B. PENELITIAN UTAMA
3. Analisis Sifat Kimia Faktis Gelap
Kadar ekstrak aseton merupakan parameter utama penentu mutu faktis gelap secara kimiawi (Harrison, 1952). Analisis kadar ekstrak aseton memiliki prinsip, yaitu mengukur tingkat kelarutan bahan dalam aseton. Kirk dan Othmer (1952), menjelaskan bahwa aseton (dimetil
keton atau 2-propanon) dengan rumus molekul CH3COCH3 merupakan
senyawa keton yang paling sederhana dan penting. Titik didih aseton adalah 56,5oC dan merupakan pelarut yang baik. Aseton larut sempurna dalam air dan pada beberapa pelarut organik seperti eter, metanol, alkohol dan ester.
Aseton bersifat polar dan dapat melarutkan senyawa-senyawa yang juga bersifat polar. Sifat polar ini dikarenakan terdapat perbedaan elektronegativitas antara atom O dan atom C. Berdasarkan skala Pauling atom O memiliki elektronegativitas sebesar 3,44 dan atom C memiliki elektronegativitas sebesar 2,55; sedangkan nilai mutlak dari selisihnya adalah sebesar 0,89. Menurut Oxtoby (2001), elektronegativitas merupakan kecenderungan atom untuk menarik elektron menuju dirinya sendiri dalam suatu ikatan kimia. Nilai mutlak dari selisih elektronegativitas kedua atom yang berikatan menyatakan tingkat polaritas ikatannya. Nilai selisih elektronegativitas pertengahan, yaitu antara 0,4-2 menyatakan terjadinya ikatan kovalen polar dengan sifat campuran antara ionik dan kovalen.
Faktis bersifat non polar karena ikatan disulfida yang terbentuk olah ikatan sulfur dan atom karbon di dalamnya. Berdasarkan skala Pauling atom S memiliki elektronegativitas sebesar 2,58 dan atom C memiliki elektronegativitas sebesar 2,55; sedangkan nilai mutlak dari selisihnya adalah sebesar 0,03. Hal tersebut menjadi dasar bahwa faktis umumnya bersifat non polar.
Hasil analisis kadar ekstrak aseton faktis gelap tercantum pada Lampiran 3. Berdasarkan hasil tersebut dapat diketahui bahwa semua faktis yang dihasilkan memiliki kadar ekstrak aseton di atas 35% (faktis mutu 3). Nilai rata-rata terendah dan tertinggi kadar ekstrak aseton faktis gelap yang dihasilkan adalah: 86,12 % dan 97,46%.
Analisis varian untuk nilai kadar ekstrak aseton menunjukkan bahwa perlakuan suhu berpengaruh nyata, sedangkan perlakuan konsentrasi sulfur dan interaksi keduanya tidak berpengaruh nyata terhadap kadar ekstrak aseton faktis gelap. Untuk perlakuan yang
memberikan pengaruh nyata dilakukan uji lanjut dengan metode Duncan. Dari hasil uji lanjut dapat diketahui bahwa suhu 170oC memberikan pengaruh yang berbeda nyata dibandingkan suhu lainnya (140, 150, 160oC). Hasil analisis varian tercantum pada Lampiran 4. Histogram pengaruh suhu terhadap kadar ekstrak aseton tercantum pada Gambar 15.
Gambar 15. Histogram Pengaruh Suhu terhadap Kadar Ekstrak Aseton Faktis Gelap
Perlakuan konsentrasi sulfur tidak berpengaruh secara nyata, hal tersebut berarti bahwa dengan perlakuan konsentrasi sulfur yang dikondisikan dari yang minimum (25 bsm), sedang (30 bsm) dan maksimum (35 bsm) tidak berpengaruh secara nyata terhadap kadar ekstrak aseton faktis. Faktis yang kekurangan sulfur (minyak berlebih), faktis yang hampir tervulkanisasi sempurna (minyak dan sulfur seimbang), dan faktis dengan sulfur berlebih memiliki nilai kadar ekstrak aseton yang hampir sama, yaitu diatas 90%.
Tingginya kadar ekstrak aseton faktis yang dihasilkan diduga karena molekul faktis memiliki bobot molekul rendah dan bersifat polar sehingga larut dalam aseton yang juga bersifat polar. Sifat polar dari faktis gelap berbahan baku minyak jarak diduga disebabkan karena adanya gugus hidroksi (OH) pada atom C12. Pada satu unit faktis,
keberadaan gugus hidroksi ini cenderung bersifat polar disebabkan oleh
96.72 97.08 96.54 90.19 75.00 80.00 85.00 90.00 95.00 100.00 K a d a r E k st ra k A se to n ( % ) Suhu (oC) 140 150 160 170
perbedaan elekronegativitas yang besar antara atom oksigen (3,44) dan hidrogen (2,20) dan nilai mutlak dari selisihnya adalah sebesar 1,24 yang menyebabkan faktis bersifat polar.
Ekstrak aseton terdiri dari beberapa unsur, yaitu: sulfur bebas, asam lemak yang tidak tervulkanisasi, bahan pencepat (accelerators), antioksidan, bahan selain trigliserida yang terkandung dalam minyak: parafin, wax, dan resin (Craig, 1969), serta minyak yang tervulkanisasi secara parsial dan minyak mineral (Lever, 1951). Lebih lanjut Lever (1951), menjelaskan bahwa kadar ekstrak aseton akan berkurang jika tingkat vulkanisasi minyak semakin tinggi. Menurut Carrington (1962), faktis dengan kadar ekstrak aseton yang rendah memiliki tingkat kekerasan yang tinggi. Rendahnya ekstrak aseton menandakan bahwa faktis yang dihasilkan bersifat non termoplastik yang baik. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa faktis gelap dari minyak jarak ini bersifat termoplastik dan tidak stabil pada suhu tinggi.
Sifat non termoplastik memungkinkan kompon yang mengandung faktis memiliki kemantapan ukuran/bentuk (dimension stability) yang relatif tinggi, terutama terhadap pengaruh panas, baik panas yang timbul selama penjuluran maupun panas vulkanisasi (Maspanger, 1987). Selain itu, kadar ekstrak aseton yang rendah pada faktis akan menurunkan persentase heat collapse (mengempisnya kompon akibat pemanasan) serta persentase die swell (perbandingan antara tebal kompon slang hasil penjuluran dengan lebar celah cetakan) (Maspanger, 1987).
Tipe struktur makromolekul pada faktis berbahan baku minyak jarak tidak dapat ditentukan secara pasti. Flint (1955), menyatakan bahwa diantara dua tipe struktur makromolekul, tipe susunan bata dalam dinding (bricks in a wall) akan menghasilkan struktur makromolekul yang lebih kuat. Bila kedua tipe struktur makromolekul ini terdapat dalam faktis, maka proporsi kedua tipe struktur inilah yang akan menentukan mutu faktis. Faktis dengan proporsi tipe struktur bricks in a wall yang lebih besar akan memiliki sifat yang lebih baik.
Proses pembuatan faktis sama halnya dengan proses vulkanisasi pada karet alam, yaitu dengan perubahan suatu molekul panjang saling mengait menjadi struktur tiga dimensi melalui pembentukan ikatan silang secara kimia. Dalam hal ini yang berperan sebagai karet alam adalah trigliserida pada minyak yang digunakan yang memiliki ikatan rangkap seperti halnya pada monomer karet alam (isoprena).
Faktis gelap merupakan polimer dengan bobot molekul yang bervariasi. Produk polimerisasi minyak dengan sulfur dengan bobot molekul yang sangat ringan akan larut dalam aseton pada suhu rendah. Pada ekstraksi aseton dengan suhu tinggi, tidak hanya material dengan bobot molekul tinggi akan terekstraksi, terdapat kemungkinan yang kuat bahwa aseton akan mengurai atau memotong (depolimerisasi) material yang memiliki bobot molekul yang lebih tinggi (Carrington, 1962). Berdasarkan uraian ini faktis gelap yang dihasilkan lebih mudah dipotong ikatannya oleh aseton diduga disebabkan karena bobot molekul faktis relatif rendah dengan bentuk makromolekul tumpukan buku (pile of book) dengan kekuatan ikatan silang yang lebih lemah sehingga mudah larut dalam aseton.
Perlakuan suhu berpengaruh secara nyata terhadap kadar ekstrak aseton. Hal ini diduga karena suhu yang tinggi akan menghasilkan energi kinetik yang lebih tinggi sehingga lebih banyak terbentuk bentuk ikatan intramolekuler (ikatan silang antara sulfur dan molekul trigliserida) maupun intermolekuler. Hal ini menyebabkan bobot molekul faktis lebih tinggi sehingga lebih tahan terhadap aseton.
Proses vulkanisasi pada kompon dipengaruhi oleh suhu dan waktu. Parameter kritis selama vulkanisasi adalah waktu yang diperlukan untuk memulai reaksi, laju dan lamanya proses pembentukan ikatan silang (Honggokusumo, 1994). Lebih lanjut Honggokusumo (1998) menambahkan bahwa peningkatan suhu vulkanisasi akan mempersingkat waktu vulkanisasi. Sebaliknya, penurunan suhu vulkanisasi akan memperpanjang waktu vulkanisasi.
Pada pembuatan faktis gelap ini disesuaikan antara penggunaan suhu dan lama waktu pembuatan. Suhu yang tinggi menyebabkan waktu pembuatan yang lebih singkat. Waktu pembuatan dihentikan setelah sekitar 5 menit dari saat viskositas campuran mencapai maksimum, yaitu pada saat terbentuk gumpalan padat. Jika terus dilakukan pemanasan maka faktis akan mencair kembali dan tidak akan berubah menjadi padat. Fenomena ini dapat diduga bahwa faktis yang telah terbentuk akan mengalami revers, yaitu menunjukkan ikatan silang yang telah terbentuk tidak mantap dan akan rusak oleh pemanasan lanjut.
b.Kadar Sulfur Bebas
Kadar sulfur bebas didefinisikan sebagai jumlah sulfur yang berdiri secara bebas atau tidak berikatan dengan asam lemak minyak. Kandungan sulfur bebas dalam faktis ini mengindikasikan bahwa sulfur yang ditambahkan melebihi jumlah ikatan rangkap yang seharusnya diadisi (Agritha, 2005).
Hasil analisis kadar sulfur bebas faktis gelap tercantum pada Lampiran 3. Sebagian besar faktis memiliki kadar sulfur bebas diatas 2%. Nilai rata-rata terendah dan tertinggi kadar sulfur bebas faktis yang dihasilkan adalah: 1,24% dan 6,21%. Analisis varian untuk nilai kadar sulfur bebas menunjukkan bahwa perlakuan suhu, perlakuan konsentrasi sulfur dan interaksi keduanya berpengaruh nyata terhadap kadar sulfur bebas faktis gelap. Untuk perlakuan yang memberikan pengaruh nyata dilakukan uji lanjut dengan metode Duncan. Dari hasil uji lanjut dapat diketahui bahwa suhu 170oC memberikan pengaruh yang berbeda nyata dengan suhu lainnya dan tiap taraf konsentrasi sulfur memberikan pengaruh yang berbeda nyata satu sama lain. Hasil analisis varian tercantum pada Lampiran 4. Histogram pengaruh suhu dan konsentrasi sulfur terhadap kadar sulfur bebas tercantum pada Gambar 16.
Berdasarkan histogram dapat dilihat bahwa penggunaan sulfur yang lebih tinggi menghasilkan nilai kadar sulfur bebas yang tinggi juga. Selain itu, penggunaan suhu yang tinggi cenderung menghasilkan nilai
kadar sulfur bebas yang semakin rendah. Hal tersebut diduga karena suhu tinggi menyebabkan energi kinetik yang lebih tinggi sehingga lebih banyak sulfur yang berikatan dengan asam lemak minyak. Faktis gelap dari minyak jarak yang memenuhi standar dengan kadar sulfur bebas kurang dari 2% adalah faktis gelap dengan perlakuan konsentrasi sulfur 25 bsm dengan perlakuan suhu 140, 150, 160, dan 170oC.
Gambar 16. Histogram Kadar Sulfur Bebas Faktis Gelap
Semakin tinggi konsentrasi sulfur yang digunakan, maka jumlah sulfur bebas yang berada dalam faktis akan meningkat (Baron, 1948). Proses pembuatan faktis merupakan reaksi adisi atom sulfur pada ikatan rangkap asam-asam lemak. Pada kondisi ideal, adisi ini akan terus menerus terjadi selama masih terdapat ikatan rangkap dalam minyak. Setelah seluruh ikatan rangkap diadisi, atom-atom sulfur tidak dapat lagi berikatan dengan asam lemak dan akan berdiri bebas dalam faktis. Hal inilah yang menyebabkan kadar sulfur bebas akan meningkat seiring peningkatan konsentrasi sulfur (Agritha, 2005).
Menurut Harrison (1952), kadar sulfur bebas dalam faktis diharapkan serendah mungkin, maksimal adalah 2%. Kadar sulfur bebas yang terlalu tinggi dikhawatirkan merusak sistem vulkanisasi pada
1.37 1.27 1.47 1.24 3.62 4.00 3.62 2.56 6.08 6.21 5.50 5.02 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 140 150 160 170 K a d a r S u lf u r B e b a s (% ) Suhu oC
kompon karet. Lebih lanjut Alfa dan Honggokusumo (1998), kelebihan sulfur akan mempengaruhi kekerasan faktis gelap, semakin banyak kadar sulfur bebas maka faktis gelap yang dihasilkan akan semakin keras.
c. Kadar Abu
Kadar abu secara kasar menunjukkan kandungan mineral dan logam dalam bahan dan merupakan sisa-sisa setelah bahan dibakar habis sehingga bebas karbon. Prinsip analisis kadar abu adalah insenerasi pada suhu 550oC dan menyisakan mineral atau oksida logam yang tidak teroksidasi menjadi CO2 dan H2O. Nilai kadar abu faktis yang semakin
tinggi menunjukkan mineral atau oksida logam dalam faktis semakin banyak.
Sebagian besar faktis gelap yang dihasilkan pada penelitian ini memiliki nilai kadar abu yang relatif sama, yaitu diatas 5%. Hal tersebut melebihi standar kadar abu faktis gelap komersial (kurang dari 5% (Carrington, 1936)). Hasil analisis kadar abu faktis gelap tercantum pada Lampiran 3. Nilai rata-rata terendah dan tertinggi kadar abu faktis yang dihasilkan adalah 5,04% dan 5,57%. Berdasarkan hasil analisis varian diketahui bahwa perlakuan suhu tidak berpengaruh nyata dan perlakuan konsentrasi sulfur berpengaruh nyata terhadap nilai kadar abu, serta interaksi keduanya tidak berpengaruh secara nyata. Hasil analisis varian tercantum pada Lampiran 4.
Dari histogram dapat diketahui bahwa semakin tinggi konsentrasi sulfur maka semakin rendah kadar abu faktis gelap. Hal ini diduga pada dasarnya kadar abu faktis dipengaruhi penggunaan Na2CO3 dan ZnO
mengandung unsur logam atau mineral. Kedua jenis bahan tersebut mengandung unsur mineral (Na) dan logam (Zn), sehingga menambah unsur mineral atau oksida logam dalam faktis gelap. Kholid (2005) melakukan uji kadar abu terhadap kedua bahan tersebut dan didapatkan hasil kadar abu Na2CO3 sebesar 98,67-98.70% dan ZnO sebesar 99,17-
99,29%. Nilai kadar abu yang mendekati 100% menggambarkan bahwa Na2CO3 dan ZnO merupakan bahan yang berupa abu jika dibakar.
Histogram pengaruh konsentrasi sulfur terhadap kadar abu faktis gelap tercantum pada Gambar 17.
Gambar 17. Histogram Pengaruh Konsentrasi Sulfur terhadap Kadar Abu Faktis Gelap
Pada proses pembuatan faktis gelap jumlah Na2CO3 dan ZnO
yang digunakan sama besarnya, yaitu sebanyak 1 bsm dan 5 bsm (bagian per seratus bobot minyak). Oleh karena itu sesungguhnya kadar abu semua faktis hampir sama, tetapi pada penggunaan sulfur yang lebih banyak menyebabkan bobot campuran semakin besar sehingga persentase Na2CO3 dan ZnO dalam campuran semakin kecil. Oleh
karena itu kadar abu juga semakin kecil, mengingat persentase Na2CO3
dan ZnO dalam campuran diasumsikan sebagai nilai kadar abu faktis gelap. Kadar abu faktis gelap yang melebihi standar (> 5%) sulit diterima dipasaran karena membutuhkan perhitungan penyesuaian untuk kompon yang menggunakan faktis gelap dengan kadar abu lebih dari 5%.
d.pH
Pengukuran pH bertujuan untuk mengetahui tingkat keasaman faktis gelap yang dihasilkan. Nilai pH faktis gelap dari minyak jarak bervariasi dengan nilai yang berkisar antara 9,84-10,39. Hasil uji pH faktis gelap tercantum pada Lampiran 3. Berdasarkan hasil analisis
5.50 5.29 5.16 4.60 4.80 5.00 5.20 5.40 5.60 5.80
Konsent rasi Sulfur (bsm )
K a d a r A b u ( % ) 25 30 35
varian dapat diketahui bahwa perlakuan suhu, konsentrasi sulfur dan interaksi keduanya tidak berpengaruh nyata terhadap nilai pH faktis gelap. Hasil analisis varian tercantum pada Lampiran 4.
Dari hasil uji pH dapat diketahui bahwa faktis gelap yang dihasilkan bersifat basa dan melebihi standar mutu pH faktis. Hal ini disebabkan karena dalam pembuatan faktis gelap ditambahkan Na2CO3
yang merupakan bahan penetral asam (bersifat basa). Tingginya nilai pH faktis gelap menandakan bahwa penggunaan Na2CO3 melebihi jumlah
asam lemak bebas minyak yang harus dinetralkan, sehingga pH faktis akan bersifat basa. Na2CO3 merupakan garam yang bersifat relatif basa
yang diperoleh dengan mereaksikan NaOH (basa kuat) dengan H2CO3
(asam lemah). Menurut Agritha (2005), nilai pH Na2CO3 dalam air
adalah sebesar 10,73 dalam konsentrasi 1% (b/v). Faktis yang bersifat basa dikhawatirkan akan mempengaruhi bahan-bahan yang digunakan dalam sistem vulkanisasi karet. Adanya asam stearat sebagai bahan pengaktif pada sistem vulkanisasi karet akan terganggu kinerjanya jika faktis gelap yang ditambahkan memiliki pH basa (Kholid, 2005).