PENGUNAAN SURFAKTAN TWEEN 80, POLIVINIL ALKOHOL
DAN DIETANOLAMIDA SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM
PEMBUATAN ASPAL EMULSI
TESIS
Oleh
IRWAN PANDAPOTAN HARAHAP
107006009/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
PENGUNAAN SURFAKTAN TWEEN 80, POLIVINIL ALKOHOL
DAN DIETANOLAMIDA SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM
PEMBUATAN ASPAL EMULSI
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
IRWAN PANDAPOTAN HARAHAP
107006009/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Judul : PENGGUNAAN SURFAKTAN TWEEN 80, POLIVINIL ALKOHOL DAN DIETANOL AMIDA SEBAGAI BAHAN
ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL EMULSI Nama Mahasiswa : IRWAN PANDAPOTAN HARAHAP
Nomor Pokok : 107006009
Program Studi : Magister Ilmu Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Tamrin, M.Sc Dr. Marpongahtun, M.Sc Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc
Telah diuji pada
Tanggal : 13 Agustus 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Tamrin, M.Sc Anggota : 1. Dr. Marpongahtun, M.Sc
2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc 4. Prof. Harlem Marpaung
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGUNAAN SURFAKTAN TWEEN 80, POLIVINIL ALKOHOL DAN DIETANOLAMIDA SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM
PEMBUATAN ASPAL EMULSI
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar
Medan, 13 Agustus 2012
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut gelar : Irwan Pandapotan Harahap, S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 17 Maret 1984
Alamat Rumah : Jl. Dr. Payungan Dalimunte, Gg Lestari No.5 Padangsidimpuan Utara
Telepon/HP : 0634-21995/085296459964
Email : irwan_pandapotanhrp@yahoo.com Instansi Tempat Bekerja : PT. Smart ,Tbk (Sinarmas Group) Alamat Kantor : Jl. Belmera Baru III, Belawan II, Medan Telepon/Faks/Hp : 061-6940694
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Negeri 142789 Sipirok, Tapsel Tamat : 1996 SMP : SLTP Negeri 1 Sipirok, Tapsel Tamat : 1999 SMU : SMU Negeri 1 Sipirok, Tapsel Tamat : 2002 D-3 : D3 Kimia Industri FMIPA USU Tamat : 2006 Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2009 Strata-2 : Program Studi Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2012
PENGUNAAN SURFAKTAN TWEEN 80, POLIVINIL ALKOHOL DAN DIETANOLAMIDA SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM
PEMBUATAN ASPAL EMULSI
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang aspal emulsi dengan menggunakan surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol (PVA) dan Dietanolamida. Aspal emulsi dapat dibuat dengan mencampurkan variasi perbandingan aspal yang terlebih dahulu dipanaskan pada suhu 120oC dengan variasi air yang dipanaskan pada suhu 55oC dan variasi surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol dan Dietanolamida kemudian ditambahkan secara perlahan-lahan dan diaduk dengan agitator selama 5 menit dengan komposisi maksimum perbandingan aspal, air dan surfaktan (75:15:10). Penggunaan surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol, dan Dietanolamida sebagai aditif dalam campuran aspal emulsi dapat meningkatkan viskositas dimana viskositas dari variasi perbandingan Aspal emulsi 75:15:10 dengan menggunakan surfaktan Tween 80 tertinggi 16100 cP dan terendah 1000 cP sedangkan pada Polivinil Alkohol tertinggi 20000 cP dan terendah 4000 cP dan Dietanolamida tertinggi 10000 cP dan terendah 900 cP sementara untuk aspal murni tertinggi 9100 cP dan terendah 1000 cP. Energi aktivasi (Ea) yang diperoleh pada variasi perbandingan Aspal Emulsi menggunakan surfaktan Tween 80 adalah 70.5164 Kj/mol, Poilivinil Alkohol (PVA) 60.3570 Kj/mol dan Dietanolamida (DEA) 82.6867 Kj/mol, Ini membuktikan bahwa surfaktan yang digunakan dapat meningkatkan energi aktivasi, semakin tinggi konsentrasi variasi perbandingan Aspal emulsi semakin tinggi Energi aktivasinya. Pada penentuan % padatan, jumlah padatan yang diperoleh meningkat dengan penambahan surfaktan yaitu menggunakan Tween 80 adalah 84.68%, Poilivinil Alkohol (PVA) 84.88% dan Dietanolamida (DEA) 83.83%. Dan hasil morfologi dengan SEM memperlihatkan adanya perubahan struktur setelah penambahan surfaktan. Spektrum FTIR menunjukkan adanya ikatan antara aspal dengan surfaktan dan adanya gugus yang bertambah setelah aspal dicampurkan dengan surfaktan.
THE USE OF SURFACTANT TWEEN 80, POLYVINYL ALCOHOL AND DIETANOLAMIDA AS ADDITIVES IN THE MANUFACTURE OF
ASPHALT EMULSION
ABSTRACTS
It has been done the research about asphalt emulsion by using Surfactant tween 80, Polyvinyl alcohol (PVA) and Dietanolamida. Asphalt emultion can be made
by mixing asphalt ratio variation, heated first at 1200C with water variation heated at
temperature 550C, and then the Surfactant tween 80 variation, Polyvinyl alcohol and
Dietanolamida added slowly and stirred with agiator for 5 minutes at maximum comparison of asphalt, water and Surfactant ratio (75:15:10). The use of Surfactant tween 80, Polyvinyl alcohol and Dietanolamida as additives in asphalt emulsion mixture can increase the viscosity, wherein the viscosity of asphalt emultion comparison variation at 75:15:10 is using the highest Surfactant tween 80 , 16100 cP and the lowest 1000 cP while the highest Polyvinyl alcohol is 20000 cP and the lowest is 4000 cP, and the highest Dietanolamida is 10000 cP and the lowest is 900 cP, while the highest pure asphalt is 900 cP and the lowest is 1000 cP. Obtained activation energy (Ea) in the ratio variation of asphalt emulsion that using Surfactant tween 80 is 70.5164 Kj/mol, 60.3570 Kj/mol using Polyvinyl alcohol (PVA) and 80.6867 Kj/mol using dietanoamida. This proves that the Surfactant used is able to increase the activation energy, the higher concentration of asphalt emulsion ratio variation the higher activation energy. In defining the % solid, the obtained amount of solids increased by addition of 84.64 % of Surfactant tween, 80.88 % of Polyvinyl alcohol (PVA) and 83.83 % Dietanolamida (DEA). And the result of the morphologi with SEM shows the change in structure after addition of Surfactant. FTIR spectrum shows the bond between asphalt and Surfactant ang the group that grew after mixing asphalt and Surfactant.
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “Penggunaan surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol dan Dietanolamida sebagai bahan aditif dalam pembuatan aspal emulsi” ini dapat diselesaikan.
Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya ditujukan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Tamrin, M.Sc selaku Pembimbing Utama dan Ibu Dr.Marpongahtun, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.
2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Dr. Hamonangan, M.Sc, Bapak Prof. Dr. Harlem Marpaung, selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
3. Ibu Dr. Yugia Muis, M.Sc selaku Kepala Laboratoium Polimer FMIPA USU beserta staf atas fasilitas dan sarana yang diberikan selama penelitian.
4. Kepala Laboratorium Penelitian FMIPA USU, Kepala Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi USU, Kepala Laboratorium Penelitian FMIPA UGM, dan Kepala Laboratorium PT. Smart, Tbk dalam bantuannya menganalisa sampel.
5. Ayahanda Armen Dame Harahap, SH, MM dan Ibunda Rosmawaty Siregar, serta adik-adik saya Ramadhan Saleh Harahap, Anita Rosanna Harahap, Muhammad Bismar Harahap, Rajali Haris Harahap, Rajali Hadi Harahap yang telah memberikan do’a restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
6. Rekan-rekan Angkatan 2010, Mulia, Ridwan, Kak Evi, Kak Mawar, Ami, Riani, Angel, Pita dan Rekan-rekan Kimia Industri 2003, Sulwan, Bahri, Dani, Didi, Amir, Lusi, Husni, Nasrun, dan kawan-kawan lain yang tidak bisa kusebutkan satu persatu atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian. dan Rekan-rekan kerja di PT. Smart Tbk (Group C) yang telah banyak memberikan motivasi, dorongan dan doa.
7. Teman-teman penelitian Ibu Sukatik, Pak Kurnia, Lisik, Sigit, Putra dan Bang Edy yang telah banyak membantu memberikan dorongan moril selama menyelesaikan pendidikan.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK i
ABSTRACT ii
KATA PENGANTAR iii
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix DAFTAR ISTILAH x BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 5 1.3 Pembatasan Masalah 5 1.4 Tujuan Penelitian 5 1.5 Manfaat Penelitian 6 1.6 Metodologi Penelitian 6 1.7 Lokasi Penelitian 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 8
2.1 Aspal 8
2.1.1 Sumber Aspal 10
2.1.2 Kandungan Aspal 11
2.1.3 Jenis-jenis Aspal 12
2.2 Aspal Emulsi 14
2.2.1 Jenis-jenis Aspal Emulsi 15
2.2.2 Emulsi 16
2.3 Emulsifier/Surfaktan 17
2.3.1 Jenis-jenis surfaktan 18 2.3.2 Hydrophilic – liphophilic Balance (HLB) 21 2.3.3 Metode HLB untuk memilih surfaktan 23
2.4 Tween 80 25
2.5 Polivinil Alkohol (PVA) 25
2.6 Dietanol Amida 27
2.7 Viskositas 29
2.7.1 Konsep Viskositas 29
2.8 Energi Aktivasi 35
2.10 Scaning Elektron Microscopy (SEM) 38 BAB 3 METODOLOGI 39 3.1 Bahan-Bahan 39 3.2 Alat-Alat 39 3.3 Prosedur Penelitian 39
3.3.1 Preparasi Aspal, air dan surfaktan 39 3.3.2 Proses Pembutan Aspal Emulsi 40 3.3.3 Karakterisasi Aspal Emulsi 40 3.3.3.1 Karakterisasi Dengan Uji Viskositas 40 3.3.3.2 Penentuan Energi Aktivasi 41 3.3.3.3 Karakterisasi Uji % Padatan 41 3.3.3.4 Karakterisasi Dengan FTIR 42 3.3.3.5 Karakterisasi Dengan SEM 42
3.4 Bagan Penelitian 44
3.4.1 Proses Pembuatan Aspal Emulsi 44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 45
4.1 Hasil dan Analisis Pengujian Viskositas 45 4.2 Hasil dan Analisis Penentuan Energi Aktivasi 51 4.3 Hasil dan Analisis Pengujian % Padatan 55 4.4 Hasil dan Analisis Dengan Spektroscopy FT-IR 58 4.5 Hasil dan Analisis Pengujian dengan SEM 60
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 65
5.1. Kesimpulan 65
5.2. Saran 66
DAFTAR PUSTAKA 67
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal grade 60/70 14 Tabel 2.2 Tingkatan Aspal Emulsi Berdasarkan ASTM dan AASHTO 15 Tabel 2.3 Aktivitas dan Harga HLB Surfaktan 21 Tabel 2.4 Harga HLB Beberapa Surfaktan 22 Tabel 2.5 Angka HLB untuk Beberapa Senyawa Organik cair 24 Tabel 2.6 Karakter fisik Polivinil Alkohol 27 Tabel 2.7 Koefisien Viskositas dari Beberapa Fluida 31 Tabel 2.8 Perbedaan antara Viskositas Cairan dengan Viskositas Gas 34 Tabel 4.1 Viskositas Aspal Murni 45 Tabel 4.2 Viskositas Aspal : Air : Tween 80 46 Tabel 4.3 Viskositas Aspal : Air : Polivinil Alkohol 47 Tabel 4.4 Viskositas Aspal : Air : Dietanolamida 48 Tabel 4.5 Data Percobaan Penentuan Energi aktivasi 51 Tabel 4.6 Hasil Energi Aktivasi dari Variasi Aspal : Air : Surfaktan 54 Tabel 4.7 Penentuan % Padatan Variasi Perbandingan Aspal : Air : Surfaktan 56
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar 2.1. Struktur Aspal 9 Gambar 2.2. Produksi Aspal dari Hasil Penyulingan Minyak Bumi 10 Gambar 2.3. Struktur Asphaltenes 11
Gambar 2.4. Struktur Saturate 12
Gambar 2.5. Contoh Aplikasi Aspal Emulsi 14 Gambar 2.6. Struktur Molekul Tween 80 25 Gambar 2.7. Struktur Polivinil Alkohol 26 Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Viskositas dengan Suhu pada Variasi 49
Perbandingan Aspal Emulsi 55:35:10
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Viskositas dengan Suhu pada variasi 49 Perbandingan Aspal Emulsi 75:15:10 dan Aspal Murni 100
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara ln 1/η dan 1/T 53 Gambar 4.4. Grafik % Padatan Variasi Perbandingan Aspal, Air dan Surfaktan 56 Gambar 4.5. Foto SEM Aspal dengan perbesaran 500 kali 61 Gambar 4.6. Foto SEM Campuran Aspal dengan Tween 80 dan Air dengan 62
Perbesaran 500 kali
Gambar 4.7. Foto SEM Campuran Aspal dengan Polivinil Alkohol dengan 63 Perbesaran 500 kali
Gambar 4.8. Foto SEM Campuran Aspal dengan Dietanolamida dengan 64 Perbesaran 500 kali
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman Lampiran 1. Spektrum Campuran Aspal, Emulsi Tween 80 Dan Air 75:15:10 72 Lampiran 2. Spektrum Campuran Aspal, PVA Dan Air 75:15:10 73 Lampiran 3. Spektrum Campuran Aspal, Dietanolamida 80 Dan Air 75:15:10 74 Lampiran 4. Spektrum Aspal 75 Lampiran 5. Foto Bahan-bahan Penelitian 76 Lamipran 6. Foto Pengujian Viskositas Aspal Emulsi menggunkan 77
Surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol, Dietanolamida
Lampiran 7. Foto Pengujian Jumlah % Padatan 78 Lampiran 8. Foto Peralatan Penelitian 79 Lampiran 9. Penentuan Energi Aktivasi Aspal Emulsi menggunakan 80
Surfaktan Tween 80, Polivinil Alkohol, Dietanolamida
Lampiran 10. Tabel Viskositas Faktor 91 Lampiran 11. Amidasi Metil Ester Asam lemak Minyak Kelapa Menggunakan 92
Dietanolamina.
Lampiran 12. Tabel spesifikasi aspal emulsi anionik 93 Lampiran 13. Tabel spesifikasi aspal emusi 94
DAFTAR ISTILAH
AOAC : Association of Official Agricultural Chemists ASTM : American Standart for Testing and Material CGS : Centimeter Gram Sekon
CMS : Cationic Medium Setting cP : Centie Poise
CRS : Cationic Rapid Setting CSS : Cationic Slow Setting DEA : Dietanolamida
Ea : Energi Aktivasi
FT-IR : Fourier Transform Infra Red H FMS : Hoat Float Medium Setting HLB : Hydrophyle Lypophyle Balance HMAC : Hot Mix Asphalt Concrete MC : Medium Curing
MS : Medium Setting Pa.s : Pascal Second PVA : Polivinil Alkohol RC : Rapid Curing RS : Rapid Setting
SEM : Scanning Electron Microscopy SC : Slow Curing
SI : Satuan Internasional SS : Slow Setting
