302
MODEL MATEMATIS LAJU REAKSI PADA PROSES
PENCELUPAN KAPAS DENGAN ZAT WARNA REAKTIF PANAS
Elly Koesneliawaty
1*1Dosen Politehnik STTT Bandung, Jurusan Kimia Tekstil. Jl. Jakarta No 31, Bandung, Jawabarat, Indonesia
* Untuk korespondensi:Tel/Fax (0622)7272580, e-mail: koesnelia@yahoo.com
ABSTRAK
Pencapaian warna hasil proses pencelupan bahan kapas dengan zat warna Reaktif seringkali sukar diperoleh, terutama pada pemakaian zat warna campuran. Pencapaian warna menggunakan 2 atau lebih zat warna yang pemakaiannya terkait dengan estimasi waktu dan konsentrasi, sehingga perlu diketahui sifat laju reaksi zat warna. Laju reaksi diukur dari pengu-rangan konsentrasi zat warna pada waktu tertentudCA/dT. Laju reaksi larutan zat warna dengan
persamaan matematis. Pengujian dilakukan dengan metode spektrofotometri yang menghasilkan data absorbansi. Data absorbansi ini dilinierisasi dengan konsentrasi persamaan regresi metoda Least Squares.Pengamatan pengurangan konsentrasi zat warna diukur pada waktu 0,10,20,30,40 menit. Pengukuran tersebut memberikan nilai orde reaksi yang dapat mem-perkirakan kemampuan mewarnai kain kapas dari 4 jenis zat warna reaktif yang digunakan. Orde reaksi dari hasil pengukuran diperoleh pada waktu tertentu dengan hasil orde reaksi 4 sampai 6. Data penyimpangannya dinyatakan dalam ukuran selisih korelasi terkecil R2 = 0,0070 pada zat
warna reaktif yang optimum.
Kata kunci: laju,zat warna reaktif, pencelupan kapas, orde
ABSTRACT
Achievement of the color of the dyeing process of cotton material with dye Reactive often difficult to obtain, especially in the use of the dye mixture. Achievement of colors using two or more dyes which use is associated with an estimated time and concentration, so keep in mind the nature of the reaction rate of the dye. The reaction rate is measured by the reduction of the concentration of the dye at a certain time dCA / dt. The reaction rate of the dye solution to a mathematical equation. Tests used by spectrophotometric method that produced the data ab-sorbance. The absorbance data is linearized concentration Least Squares regression method. Observations reducing the concentration of the dye was measured at 0, 10, 20, 30, 40 minutes. The measurement value reaction order to estimate the ability of dyeing cotton fabrics from 4 types of reactive dyes are used. Order the reaction of the measurement results obtained at a certain time with the result of the reaction order of 4 to 6. The data deviation measured by the difference between the smallest correlation R2 = 0.0070 at optimum reactive dyes.
PENDAHULUAN
Bahan kapas yang dipergunakan untuk proses pencelupan sudah bebas dari zat le-mak, lilin, peptin agar dapat mengabsorbsi zat warna maksimal. Pencelupan pada ba-han kapas dapat menggunakan ber-macam-macam zat warna dengan kondisi proses yang bersesuaian antara sifat keduanya. Se-rat alam kapas berupa mol sellulosa yang mengandung gugus OH primer dalam larutan air. Pada proses pencelupan dapat menggunakan jenis zat warna yang larut da-lam air yaitu zat warna reaktif panas,
Kereaktifan dari zat warna reaktif panas Drimarene sistim reaktif trikloropirimidin ter-sebut dapat dilihat melalui kinetika laju reaksi pada mekanisme proses pencelupan-nya melalui pengamatan pengurangan konsen-trasi zat warna pada waktu 1,10, 20, 30, 40 menit dengan metoda perhitungan integrasi dari persamaan diferensial dC/dT yang hasil-nya dalam satuan orde reaksi. Persamaan laju : -dC A /dt = k.CAn ……1)
ln – d C A / dt = - ln k + n ln C A………2)
Pengujian orde reaksi:
n didapat dari evaluasi kemiringan plot antara ln – d CA/dt dan ln CA, - ln k didapat
dari intersep. Hasil pengujian dari Drimarene Turkis X-B, Drimarene Blue X-3 RL, Drima-rene Rubin X-3RL, DrimaDrima-rene Violet X-2RL adalah 4 sampai 6 satuan orde reaksi
Pengujian yang diperlukan dalam men-gukur larutan zat warna dari prinsip Lambert Beer dalam grafik absorbansi dan konsen-trasi dalam persamaan regresi metoda Least Squares.
Zat warna reaktif panas Drimarene sis-tim reaktif trikloropirimidin mempunyai
kereaktifan rendah yang memerlukan suhu tinggi untuk kebutuhan energi aktivasi (Ea)
untuk bereaksi dengan serat sesuai hukum Arhenius k = A.e.– Ea/RT ……….3)
Kemampuan zat warna untuk berikatan kuat dalam jumlah yang besar secara merata dengan serat memerlukan pengendalian proses pencelupan yang terjadi. Pengen-dalian faktor yang mempengaruhi mekanisme proses pencelupan secara men-dasar perlu diketahu, antara lain:
Difusi zat warna dari larutan ke per-mukaan bahan dengan pengaturan suasana pH basa dan elektrolit.
Difusi zat warna dari permukaan kedalam serat tergantung afinitas serat dan zat warna.
Ikatan serat dan zat warna sesuai dari gugus fungsi dan sistim-sistim reaktif dari zat warna.
Pemilihan kondisi proses pencelupan reaktif panas pada kondisi pH 11, pemakaian elektrolit NaSO4 30 g/L, Alkalinitas Na2CO3 2
g/L temperatur 950C 1).
D-Cl + Sel-OH D-O–Sel + HCl
Laju difusi zat warna kedalam serat di-pengaruhi oleh afinitas zat warna dan serat pemakaian bantuan elektrolit, kebasaan laru-tan dan zat alkalinitas yang dipakai.
Waktu yang diperlukan dari mulai reaksi, laju sangat tinggi setelah itu menurun dan cenderung stabil. Keadaan tersebut diasum-sikan sebagai keadaan tidak terjadi reaksi lagi.
Jika komponen serat dianggap konstan dengan volume tetap ,komponen zat warna dianggap penentu dengan parameter kon-sentrasi zat warna.
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21
Perhitungan orde reaksi melalui analog persamaan garis: y = b + ax, dimana a adalah orde reaksi dan b adalah In k.
Persamaan kinetika reaksi 1) dan 2) dengan data-data konsentrasi dan waktu pencelupan yang divariasikan, dibuat grafik C vs t. Semua titik diplot membentuk kurva, dimana setiap titik dibuat garis singgungnya sehingga didapat harga : -dC A /dt.
-dC A /dt = k.CAn
ln – d C A / dt = - ln k + n ln C A
Harga k larutan zat warna reaktif panas pada waktu tertentu.
Periksa CA
konstanta laju (k) dan orde reaksi (n) didapat dari evaluasi kemiringan plot antara:
ln – dCA / dt vs ln CA, dengan intersep - ln k Pengukuran konsentrasi larutan zat warna prinsip Lambert Beer dengan alat Spektrofotometer melalui ukuran trans-mitansi dan Absorbansi pada panjang gelom-bang sinar tampak.
λ maks setiap warna mempunyai %T dan A minimum dimana hasil pengukuran dengan penyimpangan terkecil.
Pada panjang gelombang maksimum di-hitung persamaan regresi antara absorbansi dan konsentrasi larutan zat warna. y = ax + b,
y= absorbansi; x= konsentrasi larutan zat warna
2 2)
(
)
(
)
)(
(
)
.
(
x
x
n
y
x
y
x
n
a
2 2 2)
(
)
(
)
.
)(
(
)
)(
(
x
x
n
y
x
x
x
y
b
n = adalah banyak variasi konsentrasi larutan zat warna
Warna tampak dapat diukur pada pan-jang gelombang sinar tampak 400nm sampai 700nm.
Bahan selulosa mentah yang terdapat di alam dihilangkan dahulu zat impurities lemak, lignin protein, lilin sekitar 8,5% melalui proses scouring, bleaching untuk memperoleh daya serap pada proses pencelupan. Dengan demikian larutan zat warna dengan zat pem-bantu lainnya dapat berdifusi kedalam serat.
Kondisi larutan zat warna diatur sesuai dengan sifat kimia dan fisika dari zat warna.
Sistim reaktif mempunyai susunan jenis anion tertentu dalam membentuk warna gugus fungsi yang dikandungnya dapat menentukan sifat ionisasi dan afinitas zat warna dengan bahan selulosa. Memerlukan energi panas yang cukup, pemberian el-ektrolit, pH agar menambah laju difusi mem-peroleh warna dengan ketuaan, kerataan lebih baik dan alkalinitas dalam menciptakan kereaktifannya untuk bereaksi.
Kondisi pencelupan dengan metoda pemberian elektrolit dan basa kuat diawal all in start memberikan dinamisme terjadinya ak-tifasi. Pengamatan terjadinya Laju difusi me-lalui pengukuran pengurangan konsentrasi zat warna pada waktu tertentu yang terjadi dari sejak tahap awal absorbsi tahap ad-sorpsi, difusi dan fiksasi.
Ditulis secara rinci dan jelas agar pem-baca dapat melakukan penelitian yang sama (repeatable dan reproduciable) dengan hasil yang relative sama. Metoda harus didukung oleh referensi bila metoda tersebut sudah diketahui sebelumnya. Spesifikasi bahan ha-rus detail agar pembaca memperoleh imfor-masi bagaimana mendapat bahan tersebut.
METODA PENELITIAN
Alat dan bahan menggunakan Gelas kimia 100 mL; Gelas ukur 100 mL; Timbangan teknis, Pengaduk; Mesin pencelupan Rapid; Spektrofotometer; Labu ukur; Pipet gelas; pH meter.
Kain kapas; Zat warna Drimarene Violet X-2RL; Zat warna Drimarene Rubinole X-3 RL; Zat warna Drimarene Turquise X-BX-2RL; Zat warna Drimarene Blue X-X-BX-2RL; NaSO4; Soda Ash; NaOH
Gambar Diagram Alir Penelitian
Prosedur Percobaan
Kain kapas dipotong dengan berat 2 gram. Membuat larutan induk zat warna sebanyak 1 gram zat warna dalam 100 ml air sebagai bahan larutan encer pengukuran Panjang gelombang maksimum melalui Transmitansi dan Absorbansi pada 400 nm – 700 nm, dan pengukuran Absorbansi 5 konsentrasi larutan zat warna pada panjang
gelombang maks. untuk pembuatan persamaan regresi y= ax + b.
Melakukan proses pencelupan dengan resep pencelupan dan skema pencelupan berikut:
R/Zat warna Drimarene 0,5 % Soda ash 30 g/L NaOH 38 Be (membuat pH 11) Temperatur 95oC Waktu 1- 40 menit Persiapan: Bahan Zat warna Mesin HT Spektrofotometer Pencelupan: Variasi waktu 10,20,30,40 menit
Pengujian larutan zat warna Λmaks ( %T,A) Persamaan regresi; y= ax +b
Pengujian larutan zat warna Konsentrasi larutan zat warna (sisa
pencelupan dan sisa lpembilasan) Cuci, bilas
Perhitungan
orde reaksi:In dC /dt = In k + n In C Koreksi nilai orde reaksi dan konstanta
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21
Vlot 1/50
Gambar Skema proses pencelupan
Pengambilan data penentuan panjang gelombang maksimum melalui pengukuran %T, dan A 400nm–700nm. Penentuan persamaan regresi zat warna melalui
pengukuran A larutan zat warna pada 5 konsentrasi. Pengukuran konsentrasi larutan zat warna pada saat sebelum pencelupan, setelah 1 menit, 10 menit, 20 menit, 30 menit dan 40 menit.
Melakukan Pengukuran konsentrasi larutan zat warna pada saat sebelum pencelupan, dengan cara mengukur konsentrasi larutan zat warna pada sisa pencelupan, setelah pencelupan 1 menit, 10 menit, 20 menit, 30 menit dan 40 menit.
Melakukan pengukuran konsentrasi larutan zat warna pada sisa pencucian, setelah pencelupan 1 menit, 10 menit, 20 menit, 30 menit dan 40 menit .
DATA
Tabel 1. Hasil Pengukuran Transmitansi Untuk Persamaan Regresi Turquise X-B (Λmaks=620 nm) Blue X-3LR (Λmaks=620 nm) Rubinole X-3RL (Λmaks=530 nm) Violet X-2RL (Λmaks=580 nm) Konsen-trasi (g/l) %T A Konsen-trasi (g/l) %T A Konsen-trasi (g/l) %T A Konsen-trasi (g/l) %T A 0,005 84 0,076 0,02 45,4 0,342 0,005 74 0,131 0,005 78,5 0,105 0,01 70,5 0,152 0,025 37 0,432 0,01 54 0,268 0,01 60,5 0,218 0,015 59,5 0,225 0,03 30,5 0,516 0,015 40 0,348 0,015 47 0,328 0,02 49 0,309 0,04 21,5 0,668 0,02 31 0,509 0,02 36 0,444 0,025 43 0,367 0,045 17 0,769 0,025 24,5 0,601 0,025 29,5 0,53
Tabel 2. Hasil Pengukuran Transmitansi Zat Warna Reaktif Panas.
Waktu (menit)
% T
Turquise X-B Blue X-3LR Rubinole X-3RL Violet X-2RL
Sisa celup Sisa cuci Sisa celup Sisa cuci Sisa celup Sisa cuci Sisa celup Sisa cuci 1 75 66 69 46 69 66 69 50 10 78,5 63 74 60,5 74 60,5 75 31 20 84 44 77,5 51 77,5 51 79,5 28,5 30 84,5 44 77 55 77 55 82,5 24 40 85 39 78 52 78 52 81,5 28,5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengukuran orde reaksi proses pencelupan kapas dengan zat warna reaktif melalui konsentrasi larutan zat warna pada waktu tertentu (pada persamaan 1 dan
persamaan reaksi 2 ). Orde reaksi (pada table 4).menunjukkan spesifikasi laju zat warna dalam proses pencelupan Kapas.
Nilai orde reaksi zat warna yang hampir sama atau sama dapat dipergunakan
sebagai komponen zat warna campuran dalam mencelup bahan kapas.
Konsentrasi larutan zat warna pada waktu tertentu diperoleh melalui persamaan regresi yang dimiliki larutan zat warna tersebut.(Tabel 3) Nilai konsentrasi larutan zat warna pada menit 20 dan menit 30 pada umumnya menunjukkan reaksi yang terjadi
kondisi kesetimbangan (waktu kondisi proses pencelupan)
Jumlah konsentrasi yang berbeda pada satuan waktu menggambarkan konstanta laju yang berbeda, sehingga memberikan warna hasil proses pencelupan berbeda.
Tabel 3. Konsentrasi Larutan Zat Warna
Waktu X-B: Y=14,78x+0.0022 Drimarene Turquise Drimarene Blue X-3LR: Y=15.86x+0,038 X-3RL: Y=24,02x+0.0232 Drimarene Rubinole X-2RL: Y=21,2x+0.0067 Drimarene Violet
(menit) Sisa Konsentrasi konsentrasi konsentrasi konsentrasi
Celup Cuci Sisa Akhir (C a ) Celup Sisa Cuci Sisa Akhir (C a) Celup Sisa Cuci Sisa Akhir (C a ) Celup Sisa Sisa Cuci Akhir (C a)
1 0,083 0,012 0,0095 0,078 0,0189 0,0964 0,057 0,006 0,063 0,079 0,03 0,092 10 0,069 0,013 0,082 0,058 0,0113 0,0693 0,045 0,008 0,053 0,056 0,024 0,08 20 0,049 0,024 0,073 0,046 0,016 0,062 0,037 0,011 0,048 0,044 0,025 0,069 30 0,048 0,024 0,072 0,048 0,0139 0,0619 0,038 0,001 0,048 0,036 0,028 0,064 40 0,033 0,028 0,061 0,044 0,0155 0,0595 0,035 0,011 0,048 0,038 0,025 0,063
Persamaan regresi yang dimiliki larutan zat warna tersebut merupakan persamaan linier data transmitasi (%T) atau absorbansi (A) pada Λmaksnya. Data transmitasi (%T) atau absorbansi (A) larutan zat warna dapat dilihat pada tabel 2.
Nilai orde reaksi zat warna yang hampir sama atau sama dapat dipergunakan sebagai komponen zat warna campuran
dalam mencelup bahan kapas, sehingga terhindar dari penyimpangan warna hasil proses pencelupan
Pengujian konstanta orde reaksi: Pengujian konstanta orde reaksi k dan didapat dari evaluasi kemiringan plot antara ln – d C A / dt dan ln C A , - ln k didapat dari
intersep. Harga k larutan zat warna reaktif panas pada waktu tertentu.
Tabel 4. Koreksi Nilai konstanta dan Orde Reaksi Drimarene Turquise X-B
(n=4,41;k=74,544/m) Drimarene Blue X-3LR (n=6,67;k=29378/m) Drimarene Rubinole X-3RL n=4,92 ; k = 1300/m) Drimarene Violet X-2RL (n=4,76; k = 171,548/m) Ca(g/L) Ca(g/L)
koreksi koreksi k Ca(g/L) Ca(g/L) koreksi k koreksi Ca(g/L) Ca(g/L) koreksi k koreksi Ca(g/L) koreksi k koreksi Ca(g/L)
0,095 0,097 74,544 0,0964 0,096 27104,737 0,063 0,088 1380,361 0,092 0,097 172,466 0,082 0,082 72,922 0,0693 0,079 20561,1 0,053 0,061 1260,961 0,08 0,082 169,712 0,073 0,073 72,537 0,062 0,072 28858,777 0,048 0,052 1270,961 0,069 0,073 173,334 0,072 0,067 73,322 0,0619 0,067 30894,866 0,048 0,047 1293,758 0,064 0,068 166,485 0,061 0,063 72,238 0,0595 0,065 28086,241 0,048 0,044 1272,269 0,063 0,064 166,627 Jadi bisa disimpulkan bahwa zat Drimarene Turquise X-B mempunyai orde reaksi 4,41
Jadi bisa disimpulkan bahwa zat Drimarene Blue X-3LR mempunyai orde reaksi 6,77 Jadi bisa disimpulkan bahwa Drimarene Rubinole X-3RL mempunyai orde reaksi 4,92 Jadi bisa disimpulkan bahwa Drimarene Violet X-2RL mempunyai orde reaksi 4,76
Pengembangan Material Aplikatif sebagai upaya mendukung Pembelajaran Kimia Abad 21
Sistim reaktif.
Perkembangan produksi zat warna mu-lai dari gugus fungsi, pemberian gugus-gugus atom, atau molekul donor dan aksep-tor sampai kepada sistim reaktif ganda dan triple memberikan pengembangan disain metode pencelupan, penggunaan zat pem-bantu.
Perkembangan disain metode pencelupan dan pemberian zat pembantu memberikan kemungkinan perubahan dalam pengambilan dalam hal metoda pengambilan sampel.
Kebasaan
Suasana pH larutan yang diberikan akan berkembang pula sejalan dengan peru-bahan sifat zat warna, zat pembantu yang digunakan..
Alkalinitas
Penggunakan alkali dalam membangkit-kan reaktifitas zat warna amembangkit-kan mengalami penyesuaian sesuai gugus fungsi, sistim reaktif yang dipunyai zat warna.
Elektrolit
Jumlah elektrolit yang diperlukan sesuai besar molekul, sifat ionisasi dari gugus fungsi yang dikandung.
Membandingkan hasil yang diperoleh dengan data pengetahuan (hasil penelitian orang lain) yang sudah dipublikasikan. Men-jelaskan implikasi dari hasil penelitian terse-but terhadap ilmu pengetahuan.
Kesimpulan dan saran
Drimarene Turkis X-B, Drimarene Blue X-3 RL, Drimarene Rubin X-3RL, Drimarene Violet X-2RL adalah 4 sampai 6 satuan orde reaksi.
Dilakukan pengukuran laju reaksi dengan metoda dan instrument lain yang lebih praktis dan efisien.
Penelitian laju reaksi pada setiap langkah perkembangan teknologi produksi zat warna reaktif menyertai publikasi pro-mosi.
Ucapan terimakasih
Ucapan terimakasih kepada Dr. Danu Ariono, dan staf Universitas Bandung Raya yang telah memberikan inspiratif sehingga terjadinya penelitian ini.
Lab. Kimia Fisika STTT Tekstil Bandung sebagai tempat dikerjakannya penelitian ini.
Daftar Pustaka
[1] Beech,W.F., (1970). Fibre-Reaktive Dyes, Logos Press, London,
[2] Colour Index, third edition, volume 4, The Socciety of Dyers and Colourist. [3] Colour Index, third edition, volume 5,
The Socciety of Dyers and Colourist.
[4] Colour Index, third edition, volume 6, The Socciety of Dyers and Colourist. [5] Colour Index, third edition, volume 7,
The Socciety of Dyers and Colourist. [6] Nono, (1978) Pedoman Praktikum
pencelupan, Institut Teknologi Tekstil Bandung,
[7] P.W Atkins, (1998). Physical Chemistry, sixth edition, Oxford, University Press. [8] R,H. Peters, (1975). Textile Chemistry,
volume III, Elsevier Sciencetific Publish-ing Company, Amsterdam, Oxford- New York.
[9] Sudjana, (1992). Metoda Statistika, edisi V, Penerbit Tarsito, Bandung.
[10] Vickerstaff, Thomas, (1945). The Physi-cal Chemistry of Dyeing, London Oliver and Bay, London.
TANYA JAWAB
Pemakalah : Elly Koesneliawaty Penanya : Maria Ulfa
Pertanyaan : Mengapa di judul zat warna
reaktif panas?
Jawaban : Reaktif panas adalah katpori,
sehingga pencelupan memerlukan panas general
