itu perlu digunakan SO
3
berlebih. Intermediet II di dalam keseimbangan mengaktifkan α-C menuju reaksi sulfonasi seperti tergambar pada reaksi 2 untuk
membentuk produk intermediet III. Reaksi 3 menggambarkan produk Intermediet III akan mengalami penyusunan kembali untuk melepaskan SO
3
dan membentuk asam metil ester sulfonat MESA yang diinginkan IV. SO
3
yang dilepaskan lalu akan mengkonversi sisa produk intermediet II membentuk
produk intermediet III. Reaksi sulfonasi ME pada reaktor falling-film disajikan pada Gambar 11.
Produk MESA yang diperoleh bersifat sangat asam, memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan ME stearin dan berwarna gelap
Gambar 12. Warna hitam merupakan sifat yang dihasilkan oleh proses sulfonasi ME. Umpan ME yang mengandung asam lemak tidak jenuh menghasilkan
produk berwarna hitam, karena terbentuknya senyawa polisulfonat yang memiliki ikatan rangkap terkonjugasi.
Gambar 12 MESA hasil proses sulfonasi Pengambilan sampel dilakukan setelah reaktor mencapai kondisi tunak
steady state pada setiap taraf periode start up dalam rancangan percobaan yaitu setelah reaktor beroperasi selama 1, 2, 3, 4 dan 5 jam. Produk MESA hasil proses
sulfonasi ditampung untuk dilakukan pengambilan sampel sebanyak kurang lebih 2,5 l. MESA dari sampel sebanyak 2,5 l tersebut kemudian diambil sebanyak 300
ml untuk dinetralisasi menjadi MES MESA netral dan sisanya kemudian dilanjutkan dengan proses aging. MESA maupun MES tanpa proses aging
tersebut kemudian dianalisis sifat fisikokimianya dan kinerjanya untuk mengetahui pengaruh lama periode start up sampai mencapai kondisi tunak
terhadap tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Parameter uji yang dilakukan
meliputi derajat keasaman pH, bilangan asam, bilangan iod, viskositas, densitas, kadar bahan aktif, warna dan tegangan permukaan.
Pada proses netralisasi, MESA yang dihasilkan dari reaktor falling film baik yang tanpa melalui proses aging maupun yang nantinya melalui proses aging
kemudian dinetralkan oleh NaOH sehingga menghasilkan MES VI. Pada proses netralisasi, derajat keasaman dikontrol berada disekitar pH 6-8, untuk
mencegah produk terhidrolisis dan membentuk disalt V. Disalt juga akan terbentuk apabila produk intermediet III langsung dinetralkan oleh NaOH
MacArthur et al. 1998. Produk MESA yang telah dinetralisasi menjadi MES kemudian dianalisis sifat fisikokimianya untuk mengetahui pengaruh lama
sulfonasi dan proses aging terhadap tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Parameter uji yang dilakukan meliputi derajat keasaman pH, bilangan asam,
bilangan iod, viskositas, densitas, kadar bahan aktif dan tegangan permukaan. Gambar 13 menyajikan mekanisme reaksi netralisasi MESA menjadi MES dan
pembentukan disalt.
4.3 Proses Aging MESA
Menurut Gates dan Grayson 1998 aging merupakan proses pemaparan suatu bahan pada kondisi lingkungan tertentu sehingga menyebabkan perubahan
sifat-sifat bahan dari kondisi semula. Proses aging dilakukan pada campuran Gambar 13 Mekanisme reaksi netralisasi ME pada reaktor falling film
Mac Arthur et al. 1998
reaksi mixed anhydride hasil sulfonasi pada STFR yang bertujuan untuk menyempurnakan reaksi sulfonasi antara gas SO
3
dan ME stearin sehingga dapat meningkatkan konversi ME stearin menjadi MESA. Proses ini melibatkan
mekanisme penyusunan ulang rearrangement struktur molekul intermediet RCHSO
3
HCOOSO
3
CH
3
menjadi MESA RCHSO
3
HCOOCH
3
. Proses aging dilakukan pada reaktor aging dengan ukuran diameter 20 cm
dan tinggi 30 cm dengan kapasitas 6-8 l. Reaktor aging dilengkapi dengan instalasi pengadukan dengan kecepatan pengadukan maksimal 285 rpm. Pada
penelitian ini, proses aging dilakukan dengan memasukkan produk tersulfonasi dari STFR secara gravitasi dari bagian atas kedalam reaktor aging yang beroperasi
pada suhu 80 °C selama satu jam. Panas ditransfer dari heater dibagian bawah ke tangki aging. Produk MESA pasca aging kemudian diambil sebagian untuk
dinetralisasi dan sebagian lagi dianalisis untuk mengetahui pengaruh proses aging terhadap sifat fisikokimia dan kinerja MESA. Parameter uji yang dilakukan
meliputi kadar bahan aktif, bilangan asam, bilangan iod, pH, densitas, viskositas, warna dan tegangan permukaan.
Gambar 14 Mekanisme reaksi pembentukan α-sulfo fatty ester Kapur et al. 1978 Produk MESA pasca aging.
Proses aging merupakan proses yang memberikan kondisi lingkungan terhadap MESA sehingga proses penyusunan ulang struktur molekul dalam
produk tersulfonasi terjadi. Mekanisme proses penyusunan kembali pada proses aging Gambar 14 menunjukkan bahwa pada tahapan pertama proses sulfonasi
pada reaktor falling film berlangsung cepat, SO
3
bereaksi ekstrim dimana akan
membawa muatan positif atom sulfur pada pasangan elektron bebas oksigen karbonil gugus ester. Karena aktivasi yang meningkat dari atom hidrogen Cα
dikarenakan pembentukan sulfonated anhydride, atom hidrogen cα digantikan oleh gugus SO
3
- melalui ikatan C-S. Reaksi ini menghasilkan pembentukan senyawa sulfonated compound anhydride dari sulfocarboxyl acid dan alkyl
sulfuric acid yang mudah dipecah oleh alkali Stein dan Bauman 1975. Senyawa
intermediet ini harus melakukan penyusunan ulang rearrangement sehingga SO
3
yang diharapkan hanya terikat pada Cα sebelum proses netralisasi, oleh karena itu untuk berlangsungnya proses ini memerlukan beberapa waktu pada suhu ruang
atau suhu yang meningkat. Proses netralisasi MESA bertujuan untuk menghasilkan MES dengan
kisaran nilai pH 6-8 sehingga diperoleh produk yang stabil. MES yang dihasikan dari proses sulfonasi masih mengandung produk samping berupa sabun yang
tersulfonasi sulfonated soap yang disebut di-salt. Di-salt terbentuk melalui proses hidrolisis MES. Walaupun di-salt termasuk surfaktan namun memiliki
karakteristik yang tidak diinginkan sehingga mengurangi kinerja dari MES. Titik larut di-salt pada suhu 65 °C sedangkan untuk MES pada suhu 17 °C, serta
memiliki sensitivitas terhadap kesadahan air lebih tinggi dari MES Sheat dan Mac Arthur 2002.
Proses netralisasi pada penelitian ini menggunakan NaOH 50 , titik akhir titrasi ditentukan dengan adanya perubahan warna dari hitam menjadi coklat dan
indikator kertas pH menunjukkan warna pH 7 netral. Jika netralisasi pada MESA tidak dilakukan maka MESA akan menjadi kental dan cenderung memadat
tanpa dipanaskan. Chemithon mensyaratkan pH MES pada kisaran 6-8. Pada proses netralisasi harus dihindarkan pH yang ekstrim untuk
menghindari terjadinya hidrolisis MES menjadi di-salt. Menurut Robert et al. 2008 pada pH 3-9,5 hidrolisis berlangsung lambat, sementara pH MESA hasil
penelitian kurang dari 1 sehingga memungkinkan terjadi hidrolisis asam yang akan merubah gugus COOCH
3
pada MES menjadi COOH. Sementara jika pH terlalu tinggi alkali melebihi 9,5 maka hidrolisis merubah COOCH
3
pada MES menjadi COONa.
4.4 Sifat Fisikokimia MESA dan MES
4.4.1 Derajat Keasaman pH
Pengukuran derajat keasaman pH digunakan untuk tingkat keasaman MESA. Gas SO
3
sebagai reaktan pada proses sulfonasi bersifat asam kuat sehingga produk MESA yang dihasilkan bersifat asam. Analisis pH MESA tanpa
proses aging bervariasi yaitu dengan nilai rata-rata pH 0,88 sampai dengan 1,04, sedangkan nilai pH MESA dengan proses aging berkisar antara pH 1,05 sampai
dengan pH 1,12. Data nilai pH MESA dapat dilihat pada Lampiran 3A. Hasil analisis ragam α=0,05 terhadap proses aging dan lama periode
start up menunjukkan bahwa proses aging berpengaruh sangat nyata terhadap
nilai pH MESA, lama periode start up berpengaruh nyata terhadap nilai pH MESA, sedangkan interaksi antara proses aging dan lama periode start up tidak
berpengaruh nyata terhadap nilai pH MESA, hasil selengkapnya disajikan pada Lampiran 3B.
Hasil uji lanjut Duncan Lampiran 3C menunjukkan bahwa pH MESA pada lama periode start up 3 jam 1,08 berbeda nyata dengan lama periode start
up 4 jam 0,99 dan 5 jam 0,96 namun tidak berbeda nyata dengan lama periode
start up 1 jam 1,05 dan 2 jam 1,03. pH MESA pada lama periode start up 3
jam tidak berbeda nyata dengan lama periode start up 1 jam dan 2 jam. Begitu pula pH MESA dengan lama periode start up 4 jam, tidak berbeda nyata dengan
1, 2 dan 5 jam. Grafik pengaruh lama periode start up dan proses aging terhadap pH MESA dapat dilihat pada Gambar 15.
Gambar 15 Grafik pengaruh lama periode start up dan proses aging terhadap pH MESA
0,5 0,6
0,7 0,8
0,9 1,0
1,1 1,2
1 2
3 4
5
p H
M E
S A
Lama periode start up Jam
Dengan Proses Aging Tanpa Proses Aging
Nilai pH MESA berkaitan dengan terikatnya SO
3
sebagai reaktan pada proses sulfonasi yang bersifat asam kuat, semakin lama periode start up maka
peluang terikatnya SO
3
akan semakin besar sehingga produk MESA yang dihasilkan bersifat asam dan akan menurunkan nilai pH. Pada proses sulfonasi,
gugus sulfur pada SO
3
akan berikatan langsung pada rantai karbon ME dan membentuk asam metil ester sulfonat MESA yang mengandung gugus SO
3
H dan di dalam air akan terdisosiasi menjadi SO
3 -
dan H
+
. Dengan semakin lamanya dilakukan proses sulfonasi, akan semakin banyak gugus SO
3
H yang terikat pada molekul ME dan akan menurunkan nilai pH. Nilai pH juga berkaitan dengan
konsentrasi ion hidrogen sebagai bagian komponen keasaman dan konsentrasi ion hidroksil sebagai bagian komponen kebasaan. Pada kondisi pH netral maka
konsentrasi kedua ion menjadi seimbang, namun jika konsentrasi ion hidrogen lebih besar dari ion hidroksil maka pH akan cenderung rendah asam Rondinini
et al. 2001.
Nilai pH MESA berkaitan dengan sifat fisikokimia MESA lain, seperti bilangan asam, viskositas, densitas, warna, bilangan iod dan kadar bahan aktif
yang dimiliki MESA. Korelasi yang ditunjukkan adalah semakin banyak SO
3
yang terikat pada molekul MESA maka pH akan semakin rendah dan menyebabkan bilangan asam naik, begitu juga terhadap nilai viskositas, densitas
dan kadar bahan aktif akan semakin meningkat dengan semakin banyak SO
3
yang terikat pada molekul MESA. Bilangan iod selama proses sulfonasi rata-rata
menurun dengan bertambahnya lama periode start up akibat reaksi antara gas SO
3
pada sisi ikatan rangkap yang terdapat pada struktur ME stearin, semakin banyaknya SO
3
yang teradisi pada ikatan rangkap, bilangan iod yang mengukur jumlah ikatan rangkapketidakjenuhan akan menurun. Reaksi gas SO
3
terhadap ME stearin selain mengadisi ikatan rangkap juga membentuk senyawa
polisulfonat yang memiliki ikatan rangkap terkonjugasi yang berperan sebagai kromofor yang dapat menyerap gelombang elektromagnetik pada senyawa
pemberi warna sehingga nilai warna MESA juga meningkat. Gambar 15 menunjukkan bahwa pH MESA rata-rata dengan proses aging
lebih tinggi dari rata-rata pH MESA tanpa proses aging dan pH MESA dengan proses aging maupun tanpa proses aging rata-rata menunjukkan kecenderungan
