa Industri

Nama : Wardah Nazripah

NIM : F 34070087

Menyetujui,

Pembimbing I, Pembimbing II,

(Dr. Ir. Liesbetini Hartoto, MS.) (Prof. Dr. Erliza Hambali) NIP. 19550904 198003 2 001 NIP. 19620821 198703 2 003

Mengetahui: Ketua Departemen,

(Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti) NIP. 19621009 198903 2 001

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Aplikasi Surfaktan Methyl Ester Sulfonate Acid (MESA) Off Grade Sebagai Agen Pembersih Untuk Kotoran Berminyak Pada Pipa Industri adalah karya saya sendiri dengan arahan dari Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Bogor, Mei 2012

Yang membuat pernyataan

Wardah Nazripah F 34070087

©

Hak cipta milik Wardah Nazripah, tahun 2012

Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari

Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya.

34

Lampiran 3. Uji Stabilitas Busa dan Daya Busa

35

Lampiran 4.Uji Deterjensi menggunakan Media Kain

1% Deterjen

36

Lampiran 5. Daya Deterjensi dengan Media Pipa

Pipa PVC bersih

Pipa PVC yang Sudah Diberi Pengotor

37

Lampiran 6. Analisis Ragam Hasil Penelitian

1. Viskositas

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3 5,09415 1,69805 0,188538988 5,4094513

Galat 5 45,0318 9,00636

Total 8 50,12595

Keterangan : *Fhitung < Ftabel, tidak berbeda nyata pada  = 0.05 2. Densitas

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3 0,000279083 9,30277E-05 4,803166735 5,409451318

Galat 5 9,684E-05 1,9368E-05

Total 8 0,000375923

Keterangan : *Fhitung > Ftabel, berbeda nyata pada  = 0.05 Duncan Densitas

Duncan grouping Mean Kons NaOH (%)

A 0.964900 45

B A 0.959640 50

B A 0.958940 55

B 0.948600 40

Keterangan: Grup yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata

3. Stabilitas Emulsi

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3 0,107238 0,035745833 0,402316639 5,4094513

Galat 5 0,44425 0,08885

Total 8 0,551488

38

Lampiran 6. Analisis Ragam Hasil Penelitian (lanjutan)

4. Tegangan Permukaan

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3

1,75

0,583333333 1,296296296

5,4094513

Galat 5

2,25

0,45

Total 8

4

Keterangan : *Fhitung < Ftabel, tidak berbeda nyata pada  = 0.05 5. Stabilitas Busa

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3 0,046 0,023 1,146 9,552

Galat 5 0,060 0,020

Total 8 0,106

Keterangan : *Fhitung < Ftabel, tidak berbeda nyata pada  = 0.05

6. Daya pembusaan

Sumber ragam Dk JK KT F hitung F tabel (0.05)

Perlakuan 3 400,000 200,000 1,091 9,552

Galat 5 550,000 183,333

Total 8 950,000

Keterangan : *Fhitung < Ftabel, tidak berbeda nyata pada  = 0.05 7. Daya deterjensi menggunakan media kain diukur dengan spektrofotometer Sumber

Ragam Dk JK KT Fhit Ftab

Perlakuan 3

0,027795 0,009265125 3,677658477

5,4094513

Galat 5

0,012597

0,0025193

Total 8

0,040392

39

Lampiran 6. Analisis Ragam Hasil Penelitian (lanjutan)

8. Daya deterjensi menggunakan media pipadengan pengukuran berat kotoran Sumber

Ragam Dk JK KT Fhit Ftab

Perlakuan 3 0,012832 0,004277203 8,093559395 5,4094513

Galat 5 0,002642 0,00052847

Total 8 0,015474

Keterangan : *Fhitung > Ftabel, berbeda nyata pada  = 0.05

Duncan daya deterjensi menggunakan media pipadengan pengukuran berat kotoran Duncan Gruoping Means Kons

NaOH (%)

A 0,225 45

B A 0,1673 50

B 0,14855 40

B 0,11455 55

Keterangan: Grup yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata

9. Daya deterjensi menggunakan media pipa diukur dengan spektrofotometer Sumber

Ragam Dk JK KT Fhit Ftab

Perlakuan 3

0,12952 0,043173458 4,762811603

5,4094513

Galat 5

0,045323

0,0090647

Total 8

0,174844