PROPOSAL PRAKTIKUM KIMIA ZAT WARNA PEMBUATAN ZAT WARNA SINTETIK Komponen Diazotasi Anilin dan Komponen Kopling H Acid (pH Asam) Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Praktikum Kimia Zat Warna
KELOMPOK
: 1 (SATU)
ANGGOTA
: 1. MILA NURAIDA (16020111) 2. DINDA ANGGI ARVIANTI (16020123) 3. FATMA MULYARDI (1520010) 4. YOGI ADITYA PRATAMA (16020115)
GROUP
: 2K4
DOSEN
: IKA NATALIA M., S.ST., M.T.
ASISTEN
: 1. WITRI A. S., S.ST. 2. ANNA S.
POLITEKNIK STTT BANDUNG 2017
A. Struktur komponen diazotasi dan kopling
a)
Komponen Diazotasi Anilin
NH2
b) Komponen Kopling H Acid H2 N
OH
HO3S
B. Reaksi kimia proses diazotasi dan kopling
a)
Reaksi Diazotasi
SO3H
b) Reaksi Kopling
Fungsi Zat :
HCl sebagai pemberi suasana asam, untuk melarutkan senyawa arilamin dan untuk membentuk zat penitrosasi, oleh karena itu pemakaiannya harus berlebih.
NaNO2 sebagai zat penitrosasi sehingga seluruh arilamin terdiazotasi sempurna menjadi garam diazonium. Penambahannya harus tepat karena apabila terjadi kekurangan penambahan NaNO 2 akan menyebabkan adanya sisa arilamin yang tidak terdiazotasi, yang mungkin akan menjadi produk samping karena dapat terjadi kopling dengan garam diazonium yang telah terbentuk atau membentuk senyawa diazomina (Ar — N=N — NH — Ar).
Demikian pula bila penambahan NaNO 2 berlebih, maka kelebihannya mungkin akan mengganggu proses kopling terutama bila suasana proses koplingnya asam karena dapat mendiazotasi sebagian komponen kopling yang ditambahkan.
Gugus
– NH2
yang ada pada senyawa arilamin akan mempercepat dan
memudahkan proses diazotasi, selain itu juga, garam diazonium yang dihasilkan relatif stabil.
Gugus
– OH
pada kopling sebagai gugus pemberi elektron yang dalam reaksi
substitusi elektrofil tersebut bersifat sebagai pengarah orto dan para dan mengaktifasi reaksi sehingga garam diazonium sebagai elektrofil yang masuk pada posisi para atau orto dari gugus – OH dan reaksi koplingnya akan lebih cepat.
C. Perhitungan kebutuhan zat
a)
Anilin C6H5 NH2 Mr Anilin = (6 x 12) + (7 x 1) + (14) = 72 + 7 + 14 = 93 m
n
=
m
= n x Mr
Mr
= 0,05 x 93 = 4,65 gram
b)
m
ρ
=
v
=
v
=
v
= 4,5589 mL
v 4,65 1,02
H Acid C10H9 NO(SO3)2 Mr H Acid = (10 x 12) + (9 x 1) + (14) + (32 x 2) + (7 x 16) = 120 + 9 + 14 + 64 + 96 + 16 = 319
m
n
=
m
= n x Mr
Mr
= 0,05 x 319 = 15,95 gram
c)
HCl Pekat m
n
=
m
= n x Mr
Mr
= 0,1 x 36,5 = 3,65 gram ρ
=
v
= =
m v m ρ 3,65 1,19
= 3,0672 mL
d) NaNO2 m
n
=
m
= n x Mr
Mr
= 0,05 x 69 = 3,45 gram
D. Prosedur lengkap proses diazotasi dan kopling 1.
Tahapan proses pembuatan zat warna azo
Tahapan utama proses pembuatan zat warna azo adalah proses diazotasi dan proses kopling. Proses diazotasi adalah proses pembentukan garam diazonium yang dibuat dari senyawa amina aromatik primer (komponen diazotasi). Setelah terbentuk garam diazonium, selanjutnya dilakukan proses kopling antara garam diazonium dengan komponen kopling sehingga terbentuklah zat warna az o.
Guna mendapatkan struktur zat warna azo yang diinginkan, terhadap komponen diazotasi dan komponen kopling (sebelum proses diazotasi dan proses kopling) dapat dilakukan proses tambahan seperti proses asilasi, asetilasi, sulfonasi, nitrasi, dan proses lainnya. Setelah proses kopling selesai, kemudian dilakukan proses akhir yang meliputi proses pembuatan zat warna bubuk berupa proses salting out, proses pengeringan, proses penambahan aditif (blending), proses standardisasi intensitas dan corak warna, serta proses evaluasi hasil.
2.
Metode-metode proses diazotasi
Diazotasi dapat dikerjakan dengan beberapa metode yaitu dengan metode langsung, metode inversi, atau dengan metode penambahan asam sulfat pekat. Pemilihan metode diazotasi bergantung pada sifat senyawa amina aromatik primer (arilamin) yang akan dikerjakan.
Metode langsung Untuk diazotasi senyawa amina aromatik primer yang mudah larut dalam asam mineral lemah, seperti anilin dan turunannya yang mempunyai gugus sederhana seperti alkil, alkoksi, atau kloro dapat digunakan metode diazotasi langsung. Metode ini juga dapat digunakan untuk diazotasi naftilamin sederhana dan turunan bensidin. Urutan prosesnya adalah komponen diazotasi berupa senyawa arilamin ditambahkan paling sedikit 2,25 ekuivalen asam mineral (biasanya HCl), lalu ditambah es hingga suhunya 0-5°C, lalu ditambahkan sejumlah tertentu NaNO2 yang dengan HCl segera terbentuk asam nitrit sebagai zat penitrosasi sehingga seluruh arilamin terdiazotasi sempurna menjadi garam diazonium. Penambahan jumlah NaNO2 harus tepat karena bila terjadi kekurangan penambahan NaNO 2 akan menyebabkan adanya sisa arilamin yang tidak terdiazotasi yang mungkin akan menjadi produk samping karena dapat terjadi kopling dengan garam diazonium yang telah terbentuk atau membentuk senyawa diazoamina (Ar — N=N — NH — Ar), demikian pula bila penambahan
NaNO2 berlebihan,
maka
kelebihannya
mengganggu proses kopling yang ditambahkan.
mungkin
akan
Metode Inversi Untuk komponen diazotasi berupa senyawa arilamin yang sukar larut dalam suasana asam tapi larut dalam suasana alkali seperti asam arilamin sulfonat atau asam naftilamin sulfonat, untuk proses diazotasinya dibalik yaitu senyawa arilamin dilarutkan terlebih dahulu dengan larutan alkali encer lalu ditambahkan natrium nitrit, kemudian secara bertahap ditambahkan HCl dan es sehingga pembentukan garam diazonium.
Penambahan Asam Sulfat Pekat Untuk senyawa arilamin yang kebasaannya sangat lemah seperti 2,4dinitroanilin atau 2-siano-4-nitro-anilin yang yang pealrutnya hanya dapat dilakukan dengan penambahan asam sulfat. Urutan prosesnya adalah pertama NaNO2 dilarutkan pada asam sulfat pekat dan dipanaskan hingga suhu 70°C sehingga
terbentuk
asam
nitrosilsulfat,
kemudian
didinginkan
lalu
ditambahkan senyawa arilamin dan es sehingga terjadi proses diazotasi dan terbentuk garam diazonium.
H2SO4 + NaNO2
NaHSO4 + HNO3
H2SO4 + HNO3
HO-SO2-O-NO + H2O
Garam diazonium yang terbentuk dari senyawa arilamin yang kebasaannya sangat lemah tersebut sangat kurang stabil, sehingga harus segera dilakukan proses kopling sesegera mungkin.
3.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses diazotasi
Konsentrasi komponen diazo (senyawa aril amin) dan konsentrasi zat penitrosasi
Katalis dan konsentrasi ion klorida
Jenis komponen diazo (arilamina primer)
Suhu
pH
4.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses kopling
Struktur komponen kopling Karena mekanisme reaksi kopling termasuk reaksi substitusi elektrofilik, maka efek gugus pemberi elektron seperti – CH3, – C6H6, – OCH3, NH2, – NHR, – OH, –
dan – NR 2 yang ada pada komponen kopling akan
mengaktifasi reaksi kopling dan juga akan berperan sebagai pengarah orto fara, sehingga garam diazonium sebagai elektrofil akan masuk pada posisi orto atau fara dari gugus pemberi elektron tersebut. Sebagai contoh kopling garam diazonium pada 2 – naftol akan masuk pada posisi 1 dan reaksi kopling pada naftol akan lebih cepat dari reaksi kopling pada fenol. Hal tersebut karena gugus pemberi elektron pada naftol lebih banyak, dalam hal ini gugus hidroksil dan lingkar benzenoid kedua pada 2 – naftol akan berperan sebagai gugus pemberi elektron. Di lain pihak, bila garam diazonium dikoplingkan dengan komponen kopling yang mengandung gugus penarik elektron seperti NO2,
– COOH,
dan
– SO3H
– CN, –
maka gugus penarik elektron tersebut akan
bersifat sebagai mendeaktifasi reaksi dan pengarah meta. Sebagai contoh bila nitrobenzena dikoplingkan dengan garam diazonium, maka kopling akan terjadi pada posisi meta dan reaksi koplingnya akan menjadi relatif lambat.
Gugus-gugus yang ada di garam diazonium Gugus penarik elektron seperti – NO2,
– COOH,
dan
– SO3H
yang
ada pada garam diazonium akan menambah kereaktifan garam diazonium sehingga hasil koplingnya akan lebih cepat. Sedangkan adanya gugus pemberi elektron seperti gugus – CH3, – OH, dan – NH2 pada garam diazonium akan mengurangi kereaktifan garam diazonium sehingga reaksi koplingnya dengan komponen kopling akan lebih lambat.
pH pH proses kopling ditentukan oleh pH larutan garam diazonium yang umumnya asam ditambah dengan pH larutan komponen kopling yang bisa alkalis maupun asam. Contoh komponen kopling naftol hanya larut dalam suasana alkali sedangkan anilin larut dalam suasana asam.
Ketika komponen kopling tersebut dicampur dengan larutan garam diazonium dari anilin maka pH larutan kopling akan bervariasi dari agak asam hingga agak alkalis. Jadi pH proses kopling tergantung pada jenis komponen kopling dan jenis komponen diazo atau garam diazoniumnya. Nilai pH larutan kopling juga akan menentukan kecepatan reaksi kopling, rendemen nyala serta arah atau posisi penggandengan garam diazonium pada komponen kopling.
5. Diazotasi Prinsip-prinsip dasar teknik diazotasi dengan metoda langsung adalah berupa pengerjaan senyawa amina aromatik primer yang cepat larut dalam suasana asam dengan sekitar 2,25 ekuivalen asam mineral (biasanya asam klorida atau HCl) dan 1 ekuivalen natrium nitrit. 1.
Ke dalam piala gelas 600 mL dimasukkan 4,5589 mL (0,05 mol) anilin, lalu diencerkan dengan air panas sebanyak 30 mL dan 3,0672 ml
HCl pekat,
kemudian diaduk sampai terbentuk larutan. 2.
Dinginkan larutan hingga kurang lebih pada suhu 40 oC dengan cara memberikan es di sekitar gelas piala sambil di aduk secara konstan.
3.
Tambahkan es ke dalam larutan agar diperoleh suhu yang lebih rendah hingga 0oC dan sisakan beberapa butir yang belum mencair untuk menjaga agar suhu larutan tidak lebih dari 0 oC.
4.
Kemudian, tambahkan 3,45 gram NaNO 2 secara bertahap dengan pengadukan yang baik dan konstan. Penambahan nitrit ini harus diatur seperlahan mungkin agar suhu larutan tidak naik diatas 0oC dan setiap larutan nitrit yang dimasukkan harus secepatnya diaduk agar segera tercampur dan bereaksi. Pada tahap ini tidak boleh terjadi pembentukan gelombang gas, dan larutan tidak boleh keruh ataupun berwarna.
5.
Terakhir, lakukan uji tingkat kesempurnaan reaksi dengan kertas congo red dan kertas KI-kanji dan reagen sulfon (dapat dipilih salah satu). Jika reaksi telah berlagsung sempurna, maka kertas congo red berwarna biru kuat dan pada kertas KI-kanji atau reagen sulfon membentuk biru lemah.
6.
Jika hasil uji negative, tambahkan lagi larutan nitrit secara perlahan seperti pengerjaan sebelumnya hingga menunjukan hasil positif. Proses ini bisa berlangsung selama beberapa menit.
7. Hasil yang baik harus menunjukan efek pewarnaan sedang. Sebaliknya, jika dalam uji ini diperoleh hasil yang terlalu kuat, tambahkan beberapa tetes larutan anilin klorida encer hingga diperoleh hasil sedang. Jika penambahan melebihi jumlah tersebut pasti telah terjadi kesalahan dalam menimbang atau mengukur,atau ketidaktepatan dalam membuat larutan natrium nitrit. Apabila keadaan ini terjadi, maka percobaan telah gagal dan harus diulang kembali. Hal ini berlaku juga apabila larutan diazotasi menjadi keruh atau terwarnai secara kuat.
6.
Kopling
Proses kopling adalah proses penggandaan antara komponen kopling dengan garam diazonium. Komponen kopling yang dapat digunakan dalam pembuatan zat warna azo diantaranya adalah asetoasetaril amid, piridon, pirazolon, fenol dan turunannya, aniline dan turunannya ami nofenol, naftol dan turunannya. 7.
Proses Kopling
Asam H yang dikombinasi dengan berbagai senyawa diazo akan membentuk zat warna azo yang sangat bagus dan memiliki ketahanan sangat tinggi terhadap cahaya. Sebagai contoh zat warna amidonaftol Red G dibentuk dari hasil kopling asam H dengan anilin terdiazotasi.
Campurkan senyawa aniline (4,5589 mL 0,05 mol) yang telah melalui proses diazotasi dengan larutan soda dari asam H yang telah didinginkan dengan es.
8.
Pencelupan
Kain yang digunakan dalam proses pencelupannya adalah kain dari serat nylon (poliamida). Hal ini dikarenakan zat warna asam mempunyai afinitas terhadap serat-serat protein dan poliamida misalnya serat wol dan nylon. Beberapa zat warna asam akan mencelup juga serat-serat selulosa karena bentuk dan besar molekulnya hampir serupa dengan zat warna direk.
a) Resep Pencelupan
Resep 1
Resep 2
Zat Warna (% OWF) : 1%
Zat Warna (% OWF) : 1%
Na2SO4 (% OWF)
: 1%
Na2SO4 (% OWF)
: 1%
Levelling Agent
: 2 cc/L
Levelling Agent
: 2 cc/L
pH
: 2 (H2SO4)
pH
: 3 (H2SO4)
Suhu
: 100ºC
Suhu
: 100ºC
Vlot
: 1:30
Vlot
: 1:30
Waktu
: 45 menit
Waktu
: 45 menit
Resep 3
Resep 4
Zat Warna (% OWF) : 1%
Zat Warna (% OWF) : 1%
Na2SO4 (% OWF)
: 1%
Na2SO4 (% OWF)
: 1%
Levelling Agent
: 2 cc/L
Levelling Agent
: 2 cc/L
pH
: 4 (CH3COOH) pH
: 5 (CH3COOH)
Suhu
: 100ºC
Suhu
: 100ºC
Vlot
: 1:30
Vlot
: 1:30
Waktu
: 45 menit
Waktu
: 45 menit
b) Resep Cuci Sabun
Teepol
: 1 cc/L
Na2CO3
: 0,5 g/L
Suhu
: 60-70ºC
Waktu
: 10 menit
c) Fungsi Zat
Zat Warna Asam
: Sebagai zat untuk mewarnai bahan atau kain secara merata dan permanen
Na2SO4
: Sebagai penambah penyrapan zat warna untuk jenis milling dan super milling, sedangkan pada jenis levelling sebagai penghambat zat warna pada proses pencelupan
Levelling Agent
: Membantu perataan zat warna pada bahan dengan memperlambat penyerapan zat warna
Na2CO3
: Membantu kelarutan deterjen pada saat proses pencucian
Teepol
: Untuk menghilangkan zat warna di permukaan serat yang tidak terfiksasi
H2SO4
: Memberi suasana asam dan mengatur pH celup (memberi nilai pH 2-3)
CH3COOH
: Memberi suasana asam dan mengatur pH celup (memberi nilai pH 4-6)
d) Langkah kerja
Menimbang bahan dan zat-zat.
Setelah penimbangan dilakukan, lalu membuat larutan untuk proses pencelupan sesuai dengan vlot dan berat bahan..
Lalu memasukkan asam sesuai pH, Na2SO4, bahan, dan air, aduk dan diamkan selama 10 menit..
Sesudah itu tambahkan zat warna asam kedalam larutan, aduk sampai larutan homogen.
Proses pencelupan dalam mesin selama 45 menit.
Kain yang telah dicelup dibilas dengan air mengalir.
Lakukan proses pencucian sabun dan keringkan untuk dievaluasi.
Evaluasi kain 1. Spektrofotometri -
Ketuaan Warna
-
Kerataan Warna
-
Kecerahan
-
Arah Warna
-
Beda Warna
2. Uji Tahan Luntur Gosok 3. Uji Tahan Luntur Cuci
e) Skema Proses
9.
Hipotesis zat warna yang dihasilkan
Berdasarkan hasil reaksi antara komponen diazotasi anilin dengan komponen kopling H acid diprediksi akan menghasilkan zat warna asam levelling. Hal ini dikarenakan jika dilihat dari karakteristiknya yang memiliki struktur molekulnya kecil dan mempunyai gugus pelarut (SO 3H), maka yang paling mendekati adalah zat warna asam jenis levelling. Biasanya zat warna ini digunakan untuk mencelup serat nylon (poliamida) karena struktur molekul zat warnanya yang kecil sehingga dapat masuk ke dalam serat nylon (poliamida) yang strukturnya lebih rapat.
E. Diagram alir percobaan pembuatan zat warna hingga evaluasi
1) Diagram Alir Pembuatan Zat Warna Sintetik
Pembuatan Zat Warna Sintetik
Persiapan zat sesuai
Pelarutan Komponen Diazo (Anilin) dengan air hangat
Proses Diazotasi
Penambahan Anilin, HCl pekat, dan NaNO 2 ada suhu 0-5ºC
Proses Kopling
Penambahan H Acid
H Asam
Pengujian dengan Congo Red
Pengeringan dalam Oven
Penumbukan
Zat Warna Bubuk
2) Diagram Alir Proses Pencelupan
Proses Pencelupan
Persiapan Zat Sesuai Resep
Penimbangan Zat Sesuai Resep
Pembuatan Larutan Celup Zat Sesuai Resep
Proses Pencelupan
pH Asam (2-5), Suhu 100ºC, Waktu 45 menit
Cuci Sabun
Suhu 60-70ºC, Waktu 10 menit
Bilas
Keringkan
Evaluasi Kain
3) Diagram Alir Proses Evaluasi Kain
Evaluasi Kain Hasil Celup
Spektofometri
1. 2. 3. 4. 5.
Ketuaan Warna Kerataan Warna Kecerahan Arah Warna Beda Warna
Uji Tahan Gosok
Uji Tahan Cuci
