Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN Oleh : Hendrix Yulis Setyawan, STP. Msi Jurusan Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Malang 2009
DEFINISI SURFAKTAN
SURFAKTAN
Senyawa organik yang dalam molekulnya memiliki sedikitnya satu gugus hidrofilik dan satu gugus hidrofobik. Apabila ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi rendah, maka dapat mengubah karakteristik tegangan permukaan dan antarmuka cairan tersebut.
Antarmuka adalah bagian dimana dua fasa saling bertemu/kontak Permukaan yaitu antarmuka dimana satu fasa kontak dengan gas, biasanya udara.
Skema Molekul Surfaktan
Ekor : Hidrofobik (grup nonpolar)
Kepala : Hidrofilik (grup polar)
- Bersifat hidrofobik dalam media air
- Bersifat hidrofilik dalam media air
- Bersifat hidrofilik dalam media hidrokarbon
- Bersifat hidrofobik dalam media hidrokarbon
Gugus Hidrofilik : (1) Bermuatan negatif ==> surfaktan anionik. (2) Bermuatan positif ==> surfaktan kationik.
(3) Bermuatan positif dan negatif ==> surfaktan amfoterik (ampholyte, zwitterion) (4) Tidak bermuatan ==> surfaktan nonionik.
Beberapa Gugus Hidrofilik pada Surfaktan Komersial Gugus Hidrofilik
Struktur Kimia
Anionik : - Sulfate
- OSO2O-
- Sulfonate
- SO2O-
- Phosphated ethoxylate
- [(OC2H4)x]2 P(O)O- [(OC2H4)x] P(O)(O-)2
- Karboksilat
- COO-
Kationik : Ammonium, primer
- NH3+
Ammonium, sekunder
l - NH2+
Ammonium, tersier
l - NH+
Ammonium, kuartener
l - N+l
Gugus Hidrofilik
Struktur Kimia
Nonionik : - Polyoxyethylene (ethoxylate)
- (OCH2CH2)xOH
- Monogliserida
- OCH2CHOHCH2OH
- Digliserida
- OCH2CH(O-)CH2OH - OCH2CHOHCH2O-
- Monoetanolamida
- NHCH2CH2OH
- Dietanolamida
- N(CH2CH2OH)2
Amfoterik : - Aminocarboxylate
l -+NH2(CH2)xCOO-, -N+H(CH2)xCOO-
- Betaine
l -N+(CH2)xCOOl
- Sulfobetaine
l -N+(CH2)xCH2SO3l
- Amine oxide
l -N+-Ol
Gugus Hidrofobik (1) Hidrokarbon Dapat berupa rantai alkyl lurus, becabang, jenuh, tidak jenuh, sebagian siklik ataupun aromatik. (2) Perfluorohidrokarbon Dapat berupa rantai lurus atau bercabang, perfluoronated sempurna atau diikat pada hidrokarbon (3) Siloxane Seringkali diikatkan ke gugus hidrofilik melalui perantara rantai alkyl pendek. (4) Polyoxypropylene atau polyoxybutylene
Beberapa Gugus Hidrofobik pada Surfaktan Komersial Gugus Hidrofobik
Struktur Kimia
Linear, saturated alkyl (n-dodecyl)
CH3(CH2)10CH2-
Branched, saturated alkyl (2-ethylhexyl)
CH3(CH2)3CHCH2l CH2CH3
Linear, unsaturated alkyl (oleyl)
cis-CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2-
Alkylbenzene (linear dodecylbenzene)
CH3(CH2)11C6H4-
Alkyldiphenyl ether
C6H5OC6H4(R)-
Polyoxypropylene
-[OCH(CH3)CH2]x-
Polyoxybutylene
-[OCH(C2H5)CH2]x-
Polysiloxane
(CH3)3Si[OSi(CH3)]xOSi(CH3)3 l
Perfluoroalkyl
CF3(CF2)xCF2-
Lignin
Complex polymeric phenol
Kelompok Surfaktan
Anionik
Linier alkilbenzen sulfonat (LAS), alkohol sulfat (AS), alkohol eter sulfat (AES), metil ester sulfonat (MES)
Nonionik
Kationik
Dietanolamida (DEA), sukrosa ester, sorbitol, sorbitan ester, ethoxylated alcohol,
Fatty amine, amidoamine, diamine, amine oxide, quaternary amine, amine ethoxylate
Sumber : Hui (1996) dan Matheson (1996)
Amfoterik
Aminocarboxylic acid, alkil betain
Tegangan Permukaan -
Terbentuk karena adanya gaya tarik menarik antara molekul-molekul pada suatu cairan dengan udara.
-
Surfaktan mengubah tegangan permukaan cairan dengan cara memecah gaya yang menahan molekul cairan di bagian antarmuka.
-
Dua macam cara pengukuran tegangan permukaan : a. Tegangan permukaan kesetimbangan (equilibrium surface tension), yaitu mengukur seberapa efektif surfaktan mampu menurunkan tegangan permukaan air. Nilai tegangan permukaan air = 72 dyne/cm. b. Tegangan permukaan dinamis (dynamic surface tension), yaitu mengukur seberapa cepat surfaktan mampu menurunkan tegangan permukaan suatu larutan.
-
Dalam waktu singkat, tegangan permukaan dinamis akan mencapai nilai tegangan permukaan kesetimbangan.
Critical Micelle Concentration (CMC) -
Micelle adalah kumpulan unit yang terdiri dari sejumlah molekul bahan aktif permukaan (surface active material).
-
Micelle melarutkan kotoran dan minyak dengan cara mengangkat kotoran tersebut dari permukaan dan mendispersikannya ke larutan.
-
CMC adalah konsentrasi surfaktan dimana sejumlah micelle tebentuk dan mampu memisahkan kotoran.
-
CMC untuk mengukur efisiensi surfaktan. CMC yang rendah menunjukkan bahwa makin sedikit surfaktan yang diperlukan untuk menjenuhkan permukaan dan membentuk micelle.
-
Untuk mendapatkan kinerja pembersihan yang optimal, umumnya konsentrasi surfaktan yang digunakan adalah 1-5%.
Hydrophile-Lipophile Balance (HLB) -
HLB adalah ukuran empiris untuk mengetahui hubungan antara gugus hidrofilik dan hidrofobik pada suatu surfaktan.
-
Sistem HLB digunakan untuk mengidentifikasi emulsifikasi minyak dan air oleh surfaktan.
-
Dua tipe emulsi, yaitu : a. Water-in-oil (w/o), artinya air terdispersi di dalam minyak. Memerlukan surfaktan dengan nilai HLB rendah. b. Oil-in-water (o/w), artinya minyak terdispersi di dalam air Memerlukan surfaktan dengan nilai HLB tinggi.
-
Makin tinggi nilai HLB, maka surfaktan makin bersifat larut air.
-
Makin rendah nilai HLB, surfaktan makin bersifat larut minyak.
-
Nilai HLB dapat dihitung untuk jenis surfaktan alcohol ethoxylate sederhana.
-
Nilai HLB untuk jenis surfaktan lainnya diperhitungkan secara eksperimental.
Nilai HLB dan Karakteristik Kinerja Surfaktan
Nilai HLB
Karakteristik Kinerja
< 10
Larut minyak (oil soluble)
> 10
Larut air (water soluble)
4-8
Bahan anti pembusaan (antifoaming agent)
7 - 11
Emulsifier w/o
12 - 16
Emulsifier o/w
11 - 14
Bahan pembasahan (wetting agent)
12 - 15
Detergent
16 - 20
Penstabil (stabilizer)
Cloud Point -
Cloud point yaitu suhu dimana larutan surfaktan yang bersifat water soluble menjadi keruh
-
Digunakan untuk mempertimbangkan stabilitas penyimpanan surfaktan.
-
Penyimpanan surfaktan pada suhu yang lebih tinggi dari cloud point, berakibat terjadinya fase pemisahan dan ketidakstabilan surfaktan.
-
Karakteristik wetting, cleaning dan foaming pada suatu surfaktan dapat berbeda pada titik di atas dan di bawah nilai cloud point. Surfaktan nonionik memperlihatkan efektifitas yang optimal bila digunakan pada suhu mendekati atau dibawah nilai cloud pointnya, sementara tipe lowfoam surfactant harus digunakan pada suhu sedikit lebih tinggi dari nilai cloud pointnya.
-
Cloud point diukur menggunakan larutan surfaktan 1%.
-
Nilai cloud point berkisar antara 0 - 100 oC, dan dibatasi oleh pembekuan dan titik didih air.
Hydrotrope -
Hydrotrope yaitu sejenis bahan yang digunakan untuk meningkatkan kelarutan surfaktan dalam air, khususnya pada lingkungan yang mengandung builder atau alkali dalam jumlah besar.
-
Keberadaan builder atau elektrolit lainnya akan menurunkan suhu cloud point dan kelarutan surfaktan dalam suatu larutan, sehingga hydrotrope digunakan untuk menyesuaikan cloud point suatu formula.
-
Makin tinggi konsentrasi hydrotrope berdampak pada makin tingginya cloud point.
-
Hydrotrope tidak berkontribusi ataupun mengurangi kinerja surfaktan ataupun builder.
Drave Wetting Test -
Drave wetting test umumnya digunakan untuk mengukur kecepatan larutan surfaktan dapat membasahi pori-pori, khususnya substrat yang bersifat hidrofobik.
Struktur molekul surfaktan dalam suatu sistem emulsi
COOCOO-
Hidrofilik
COOHidrofilik
-OOC
COO-
-OOC
COO-
-OOC
Hidrofobik
COO-
-OOC
COOCOO-
COOCOO-
Hidrofilik
COO-
Pemilihan Jenis Surfaktan Surfaktan jenis apa yang terbaik ?
Apakah berdasarkan tingkat kinerja surfaktan? (Efektivitas)
Apakah berdasarkan Definisikan Maksud Terbaik
seberapa cepat surfaktan mampu mencapai tingkat kinerja yang diinginkan? (Kecepatan aksi)
Apakah berdasarkan seberapa banyak surfaktan tersebut dibutuhkan untuk mencapai tingkat kinerja yang diinginkan ? (Efisiensi)
Aspek lainnya yang perlu dipertimbangkan : - Stabilitas kimia dari surfaktan Stabilitas kimia surfaktan dalam suatu sistem sangat penting, misalnya pada formulasi kosmetika. Pada beberapa kasus, kadang diperlukan surfaktan yang tidak stabil, misalnya pada formulasi coating menggunakan surfaktan.
- Dampak surfaktan terhadap lingkungan Perlu diperhatikan pengaruh bahan kimia terhadap lingkungan (1) sifat biodegradability Contoh : degradasi alcohol ethoxylate sekunder lebih lambat dibandingkan alcohol ethoxylate primer. (2) sifat toksisitas terhadap organisme.
- Iritasi terhadap kulit iritasi kulit oleh surfaktan merupakan faktor utama yang perlu diperhatikan pada produk-produk yang kontak dengan kulit. Contoh : pada produk kosmetika, shampo, sabun, deterjen.
Karakteristik Kinerja Surfaktan Wetting dan Waterproofing - Wetting dan waterproofing tergantung pada perubahan yang dihasilkan oleh surfaktan terhadap antarmuka.
- Semacam cairan disebarkan ke substrat (cairan atau padatan), cairan tersebut memindahkan fase awal yang kontak dengan substrat, menggantikannya dengan lapisan yang melingkupi cairan sehingga terbentuk antarmuka baru dimana baik substrat dan fase awalnya kontak dengan lapisan baru tersebut. - Perbedaan wetting dan waterproofing : a. Pada wetting, adsorpsi surfaktan ke pemukaan memungkinkan air untuk disebarkan ke permukaan berlilin atau berminyak.
b. Pada waterproofing, antarmuka suautu permukaan diubah sehingga lebih bersifat hidrofobik, sehingga pembasahaan oleh air menjadi lebih sulit.
Foaming dan Defoaming - Foaming dan defoaming tergantung pada perubahan yang dilakukan surfaktan terhadap antarmuka gas/larutan. - Foam dihasilkan ketika gas dimasukan ke dalam larutan dimana terbetuk lapisan permukaan yang bersifat viskoelastis.
- Pada foaming, surfaktan ditambahkan untuk meningkatkan sifat viskoelastis, sehingga terbentuk busa lebih banyak. - Pada defoaming, surfaktan ditambahkan untuk mengurangi atau menghilangkan sifat viskoelastis lapisan antarmuka gas/larutan. Hal ini dilakukan baik dengan menetralkan atau mengganti lapisan awal dengan lapisan baru yang lebih bersifat tidak viskoelastis.
Emulsifikasi dan Demulsifikasi - Emulsi adalah dispersi suatu larutan (fasa diskontinyu) pada cairan yang bersifat immiscible (fasa kontinyu). - Emulsi distabilkan oleh lapisan surfaktan (emulsifying agent) pada antarmuka antara dua cairan, sehingga menghasilkan pembatas elektrik yang menghalangi bersatunya droplet-droplet fase cairan yang terdispersi.
- Demulsifikasi suatu emulsi terjadi apabila pembatas elektrik dikurangi atau dihilangkan, sehingga menyebabkan pecahnya emulsi.
Dispersi dan Flokulasi - Dalam emulsi, dispersi partikel padatan dalam suatu larutan dimana padatan tersebut bersifat tidak larut distabilkan menggunakan lapisan surfaktan (dispersing agent) pada antarmuka antara dua fasa yang menghasilkan pembatas elektrik sehingga mencegah bersatunya partikelpartikel padatan yang terdispersi. - Pengurangan atau penghilangan pembatas elektrik menyebabkan terjadinya flokulasi.
Adhesion Promotion - Adhesi antara 2 fasa immiscible tergentung pada kekuatan interaksi antara dua molekul berbeda yang berhadapan saling berseberangan antarmuka antara dua molekul tersebut. - Makin kuat interaksi antara dua molekul tersebut, makin besar gaya adhesi antara dua fasa tersebut.
Proses Pembusaan Udara Udara
Udara
Surfaktan
Air
Air Air
Lemak/ Minyak
Air
Surfaktan Air
Air
Udara
Solubilisasi pelarut yang bersifat tak larut (solvent-insoluble material) - Diperlukan untuk melarutkan air dengan pelarut yang tidak dapat larut dengan air. - Solubilisasi pelarut yang bersifat tidak larut dalam air tergantung pada kehadiran micelle surfaktan dalam fasa pelarut, dengan bagian hidrofobik dari micelle surfaktan berada di bagian dalam. - Contohnya : melarutkan air ke bahan bakar pesawat terbang untuk mencegah terbentuknya formasi kristal es di saluran bahan bakar pada suhu di bawah titik beku air.
Hydrotropy - Karakteristik yang sama atau menyerupai molekul surfaktan yang mampu meningkatkan kelarutan berbagai zat terlarut dalam suatu pelarut.
Peningkatan viskositas - Viskositas fase larutan ditingkatkan dengan meningkatkan fraksi volume bahan terlarut (solute) dalam larutan - Merupakan fungsi dari micelle dalam sistem, bahkan lebih bergantung pada struktur micelles surfaktan yang terbentuk.
Nilai Tambah Produk Turunan Kelapa Sawit
900
nilai tambah (%)
800 700 600 500 400 300 200 100 0 My. Goreng
asam lemak
asam stearat
Margarin
gliserin
fatty alcohol
Metil ester surfaktan
Persentase Pasar Surfaktan
Plastik 0.5%
Konstruksi 5.5% Pangan 2.3%
Bahan peledak 0.1%
Polimerisasi emulsi 3.4%
Lainnya 6.2%
Kertas 1.4% Tekstil & kulit 8.4% Industri cat 1.9%
Agrochemicals 2.3% Perminyakan 5.1%
Sumber : www.chemsoc.org
Produk pembersih 62.9%
ROADMAP SURFAKTAN Konstruksi dan Pekerjaan Sipil Lainnya
Pertambangan
Industri Obat-obatan Pertanian
Industri Farmasi
Industri Pangan
Industri Perminyakan
Industri Bahan Peledak
Industri Kosmetika & Personal Care Products
Industri Cleansing & Washing Product
Market
Surfaktan Amfoterik
Produk
Teknologi Esterifikasi
Teknologi Pemurnian
Teknologi Splitting
Teknologi Isolasi/Ekstraksi
Sumber Pati & Gula
Sumber Emulsifier
Teknologi Sulfatasi
Surfaktan Nonionik
Teknologi Amidasi
Surfaktan Anionik
Teknologi Sulfonasi
Surfaktan Kationik
Teknologi Epoksidasi
Industri Surfaktan
Teknologi Sukrolisis
Teknologi Teknologi Splitting
Minyak/Lemak Nabati
Pembangunan Konstruksi Pabrik
Teknologi Transesterifikasi
* Suhu Reaksi * Sistem Reaksi * Rasio mol reaktan * Pemurnian * Agitasi * Formulasi
Studi Kelayakan Penggandaan Skala Produksi
R&D Seleksi bahan baku potensial
Seleksi bahan baku potensial
Seleksi bahan baku potensial Kondisi Proses Kondisi Proses Konversi Konversi
Bahan Baku
Pengembangan Proses
Rancang Bangun
Diagram Oleokimia Dasar dan Turunannya Hidrolisis
Esterifikasi
Gliserol
Gliserida parsial Triasetin
Esterifikasi Epoksidasi Asam lemak (fatty acid)
Ethoxylasi Konjugasi
Conjugated fatty acid Asam lemak jenuh
Reaksi Guerbet Klorinasi Fatty alkohol
Esterifikasi
Ethoxylasi Sulfatasi
Metil ester
Transesterifikasi asam lemak
Hidrogenasi Sulfonasi Amidasi Epoksidasi Ethoxylasi Hidrogenasi Sulfatasi
Alkyl epoxy ester Asam lemak ehoxylate
Hardening
Minyak dan Lemak
Ester asam lemak
Esterifikasi
Alkohol Guerbet Alkyl klorida Fatty alkohol ethoxylate
Propoxlation Fatty alkohol alkoxylate Sulfatasi Fatty alkohol eter sulfat
Fosfatisasi Sulfitasi
Fatty alkohol sulfat Ester -sulfo fatty acid ester Fatty acid alkanolamide
Epoxidized trigliserida Ethoxylated trigliserida Hydrogenated oil Turkey red oil
Sukrolisis
Fatty alkohol eter fosfat Fatty alkohol sulfosuccinate Sukrosa ester
POHON INDUSTRI KELAPA SAWIT KELAPA SAWIT
Tangkai Bunga
Daun
Bahan Kerajinan
Nira
Estragol
Gula Merah Anggur Sawit Vitamin B komplek Cuka Kelapa
Tokoferol Nutrien Organik Lipid Isoenzim
Buah
Bunga
Biji/Inti Kelapa Sawit (PK)
Daging Buah
Cangkang Sawit
Testa
Pangan
Bungkil Inti Sawit
Tepung Inti Sawit
Minyak Inti Sawit (PKO)
Minyak Sawit (CPO) Selulosa
Glukosa Kue-kue Inti Sawit
Minyak Kelapa Sawit Kasar (CPO)
Media Pertumbuhan Kapang Makanan ternak Bahan Vernis, Minyak Rengas
Limbah Padat
Bahan Bakar
Arang
Karbon Aktif
Arang
Limbah cair
Pelet Karbon Selulosa
Pelet
Lignin
Bahan Bangunan
Silose
Alkohol
Silitol
Bungkil Makanan Ayam Makan Ternak Ruminansia
Media Pengembangbiakan Cacing Media Pertumbuhan kapang
Tambang/ Tali
Pasta Pati
Gasbio
Metan
Metan
Akar
Pulp
AsetonButanolEtanol
Absorber Polipot TKS (Pot Tanaman) Biogas
Bahan Kerajinan Kayu Kelapa Sawit
Media Pertumbuhan
Enzim Ekstra Sekunder
Pulp Poliblen Karbon Aktif Lignin
Digliserida
Lignin
Surfaktan
Abu Janjang
Campuran Pupuk
Briket Arang Asam Organik
Silitol Silose
Es krim
Non Pangan
Tepung Tempurung
Mono Gliserida
Ransum Ternak
Asam Amino
Tandan Kosong
Daging Buah
Pakan Domba
Pulp
Lumpur Kelapa Sawit
Batang
Minyak Goreng
Asam Lemak
Karoten
Trigliserida, Digliserida, Monogliserida
Surfaktan
Protein Sel Tunggal
Vitamin A
Stearin
Lipase
Olein
Soap stock
Sabun Fatty alkohol
Metalic soap
Polyethoxylated Derivates
Fatty amines
Ester Dibasic Acid
Fatty Acide Amides
Margarine
Fatty Alkohol Cocoa Butter Substitute
Margarine
Shortening
Vegetables Ghee
Minyak Salad
APLIKASI SURFAKTAN PADA INDUSTRI
INDUSTRIAL APPLICATION OF SURFACTANTS Chemical for palm oil fractionation Deinking agents Defoaming agents Dispersants for CaCO3
Food
Palm Oils
Others
Energy Environment
Plastics Scouring and bleaching agents Dyeing auxiliaries Softening agents Antistatic agents Shade improvers
Anti-dusting agetns for coals Water treatment chemicals Scale inhibitors
Water Treatment
Pulp & Paper
Surfactant :
Metal
Anionic Surfactant Cationic Surfaktant Amphoteric Surfactant Nonionik Surfactant
Textile Concrete additives Gypsum board additives Asphalt emulsifiers.
Construction
Oilfield
Firefighting Foam
Agro chemicals
Emulsion Polymerization
Adjuvants Additives for agrochemicals Anti-caking agents Wood preservativesv
Detergent Laundry detergent chemicals
Toiletries Cosmetics
Fermentation
Foaming agents for toothpastes Cosmetics chemicals
Explosive Material Fermentation additives
Additives for polymerization
Source : Modification of KAO Indonesia Chemicals Information
Agrochemical Biasanya digunakan surfaktan nonionik dan memiliki cabang hidrofobik. Nilai HLB berkisar antara 9 - 14 Umumnya surfaktan digunakan di bawah atau mendekati nilai CMC-nya, dengan tujuan untuk mencegah solubilisasi bahan aktif yang dapat menurunkan aktivitas biologis. Produk berbentuk bubuk (wettable powder) dan larutan suspensi (suspension concentrate)
Tabel. Minimum nilai tegangan permukaan larutan beberapa jenis surfaktan Surfaktan
Minimum tegangan permukaan (dyne/cm)
Nonylphenol ethoxylate (9 EO)
29,1
Lauryl alcoohol ethoxylate (9 EO)
32,2
Tall oil fatty acid ethoxylate (10 EO)
33,5
Tridecyl alcohol ethoxylate (8-9 EO)
27,5
Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate
25,5
Trisiloxane ethoxylate (8 EO), CH3-terminated
21,0
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk bubuk (wettable powder) Surfaktan
Fungsi Utama
Dodecylbenzene sulfonate
Wetting
Dioctylsulfosuccinate
Wetting
Sodium alkylnaphthalene sulfonate
Wetting
Naphthalenesulfonate-formaldehyde condensate
Dispersing
Ethoxylated tristyrylphenol sulfate
Dispersing
Sodium lignosulfonate
Dispersing
Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk larutan suspensi (suspension concentrate) Surfaktan
Fungsi Utama
Sodium dodecylbenzene sulfonate
Wetting
Dibutyl and di-isopropyl naphthalene sufonate
Wetting
Dioctyl or dinonylphenolsulfosuccinate
Wettaing
N-methyl oleyl taurate
Wetting and Dispersing
Naphthalene sulfonate-formaldehyde condensate
Dispersing
Lignosulfonate
Dispersing
Dodecyldiphenylether disulfonate
Dispersing
Ethoxylated (6-12 EO) nonylphenol phosphate ester
Wetting and Dispersing
Ethoxylated (14-16 EO) tristyrlphenol phosphate sodium salt
Wetting and Dispersing
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).aaaa
Keuntungan produk berbentuk larutan suspensi (suspension concentrate) dibandingkan bubuk (wettable powder) :
Lebih mudah digunakan karena sudah terdispersi dalam air Lebih mudah didispersikan ke produk aplikasi Dalam penggunaanya tidak dihasilkan debu Volume kemasannya lebih rendah Lebih mudah dilarutkan dan menghasilkan bentuk suspensi yang stabil bila dilarutkan dengan air.
Emulsion Polymerization Surfaktan merupakan bahan yang diperlukan pada proses polimerisasi emulsi, yaitu sebagai : - monomer emulsifier dan penstabil lateks. - sebagai media transfer panas - menjaga stabilitas dispersi partikel polimer yang mengembang.
Utamanya digunakan surfaktan anionik. Surfaktan nonionik umumnya digunakan sebagai emulsifier sekunder.
Grup ionik pada molekul surfaktan menjaga stabilitas emulsi monomer/air dan mengontrol distribusi ukuran partikel dengan cara menstabilkan dispersi partikel.
Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk berbagai monomer Monomer
Surfaktan yang Digunakan
Styrene, butadiene
Dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl ether disulfonate
Vinyl chloride
Partially hydrogenated fatty acid soap, sodium lauryl sulfate
Styrene/butadiene
Fatty acid soap, dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl ether disulfonate, polyoxyethylenated (9-14 EO) octylphenol
Methyl or butyl ester of acrylic/methacrylic acid
Sodium lauryl sulfate octyl, nonylphenol ether (4-10 EO) sulfate
Methacrylic acid/acrylic acid
Sodium C12-C14 ether (4-8 EO) sulfate, dodecylbenzene sulfonate
Styrene/butyl acrylate
Nonyl/octyl phenol polyoxyethylene (9-15 EO) sulfate sodium polyoxyethylene (4-10 EO) lauryl ether sulfate, sodium or ammonium C12-C14 ether (2-10 EO) sulfate, polyoxyethylene (30-50 EO) octyl/nonylphenol
Vinyl, vinyl acetate, vinyl acetat/butyl acrylate
Sodium polyoxyethylene (30-50 EO) nonylphenol ether sulfate, sodium polyoxyethylene (30-50 EO) lauryl ether sulfate, polyoxyethylene (30-50 EO) octyl/nonylphenol
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Metal Cleaning
A. Immersion Cleaning
Metode : bagian logam yang akan dibersihkan direndam dalam larutan deterjen dan diagitasi selama beberapa waktu. Pengotor berupa : minyak, lilin (wax), dan gemuk (grease) Kinerja surfaktan yang disyaratkan : - Good equilibrium wetting
- Efektif menurunkan tegangan permukaan dan antarmuka minyak/air - Mampu membentuk emulsi yang stabil - Mencegah redeposisi pengotor - Stabil dan kompatibel pada kondisi basa dan asam - Mencegah korosi (corrosion inhibition)
Jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan anionik atau campuran surfaktan anionik-nonionik.
Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses immersion metal (alkali)
Surfaktan Anionik : - Ethoxylated (4-10 EO) nonylphenol phosphate ester - Ethoxylated (4-9 EO) linear (C8-C10) alcohol phosphate ester - Ethoxylated (9-12 EO) dinonylphenol phosphate ester Surfaktan Nonionik : - Nonylphenol ethoxylate (5-12 EO) - Octylphenol ethoxylate (5-10 EO) - Linear (C9-C11) alcohol ethoxylate (5-12 EO) - Branched (C13-Oxo) alcohol ethoxylate (9-12 EO) - Tertiary dodecyl (branched) thioethoxylate (6-10 EO) Surfaktan Amfoterik : - Sodium acylamido aminopropionate - Sodium acylamido aminohydroxypropyl sulfonate Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
B. Spray Cleaning
Metode : larutan pembersih disirkulasikan menggunakan pompa dan disemprotkan melalui inlet (nozzle) ke bagian yang akan dibersihkan. Larutan (deterjen) pembersih yang digunakan harus bersifat sangat rendah busa dan dapat dibersihkan dalam waktu sangat singkat. Syarat surfaktan yang digunakan : sangat rendah busa hingga tanpa busa. Surfaktan yang sesuai : surfaktan nonionik dan amfoterik yang rendah busa.
Contoh : nonylphenol ethoxylate (7-12 mol EO), linear alcohol ethoxylate (7-12 mol EO)
Pulp and Paper
A. Deresination - Merupakan proses pemisahan resin dari pulp kayu. - Surfaktan digunakan untuk mencapai efek pembasahan oleh larutan basa dan membentuk emulsi resin dengan air. - Jenis surfaktan yang digunakan : ethoxylated nonionik, ethoxylated phosphate ester (anionik). - Anionik lainnya seperti sulfate dan sulfonate tidak digunakan karena kelarutan dan kemampuan emulsinya rendah dalam media basa.
B. Paper Deinking - Digunakan pada proses daur ulang kertas bekas. - Kinerja surfaktan yang diperlukan : memberi efek pembasahan (wetting) dan sifat dispersi yang sangat baik pada partikel tinta yang akan dipisahkan dari serat kertas, serta stabil terhadap hidrolisis. - Jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan nonionik
Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses deresinasi pulp Surfaktan Anionik : - Ethoxylated (6-10 EO) nonyl/octylphenol phosphate ester - Ethoxylated (4-8 EO) linear (C8-C10) alcohol phosphate ester - Ethoxylated (8-12 EO) dinonylphenol phosphate ester
Surfaktan Nonionik : - Polyoxyethylene (9-15 EO) nonyl/octylphenol Sumber : Rosen and Dahanayake (2000). - Polyoxyethylene (12-20 EO) dinonylphenol - Polyoxyethylene (10-15 EO) dodecylphenol - Polyoxyethylene (10-15 EO) tridecyl (Oxo) alcohol
Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk washing-deinking
Surfaktan
HLB
Cloud point, oC (0,5-1,5% NaOH)
Draves wetting,sec, 40oC (1% NaOH)
Octylphenol ethoxylate (9 EO)
13,0
54 - 56
9
Octylphenol ethoxylate (11 EO)
13,5
68 - 72
12
Octylphenol ethoxylate (9 EO)
13,0
60 - 63
8
Lauryl alcohol ethoxylate (7 EO)
12,0
48 - 50
18
Linear (C9-C11) alcohol ethoxylate (6 EO)
12,5
46 - 48
8
Branched (C11-C15) secondary alcohol ethoxylate (9 EO)
13,5
56 - 58
9
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Konstruksi
A. Glass Fiber Mat - Glass fiber bersifat tidak larut sempurna dalam air, walaupun telah dibantu dengan pengadukan. - Sifat surfaktan yang diperlukan : dispersibility dan wettability. - Karena glass fiber sedikit bermuatan negatif, maka surfaktan yang sesuai adalah surfaktan berbasis amine. B. Beton - Surfaktan sebagai plastisizer, digunakan untuk meningkatkan daya kerja semen dengan cara mengurangi air sehingga viskositas berkurang. - Surfaktan sebagai pengontrol jumlah udara di dalam beton, meningkatkan resistansi freeze-thaw, menurunkan densitas dan meningkatkan daya kerja. - Surfaktan harus kompatibel dan stabil dalam lingkungan basa serta toleran dan tetap efektif terhadap berbagai ion logam (Al, Fe, Ca, Si). - Digunakan surfaktan anionik dengan densitas muatan yang tinggi (sulfate dan sulfonat) dan memiliki rantai alkyl pendek.
Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk Dispersi Glass Fiber Pada Pembuatan Uniform Glass Fiber Mats Surfaktan R N+(CH3)2O-
R1 N+(CH2CH2OH)2OR N [(CH2CH2O)mH]n R N [(C3H7O)x (C2H4O)y H]2
Keterangan R = C16 - C18 R = C15 CO NH CH2CH2- hingga C7 CO NH CH2CH2m = 9 - 15, n = 2 m = 8 - 10, n = 3 x = 12 - 15, y = 2 - 4
R N+ (CH3)2CH CH (OH) CH2 SO3-
Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk beton Surfaktan Lignosulfonate
Karakteristik Dispersing
Sodium butyl or isopropyl naphthalene sulfonate
Wetting
Sodium naphthalene sulfonic acid-formaldehyde condensate
Dispersing
Sodium alkyl (branched C8-C10) sulfate
Wetting dan dispersing
Sodium alkyl (C6-C10) ethoxy (2-4) sulfate
Foaming and air entrainment
Rosin acid soap
Foaming and air entrainment
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
C. Papan Gipsum - Surfaktan digunakan sebagai bahan pembusa (foaming agent) dan untuk mengurangi air (plasticizing) - Surfaktan harus bersifat sangat good foaming dalam udara/larutan air yang tinggi kandungan alkali dan ion logamnya.
- Surfaktan yang digunakan : sulfated anionik, dengan rantai alkil C6-C11. D. Aspal - Aspal bersifat padat pada suhu kamar dan nonpolar. - Surfaktan berfungsi rangkap : (1) mengurangi tegangan antarmuka aspal/air sehingga aspal dapat diemulsikan dalam air, kemudian (2) saat emulsi aspal/air kontak dengan rangka jalan (road-building aggregate), emulsi membasahi dan menyerap ke dalam rangka pada bagian hidrofobik.
- jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan kationik, dengan rantai alkil C12-C20.
Tabel. Surfaktan yang digunakan pada industri papan gipsum Surfaktan
Waring blender foam ht, cm in 4% brine
R O(C2H4O)2-4SO4- Na+ R (OC2H4)4-6 O P(O) (OH)2 Mono/di 90:10 R = C6-C11
14 - 16 12 - 16
Tabel. Surfaktan yang digunakan pada emulsi aspal Surfaktan Kationik RCONHCH2CH2NH3 +XR N+H2CH2CH2 NH3+ 2XR N+H2CH2CH2CH2NH3+2XR N+(CH3)3ClR CONHCH2CH2 N(CH3)3+XR N(CH2CH2OH)2 R N+(O-)(CH3)2 R = C4 - C18 X- = Cl-, Br-, CH3SO4Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Lapangan Minyak Proses rekoveri minyak bumi dari formasi bawah tanah, umumnya dilakukan peretakan atau pemecahan batuan yang mengandung minyak bumi untuk menciptakan arus saluran. Surfaktan diperlukan untuk memecah water-bearing zone yang terbentuk akibat tingginya viskositas, dan mencegah formasi air agar tidak merembes ke sumur bor saat sumur diproduksi. Jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan kationik, dengan rantai panjang C18-C22 dan linear. Surfaktan digunakan pada konsentrasi yang rendah (<5%) Makin panjang rantai hidrokarbon (C20-C22), makin tinggi viskositas dan makin rendah sensitifitas viskositas terhadap suhu di lapangan minyak (> 93 oC atau 200 oF)
Tabel. Surfaktan yang digunakan pada larutan fracturing Surfaktan
Viskositas 100-1 s/shear rate at 5% (by wt)
C16H33N+(CH3)3 . CH2(COO-)2
87
C18H37 N+(CH3)3 . HOCH2C6H4COO-
90
C18H37 N+(CH3)3 . CH2(COO-)2
110
R N+ (CH3)3 . CH2(COO-)2
140
RN+(CH2CH2OH)2CH3Cl-
180
R = C22
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Firefighting Foam
Busa berperan penting dalam memadamkan api karena bahan bakar, dengan cara mengurangi densitas air relatif terhadap minyak atau bensin dan mencegah terjadinya kontak bahan bakar dengan oksigen di udara. 3 karakteristik surfaktan yang diperlukan :
- mampu membasahi dan menyebarkan busa secara menyeluruh ke bahan bakar (menciptakan penghalang) - Memiliki kekuatan pembusaan dan stabilitas busa dalam air sadah dan air garam
- emulsifikasi minyak/air yang lemah
Surfaktan yang digunakan umumnya merupakan campuran dari berbagai jenis surfaktan, namun yang utama digunakan adalah C6-C10 fluorosurfaktan, baik berupa surfaktan amfoterik maupun anionik.
Tabel. Fluorosurfaktan yang digunakan pada hydrocarbon firefighting foam Fluorosurfaktan C6-10F13-21CH2CH(OCO CH3) CH2 N+ (CH3)2 CH2COOC8H17CH2CH2S CH2CH2CONH C(CH3)2 CH2SO3- Na+ C6-10F13-21CH2CH2N+(CH3)3 CH3SO4C6-10F13-21SO2N(CH2 CH2) C3H6N+(CH3)3. CH3SO4C2F4CONH C3 H6N+(CH3)2 CH2 CH2 CO2C8F17CH2CH2 S CH2 CH2 COO-Li+ Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Tekstil Surfaktan digunakan sebagai antistatic agent untuk serat tekstil Jenis surfaktan utama yang digunakan : surfaktan anionik
Tabel. Surfaktan yang digunakan sebagai antistatic agent Surfaktan Anionik : - Ethoxylated (6-10 EO) dodecylphenol phosphate ester - Ethoxylated (5-10 EO) linear (C10-C16) alcohol phosphate ester - Ethoxylated (5-10 EO) tridecylalcohol phosphate ester - Ethoxylated (0-4 EO) alkyl (C12-C14) sulfate Surfaktan Nonionik : - Ethoxylated (15-20 SEO) castor oil sorbitan monolaurate - Ethoxylated (5-10 SEO) sorbitan monolaurate
Surfaktan kationik : - Ethoxylated (6-12 mol SEO) tallow amine) Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Industrial Water Treatment Polielektrolit sintetis yang bersifat larut air diperlukan pada proses pengolahan dan purifikasi air limbah industri. Polielektrolit yang digunakan adalah yang memiliki muatan positif, mengingat partikel limbah padat di industri bermuatan negatif.
Polimer yang sering digunakan adalah kopolimer dari monomer amine. Polimer dibuat dengan cara teknologi polimerisasi emulsi, dimana monomer dipolimerisasi dalam sistem emulsi air/paraffinic oil.
Industri Logam
Metalworking fluid (MWF) digunakan untuk pelumasan dan pendinginan selama berlangsung operasi pemotongan logam. Surfaktan digunakan dalam MWF sebagai emulsifier, lubricant, dispersant, wetting agent, bahkan sebagai corrosion inhibitor. MWF dikelompokkan atas 4 macam , yaitu straight oil, soluble oil, semisynthetic, dan synthetic. jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan anionik, berupa garam dari fosfat ester dan asam lemak, dengan rantai alkil C12-C18
Surfaktan mampu membentuk kompleks yang sangat kuat dengan metal hingga membentuk monomolecular film, dengan gugus hidrofobik berorientasi menjauhi permukaan logam. Untuk soluble oil dan semi-synthetic oil digunakan surfaktan nonionik atau anionik.
Plastik
A. Antistatic Agent - Syarat surfaktan yang digunakan : * memiliki kemampuan migrasi ke permukaan plastik dengan orientasi grup hidrofilik yang polar diarahkan ke udara untuk membentuk ionic film di permukaan plastik, * kompatibel dengan plastik * stabil terhadap panas hingga suhu >260 oC (500 oF) * resistant terhadap dekomposisi, volatilisasi, dan oksidasi. - Jenis surfaktan yang digunakan : surfaktan anionik, jenis phosphate ester. B. Slip and Mold Release Agent
- Syarat surfaktan yang digunakan : kompatibel dan larut dalam resin pada suhu tinggi. - Fungsi untuk mengurangi surface tackiness dan mencegah permukaan agar tidak saling melekat.
- Jenis surfaktan yang digunakan : alkanolamida dan surfaktan jenis phosphate ester, rantai panjang C18-C22. - Bila stabilitas warna dan suhu tidak diperlukan : digunakan amida rantai alkil tidak jenuh (oleat, linoleat, euracyl).
C. Defogging Agent - Seringkali plastik berembun akibat penetrasi lampu atau cahaya, jika digunakan untuk mengemas produk pangan akan berpengaruh buruk terhadap pangan dan penerimaan konsumen.
- Surfaktan yang umum digunakan : surfaktan jenis polyoxyethylenated atau polyhydroxylated dengan rantai alkil C9-C12. Lebih disukai apabila memilki struktur aromatik pada gugus hidrofobiknya.
TERIMA KASIH
