Pengaruh Suhu dan Lama Proses Aging

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.4 Pengaruh Suhu dan Lama Proses Aging

Gambar 13. Reaktor aging dan instalasi pengaduknya

4.4 Pengaruh Suhu dan Lama Proses Aging

4.4.1 Viskositas MESA

Viskositas atau kekentalan dari suatu cairan merupakan sifat fluida yang dipengaruhi oleh ukuran molekul dan gaya antar molekul. Proses penambahan gugus sulfonat pada proses sulfonasi yang kemudian disempurnakan pada proses aging membuat MESA cenderung memiliki ukuran molekul yang lebih besar, sehingga viskositas MESA akan lebih tinggi dibandingkan dengan metil esternya.

Viskositas dapat dinyatakan sebagai tahanan aliran fluida yang merupakan gesekan antara molekul-molekul cairan satu dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang mudah mengalir dapat dikatakan memiliki viskositas yang rendah dan sebaliknya bahan-bahan yang sulit mengalir memiliki viskositas yang tinggi. Besaran viskositas berbanding terbalik dengan perubahan temperatur. Kenaikan temperatur akan melemahkan ikatan antar molekul suatu jenis cairan sehingga akan menurunkan nilai viskositasnya. Sulfonasi gas SO₃ terhadap bahan organik merupakan reaksi eksotermis yang melibatkan sejumlah transisi dan modifikasi sifat fisik viskositas MESA (Moretti et al. 2001).

Ukuran molekul yang besar dapat menyebabkan viskositas cairan lebih tinggi dibandingkan dengan ukuran molekul yang kecil. Menurut Takeuchi (2008) viskositas yang tinggi disebabkan adanya gaya tarik menarik antarmolekul yang besar dalam cairan, molekul yang besar, rantai molekul yang tidak teratur, serta suhu, sehingga molekul menjadi lebih sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi.

Pada tahapan ini, MESA yang semakin viskos (kental) menunjukkan tingkat konversi yang makin tinggi. Adanya penambahan gugus SO₃ pada gugus karboksil, akan mengaktivasi Cα sehingga akan mudah diserang oleh SO₃ selanjutnya. Demikian pula dengan semakin lama sulfonasi memungkinkan pengikatan SO₃ pada ikatan rangkap lain. Hal tersebut di atas menyebabkan meningkatkan konsentrasi molekul dan total solid sehingga MESA makin kental. Viskositas MESA pasca aging berkisar antara 130.5 – 345 cP. Data viskositas MESA pasca aging dapat dilihat pada Tabel 8.

22

Tabel 8. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap viskositas MESA

Perlakuan _{Viskositas (cP)}

Suhu (^oC) Lama Aging (menit)

80 30 340.0 45 342.5 60 345.0 100 30 280.0 45 285.5 60 292.5 120 30 130.5 45 138.25 60 152.5

Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap viskositas MESA dilakukan analisis ragam. Tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95% (α = 0.05). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa suhu dan lama aging tidak berpengaruh nyata terhadap viskositas MESA. Interaksi kedua perlakuan tersebut pun tidak memberikan pengaruh nyata terhadap viskositas MESA.

4.4.2 Nilai pH MESA

Nilai pH merupakan derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu bahan. Menurut Bodner dan Pardue (1989) nilai pH berkisar antara 0-14. Kisaran nilai pH dari 0-6 menunjukkan bahwa suatu larutan bersifat asam, sedangkan nilai pH 8-14 menunjukkan bahwa suatu larutan bersifat basa, dan larutan dengan nilai pH 7 menunjukkan bahwa larutan bersifat netral.

Koefisien pH tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut, bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan persetujuan internasional. Nilai pH didefinisikan sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen (Fessenden dan Fessenden 1995).

Pengukuran pH MESA yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan alat pH meter Schott Instruments handylab pH11/Set. Gas SO₃ sebagai reaktan pada proses sulfonasi bersifat asam kuat, sehingga produk MESA yang dihasilkan bersifat asam. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh pH MESA berkisar antara 1.2 sampai 2.1. Hal ini menunjukkan bahwa MESA yang dihasilkan masih bersifat asam, yang dikarenakan MESA belum melalui tahap netralisasi pada proses pemurnian. Data nilai pH MESA selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 9.

23

Tabel 9. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap nilai pH MESA

Perlakuan _pH

Suhu (^oC) Lama Aging (menit)

80 30 1.8 45 1.6 60 1.2 100 30 1.9 45 1.7 60 1.5 120 30 2.1 45 1.95 60 1.7

Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap nilai pH MESA dilakukan analisis ragam atau analisis varians dengan rancangan percobaan acak kelompok, dengan tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95% (α = 0.05). Dari hasil analisis ragam menunjukkan bahwa suhu dan lama aging tidak berpengaruh nyata terhadap nilai pH MESA, demikian pula dengan interaksi suhu dan lama aging tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap nilai pH MESA.

Nilai pH MESA yang tidak berbeda nyata diduga karena faktor suhu aging dengan taraf 80 o

C, 100 ^oC, dan 120 ^oC dan juga lama aging dengan taraf 30, 45, dan 60 menit tidak berpengaruh nyata terhadap perubahan kandungan ion hidrogen di dalam substansi MESA. Ion hidrogen berperan dalam sifat asam suatu senyawa. Arrhenius merumuskan zat asam adalah suatu molekul yang didalamnya mengandung setidaknya satu atom hidrogen yang dapat terdisosiasi di dalam air (Lower 1996). Produk MESA dengan kisaran nilai pH seperti tersebut diatas dikategorikan bersifat asam, hal ini karena jumlah ion hidrogen dari MESA yang terdisosiasi di dalam air lebih banyak dibandingkan ion hidroksida (OH-).

4.4.3 Densitas MESA

Densitas merupakan salah satu sifat dasar fluida yang didefinisikan sebagai hasil dari massa per satuan volume. Efek temperatur pada densitas cairan tidak dapat diabaikan karena cairan akan meregang mengikuti perubahan temperatur. Densitas umumnya dikaitkan dengan viskositas dimana cairan lebih padat maka viskositasnya lebih tinggi, hal ini tentunya berkorelasi dengan kandungan total padatan pada bahan.

Densitas yang diukur pada penelitian ini merupakan perbandingan berat dari suatu volume sampel pada suhu 25 ^oC dengan berat air pada volume dan suhu yang sama. Data densitas MESA pasca aging dapat dilihat pada Tabel 10.

24

Tabel 10. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap densitas MESA

Perlakuan _{Densitas (g/ml)}

Suhu (^oC) Lama Aging (menit)

80 30 1.0312 45 1.0306 60 1.0298 100 30 0.9999 45 1.0062 60 1.0026 120 30 0.9553 45 0.9549 60 0.9541

Densitas terendah diperoleh dari MESA pada taraf suhu 120 ^oC dan lama aging 60 menit, dengan nilai rata-rata 0.9541 g/ml. Densitas tertinggi dimiliki oleh MESA pada taraf suhu 80 ^oC dan lama aging 30 menit. Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa densitas MESA menunjukkan nilai yang cenderung stabil pada satu taraf suhu yang sama, hanya saja pada taraf suhu 100 ^oC densitas MESA yang dihasilkan mengalami fluktuasi mulai dari menit 30 ke menit 45 yang mengalami kenaikan, kemudian nilai densitas kembali turun pada menit ke 60.

Fluktuasi nilai densitas ini dapat menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi belum dapat menghasilkan MESA dengan nilai densitas yang stabil. Hal ini kemungkinan dapat disebabkan karena mekanisme pembentukan MESA dalam reaktor sulfonasi selama periode tersebut belum sempurna, belum mencapai kesetimbangan. Dalam periode tertentu, hasil reaksi masih dalam bentuk senyawa intermediet yang masih dapat mengalami restrukturisasi melepaskan gugus SO₃ yang dapat mengurangi nilai densitas.

Dari Tabel 10 tersebut juga dapat dilihat bahwa ada kecenderungan semakin tinggi suhu yang digunakan dalam proses aging, maka akan semakin kecil densitas MESA yang dihasilkan. Kenaikan suhu aging berpengaruh terhadap gaya kohesi (tarik menarik) antar molekul pada cairan dimana dengan meningkatnya suhu aging akan mengurangi gaya kohesi dan meningkatkan perubahan molekul di dalamnya termasuk melemahnya ikatan C-S sehingga SO₃ terlepas yang mengakibatkan massa per satuan volume berkurang yang menyebabkan densitas menurun.

Hasil analisis ragam (α=0.05) menunjukkan bahwa suhu dan lama aging tidak berpengaruh nyata terhadap densitas MESA, begitupun dengan interaksi suhu dan lama aging yang tidak berpengaruh nyata. Hasil analisis ragam terhadap densitas MESA dapat dilihat pada Lampiran 7.

4.4.4 Bilangan Asam MESA

Bilangan asam merupakan jumlah miligram basa yang diperlukan untuk menetralisasi asam lemak bebas dalam 1 gram bahan. Basa yang digunakan dalam hal ini adalah NaOH. Produk MESA bersifat asam karena masih mengandung campuran SO₃, dimana gas SO₃ merupakan salah

25

satu gugus pembentuk asam kuat, sehingga banyaknya gugus SO₃ yang terikat pada suatu bahan akan meningkatkan bilangan asam.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa bilangan asam MESA jarak pagar berkisar pada 10.55 – 19.78 mg KOH/g MESA. Tabel 11 menunjukkan grafik hubungan suhu dan lama proses aging terhadap bilangan asam MESA.

Tabel 11. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap bilangan asam MESA

Perlakuan Bilangan Asam

(mg KOH/g MESA) Suhu (^oC) Lama Aging (menit)

80 30 _18.46 45 _18.85 60 _19.78 100 30 _10.55 45 _12.17 60 _13.09 120 30 _13.23 45 _13.70 60 _14.29

Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama proses aging terhadap bilangan asam dilakukan analisis ragam dengan tingkat kepercayaan yang dipakai adalah 95% (α = 0.05). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa perlakuan suhu aging berpengaruh nyata terhadap bilangan asam MESA, sedangkan perlakuan lama aging maupun interaksi suhu dan lama aging tidak memberikan pengaruh nyata terhadap bilangan asam MESA. Hasil analisis ragam selengkapnya disajikan pada Lampiran 8.

Hasil uji lanjut Duncan menunjukkan bahwa taraf suhu aging 80 ^oC berbeda nyata dengan taraf suhu 100 ^oC, sedangkan taraf suhu 120 ^oC menunjukkan hasil yang tidak berbeda nyata dengan taraf suhu 80 ^oC dan 100 ^oC. Dari grafik bilangan asam dapat diketahui bahwa adanya kecenderungan semakin tinggi suhu menyebabkan bilangan asam menurun. Hal ini diduga pemanasan pada suhu tinggi menyebabkan ikatan antar molekul makin lemah sehingga SO₃ mudah terlepas, demikian pula pada suhu tinggi terjadi sedikit penggumpalan MESA dengan densitas tinggi yang kemudian mengendap pada bagian bawah reaktor.

Proses aging yang dilakukan dengan menggunakan pemanasan dan pengadukan memungkinkan terjadinya proses penyusunan ulang (rearrangement) molekul MESA dan pelepasan SO3 dari gugus karboksil, terjadinya pelepasan SO3 yang terikat pada ikatan rangkap internal pada asam lemak, dan sisa SO₃ yang masih terdapat pada permukaan gas/cair akan mudah bereaksi dengan metil ester serta sisa SO₃ yang terakumulasi dari proses sulfonasi akan terlepas. Berkurangnya jumlah SO₃ yang terdapat dalam MESA menyebabkan bilangan asam menurun pula.

26

4.4.5 Bilangan Iod MESA

Bilangan iod merupakan salah satu parameter yang digunakan untuk mengatur banyaknya ikatan rangkap dalam suatu bahan. Bilangan iod menunjukkan banyaknya gram iodine yang terserap dalam 100 gram minyak atau lemak. Tinggi atau rendahnya bilangan iod tergantung pada komposisi asam lemak penyusunnya. Besarnya jumlah iod yang diserap menunjukkan bagaimana banyaknya ikatan rangkap tidak jenuh (Ketaren 1986).

Banyaknya ikatan rangkap ini diukur dengan melihat berapa miligram iodine yang diikat dalam ikatan rangkap per gram sampel (AOAC 1995). Bilangan iod ini diukur untuk melihat berapa banyak ikatan rangkap dala m a sa m le ma k yang berkurang akibat bereaksi dengan reaktan SO_3.

Bilangan iod dari MESA yang dihasilkan berkisar antara 22.48 – 38.19 mg Iod/g MESA. Nilai tersebut menunjukkan adanya penurunan bilangan iod dari semula metil ester yaitu sebesar 94.917 mg Iod/g minyak. Dari Gambar 14 dapat dilihat bahwa dalam setiap taraf suhu terjadi penurunan bilangan iod seiring dengan semakin lamanya waktu proses aging. Semakin menurunnya bilangan iod, berarti semakin banyak jumlah ikatan rangkap metil ester yang diadisi oleh SO3 yang kemudian terbentuk molekul-molekul surfaktan dengan gugus sulfonat.

Gambar 14. Grafik hubungan suhu dan lama aging dengan bilangan iod MESA

Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap nilai bilangan iod MESA maka dilakukan analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95% (α = 0.05). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa lama proses aging berpengaruh nyata terhadap nilai bilangan iod MESA. Interaksi antara suhu dan lama aging tidak memberikan pengaruh nyata terhadap nilai bilangan iod MESA. Hasil uji lanjut Duncan terhadap faktor lama aging menunjukkan bahwa lama aging 45 menit dan 60 menit tidak berbeda nyata tetapi keduanya berbeda nyata dengan lama aging 30 menit. Hasil analisis ragam dan uji lanjut Duncan terhadap nilai bilangan iod MESA dapat dilihat pada Lampiran 9.

Semakin lama proses aging maka akan menurunkan bilangan iod MESA, sedangkan faktor suhu menunjukkan kecenderungan bahwa semakin tinggi suhu yang digunakan maka akan menurunkan bilangan iod MESA. Hal ini dikarenakan proses sulfonasi yang dilanjutkan dengan proses aging akan semakin sempurna dengan peningkatan suhu reaksi. Proses yang baik akan memperbanyak reaksi antara molekul SO₃ dengan ikatan rangkap metil ester yang berarti akan menurunkan jumlah iodine yang dapat terserap oleh surfaktan MESA yang dihasilkan.

27

Jungermann (1979) mengemukakan bahwa ikatan rangkap pada metil ester merupakan salah satu tempat terjadinya reaksi sulfonasi.

4.4.6 Kadar Bahan Aktif MESA

Kadar bahan aktif merupakan salah satu nilai mutu kinerja surfaktan. Kadar bahan aktif menunjukkan jumlah kandungan bahan aktif permukaan yang terkandung dalam surfaktan. Semakin banyak kadar bahan aktif dalam surfaktan maka diharapkan akan semakin baik kinerja surfaktan. Berdasarkan penelitian ini kadar bahan aktif berkisar antara 5.59-14.83%. Hasil analisis kadar bahan aktif MESA dapat dilihat pada Tabel 12.

Kadar bahan aktif dapat ditunjukkan dari jumlah gugus SO₃ yang terikat dalam struktur MESA. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengukur bahan aktif surfaktan adalah dengan metode visual melalui teknik titrasi dua fasa menggunakan surfaktan kationik sebagai penitran. Semua titrasi surfaktan berdasarkan pada reaksi antagonis dimana surfaktan ionik bereaksi dengan surfaktan yang memiliki muatan yang berlawanan untuk membentuk garam yang tidak larut air (pasangan ion) (Matesic-Puac et al. 2005). Menurut Myers (2006) bahan aktif pada MESA berupa gugus sulfonat yang terikat pada rantai karbon asam lemak MESA. Bahan aktif ini akan berfungsi sebagai polar head atau bahan yang lebih cenderung larut air (hidrofilik). Pada surfaktan anionik gugus ion anionik adalah bahan aktif yang diukur.

Analisis kadar bahan aktif yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode Epthone. Menurut Stache (1995) prinsip dasar dari uji ini adalah titrasi bahan aktif menggunakan cetylbipiridinum bromide, yang merupakan salah satu jenis surfaktan kationik. Indikator yang digunakan adalah methylen blue. Campuran surfaktan dengan indikator ditambahi klroform sehingga tercipta dua fasa kloroform di bagian bawah dan fasa larutan surfaktan dan methylen blue yang berada di bagian atas. Pada permulaan, warna biru tua berada pada lapisan kloroform, kemudian selama titrasi warna biru akan bergerak menuju lapisan cairan (larutan surfaktan dalam akuades) secara perlahan. Perpindahan warna terjadi secara cepat pada akhir titrasi. Akhir titrasi dicapai ketika warna kedua lapisan memiliki intensitas yang hampir sama. Bila titrasi diteruskan maka fasa kloroform akan menjadi lebih pucat lalu lama-kelamaan akan menjadi bening.

Tabel 12. Hasil analisis suhu dan lama aging terhadap bahan aktif MESA

Perlakuan _{Bahan Aktif (%)}

Suhu (^oC) Lama Aging (menit)

80 30 9.34 45 10.6 60 14.82 100 30 9.69 45 11.81 60 13.78 120 30 5.59 45 10.21 60 11.73

28

Dari Tabel 12 dapat dilihat bahwa lama reaksi memberikan pengaruh positif terhadap kadar bahan aktif MESA. Kadar bahan aktif yang semakin tinggi menunjukkan bahwa molekul surfaktan yang terbentuk semakin banyak. Menurut Syam et al. (2009) lama reaksi memberikan pengaruh pada reaksi karena memberikan peluang pencampuran dan pelarutan. Semakin banyak molekul SO_{3 yang terlarut, maka semakin tinggi pula reaksi dengan metil} ester akibatnya adalah semakin banyak surfaktan yang terbentuk.

Untuk mengetahui pengaruh suhu dan lama aging terhadap kadar bahan aktif MESA dilakukan analisis ragam dengan tingkat kepercayaan 95% (α = 0.05). Hasil analisis ragam menunjukkan bahwa suhu dan lama aging serta interaksi keduanya tidak memberikan pengaruh nyata terhadap kadar bahan aktif MESA. Hasil analisis ragam pengaruh suhu dan lama aging terhadap bahan aktif MESA dapat dilihat pada Lampiran 10.