Proses esterifikasi getah pinus sangat lambat disebabkan adanya gugus asam kuartener dalam molekul getah pinus sehingga penggunaan katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi. Menurut Susilowati (2001) proses estrifikasi getah pinus menggunakan konsentrasi katalis antara 0.1 hingga 10 persen (w/w) dari getah pinus. Pada penelitian ini, proses esterifikasi menggunakan konsentrasi katalis KOH 1%, 5% dan 10% (w/w) dari bobot getah pinus (soft rosin) setelah dilakukan penentuan waktu esterifikasi.
Proses esterifikasi diawali dengan menimbang 150 gram getah pinus, dilanjutkan dengan pemanasan sampai dengan suhu 100 0C sambil diaduk. Pemanasan bertujuan untuk menurunkan viskositas getah pinus agar mudah larut dan cepat bereaksi dengan gliserol, sedangkan pengadukan dilakukan supaya pemanasan lebih merata. Penambahan katalis KOH (1%, 5% dan 10%) dan gliserol (1.1 mol) dilakukan secara bersamaan sedikit demi sedikit untuk mencegah penurunan suhu yang signifikan karena ketika campuran KOH dan gliserol ditambahkan suhu menjadi turun karena bersifat endoterm. Proses esterifikasi dilakukan pada suhu 150 0C selama enam jam.
Getah pinus ester yang dihasilkan dibagi menjadi dua bagian yaitu getah pinus ester tanpa perlakuan pencucian (sebelum dicuci) dan getah pinus ester dengan perlakuan pencucian (sesudah dicuci). Getah pinus ester tanpa perlakuan pencucian (sebelum dicuci) adalah getah pinus ester yang langsung
28 diuji bilangan asam, bilangan ester dan kadar gliserol bebasnya tanpa dicuci terlebih dahulu. Sedangkan getah pinus ester dengan perlakuan pencucian (sesudah dicuci) adalah getah pinus ester yang mengalami pencucian terlebih dahulu, setelah itu diuji bilangan asam, bilangan ester dan kadar gliserolnya. Pencucian dilakukan dengan cara getah pinus ester dilarutkan dalam pelarut heksan, setelah larut dicuci menggunakan air. Pencucian bertujuan untuk membersihkan getah pinus ester dari kotoran dan senyawa lain yang tidak diinginkan serta mengkaji apakah ada perbedaan kekuatan rekatnya. Hasil uji bilangan asam, ester dan gliserol bebas getah pinus ester dapat dilihat pada Gambar 10, 11 dan 12.
1. Bilangan Asam
Bilangan asam menunjukkan banyaknya kalium hidroksida dalam miligram untuk menetralkan satu gram lemak yang terkandung dalam senyawa getah pinus ester. Salah satu parameter terjadinya reaksi esterifikasi adalah bilangan asam dengan asumsi bahwa asam yang terkandung dalam suatu bahan akan bereaksi membentuk ester dan air. Reaksi esterifikasi berlangsung lambat dan dapat balik (reversible) (Fessenden dan Fessenden, 1986). Persamaan reaksi esterifikasi secara umum dapat dilihat pada Gambar 9.
RCOOH + ROH --- RCOOR + H2O Asam karboksilat Alkohol Ester Air
Gambar 9. Reaksi Esterifikasi Asam Karboksilat dengan Alkohol (Donker, 1999)
Bilangan asam esterifikasi getah pinus dengan konsentrasi katalis KOH 1, 5, dan 10% dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 10 menunjukkan bahwa bilangan asam yang diuji menghasilkan nilai yang bervariasi. Getah pinus ester dengan katalis 1% yang telah dicuci memiliki nilai bilangan asam yang tertinggi yaitu 136.33, sedangkan bilangan asam terendah ditujukkan oleh getah pinus ester dengan katalis 10% yang telah dicuci dengan nilai 31.94. Nilai bilangan asam getah pinus ester yang telah dicuci rata-rata lebih tinggi dibandingkan dengan
29 getah pinus ester yang belum dicuci terkecuali pada katalis 10%. Hal tersebut disebabkan pada getah pinus ester yang belum dicuci masih terdapat sabun, kotoran dan senyawa yang lain sehingga asam dalam getah pinus ester konsentrasinya lebih kecil dibandingkan getah pinus ester yang telah dicuci. Selain itu adanya proses hidrolisis ketika pencucian dapat meningkatkan nilai bilangan asam. Menurut Ketaren (1986), reaksi hidrolisis terjadi karena terdapatnya sejumlah air dalam minyak atau lemak.
Gambar 10. Grafik Bilangan Asam Getah Pinus Ester Katalis 1, 5, dan 10%
Bilangan asam pada katalis 1% sebelum dicuci lebih rendah dibandingkan dengan katalis 1% sesudah dicuci. Hal tersebut disebabkan pada katalis 1% sebelum dicuci masih terdapat kotoran dan senyawa lain sehingga konsentrasi asamnya lebih kecil dibandingkan dengan katalis 1% sesudah dicuci. Selain itu sifat reaksi esterifikasi yang dapat balik (reversible) dengan adanya air. Hal ini juga terjadi pada katalis 5%.
Berbeda dengan katalis 1% dan 5%, bilangan asam pada katalis 10% sebelum dicuci lebih tinggi dibandingkan dengan bilangan asam sesudah dicuci. Hal tersebut disebabkan terjadinya reaksi kesetimbangan dan berlebihnya katalis KOH sehingga pada saat pencucian, kotoran dan KOH berlebih ikut larut dengan pelarut serta ada sebagian asam yang bersifat polar juga ikut larut dan terbuang. Akibatnya konsentrasi asam sesudah dicuci lebih kecil dibandingkan sebelum dicuci.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Sesudah Dicuci Sebelum Dicuci
Bi lan gan A sam Katalis KOH 1% Katalis KOH 5% Katalis KOH 10%
30
2. Ester
Grafik bilangan ester dalam esterifikasi getah pinus dengan konsentrasi katalis KOH 1, 5, dan 10% dapat dilihat pada Gambar 11. Gambar tersebut menunjukkan bahwa nilai ester yang diuji menghasilkan nilai yang bervariasi dengan rentang 14.00-39.02. Getah pinus ester dengan katalis 1 % tanpa pencucian (sebelum dicuci) memiliki nilai ester yang tertinggi dibandingkan dengan yang lainnya yaitu sebesar 39.02. Nilai ester untuk getah pinus ester dengan katalis 5 dan 10 % tanpa pencucian (sebelum dicuci) adalah 23.10, dan 14.00, sedangkan untuk getah pinus ester dengan katalis 1, 5 dan 10 % yang mengalami pencucian (sesudah dicuci) adalah 33.79, 31.75 dan 24.92.
Gambar 11. Grafik Bilangan Ester Getah Pinus Ester Katalis 1, 5, dan 10%
Katalis 1 % yang mengalami pencucian (sesudah dicuci) memiliki nilai ester yang lebih rendah dibandingkan dengan getah pinus ester tanpa pencucian (sebelum dicuci). Hal ini disebabkan belum maksimalnya proses esterifikasi atau reaksi belum mencapai kesetimbangan karena konsentrasi katalis yang digunakan terlalu kecil sehingga pada saat pencucian ada sebagian ester yang kembali menjadi asam. Hal tersebut dapat dilihat pada bilangan asam katalis 1% sesudah cuci yang tinggi.
Berbeda dengan katalis 1 %, katalis 5 % dan 10 % yang mengalami pencucian (sesudah dicuci) memiliki nilai ester yang lebih tinggi dibandingkan dengan getah pinus ester tanpa pencucian (sebelum dicuci). Hal tersebut disebabkan pada katalis 5 dan 10 % tanpa pencucian
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Sesudah Dicuci Sebelum Dicuci
Bi lan gan E st er Katalis KOH 1% Katalis KOH 5% Katalis KOH 10%
31 (sebelum dicuci) masih terdapat senyawa-senyawa bukan ester seperti sabun, asam, grup hidroksil dan senyawa lainnya sehingga ester dalam produk tanpa pencucian (sebelum dicuci) konsentrasinya lebih kecil dibandingkan dengan produk getah pinus ester yang telah mengalami pencucian (sesudah dicuci).
Gambar 11 juga menunjukkan bahwa katalis berpengaruh terhadap bilangan ester karena semakin tinggi konsentrasi katalis yang digunakan, ester yang terbentuk semakin kecil. Hal tersebut menunjukan bahwa asam yang bereaksi hanya membentuk sebagian kecil ester dan kemungkinan telah mencapai reaksi kesetimbangan sehingga tidak terjadi lagi reaksi esterifikasi walaupun waktu proses ditambah. Pada reaksi esterifikasi tidak semua asam terkonversi menjadi ester, ada beberapa asam dan grup hidroksil yang tidak bereaksi (Susilowati, 2001).
Bilangan ester sangat berhubungan dengan bilangan asam, ketika bilangan ester naik maka bilangan asamnya turun. Berdasarkan asumsi nilai asam turun dikarenakan asam bereaksi membentuk ester dengan adanya alkohol (Gambar 9).
3. Gliserol Bebas
Grafik nilai gliserol bebas esterifikasi getah pinus dengan konsentrasi katalis 1, 5, dan 10% dapat dilihat pada Gambar 12. Gambar tersebut menunjukkan bahwa getah pinus ester dengan katalis 10% tanpa pencucian (sebelum dicuci) memiliki nilai gliserol bebas sebesar 0.5, sedangkan getah pinus ester lainnya tidak memiliki nilai atau nol. Hal tersebut menunjukkan bahwa pada katalis 1 dan 5% tidak ada gliserol bebas atau gliserol yang ditambahkan bereaksi semua, sedangkan katalis 10% masih terdapat gliserol sebesar 0.5 yang tidak ikut bereaksi. Menurut SNI gliserol (2001), nilai gliserol menunjukan banyaknya gliserol yang tidak ikut bereaksi membentuk ester.
32 Gambar 12. Grafik Nilai Gliserol Bebas Getah Pinus Ester Katalis 1, 5, dan 10 %
Berdasarkan asumsi, gliserol bereaksi dengan asam-asam resin dalam getah pinus membentuk ester. Ini menunjukkan bahwa bilangan ester sangat berhubungan dengan kadar gliserol bebas, ketika bilangan ester naik maka kadar gliserol bebasnya turun dan begitu pun sebaliknya. Hal tersebut dapat dilihat dengan membandingkan nilai bilangan ester pada Gambar 11 dengan nilai gliserol bebas pada Gambar 12. Pada Gambar 11 bilangan ester yang paling rendah adalah getah pinus ester katalis 10% tanpa perlakuan pencucian (sebelum dicuci), sedangkan pada Gambar 12 getah pinus ester katalis 10% tanpa perlakuan pencucian (sebelum dicuci) memiliki kadar gliserol bebas yang paling tinggi dibandingkan dengan yang lainnya dan hal ini sesuai dengan asumsi yang ada.