1 / 57

Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN

Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN. Oleh : Hendrix Yulis Setyawan , STP. Msi Jurusan Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya Malang 2009. DEFINISI SURFAKTAN.

delano
Download Presentation

Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN Oleh : Hendrix YulisSetyawan, STP. Msi JurusanTeknologiIndustriPertanian FakultasTeknologiPertanian UniversitasBrawijaya Malang 2009

  2. DEFINISI SURFAKTAN • Senyawa organik yang dalam molekulnya memiliki sedikitnya satu gugus hidrofilik dan satu gugus hidrofobik. SURFAKTAN • 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.

  3. Skema Molekul Surfaktan Ekor : Hidrofobik (grup nonpolar) Kepala : Hidrofilik (grup polar) - Bersifat hidrofobik dalam media air - Bersifat hidrofilik dalam media hidrokarbon - Bersifat hidrofilik dalam media air - Bersifat hidrofobik dalam media hidrokarbon

  4. 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.

  5. Beberapa Gugus Hidrofilik pada Surfaktan Komersial

  6. 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

  7. Beberapa Gugus Hidrofobik pada Surfaktan Komersial

  8. Dietanolamida (DEA), sukrosa ester, sorbitol, sorbitan ester, ethoxylated alcohol, Fatty amine, amidoamine, diamine, amine oxide, quaternary amine, amine ethoxylate Aminocarboxylic acid, alkil betain Linier alkilbenzen sulfonat (LAS), alkohol sulfat (AS), alkohol eter sulfat (AES), metil ester sulfonat (MES) Kelompok Surfaktan Amfoterik Anionik Nonionik Kationik Sumber : Hui (1996) dan Matheson (1996)

  9. 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.

  10. 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%.

  11. 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.

  12. Nilai HLB dan Karakteristik Kinerja Surfaktan

  13. 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 low- foam 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.

  14. 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.

  15. COO- COO- COO- Hidrofilik Hidrofilik -OOC COO- -OOC COO- -OOC Hidrofobik COO- -OOC COO- COO- COO- COO- COO- Hidrofilik Struktur molekul surfaktan dalam suatu sistem emulsi

  16. Pemilihan Jenis Surfaktan Surfaktan jenis apa yang terbaik ? Definisikan Maksud Terbaik • Apakah berdasarkan seberapa cepat surfaktan mampu mencapai tingkat kinerja yang diinginkan? (Kecepatan aksi) • Apakah berdasarkan tingkat kinerja surfaktan? (Efektivitas) • Apakah berdasarkan seberapa banyak surfaktan tersebut dibutuhkan untuk mencapai tingkat kinerja yang diinginkan ? (Efisiensi)

  17. 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.

  18. 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.

  19. 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.

  20. - 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 partikel- partikel 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.

  21. Udara Udara Udara Udara Surfaktan Air Air Lemak/Minyak Air Air Surfaktan Air Air Proses Pembusaan

  22. 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.

  23. Nilai Tambah Produk Turunan Kelapa Sawit

  24. Persentase Pasar Surfaktan Sumber : www.chemsoc.org

  25. ROADMAP SURFAKTAN

  26. Diagram Oleokimia Dasar dan Turunannya

  27. POHON INDUSTRI KELAPA SAWIT

  28. APLIKASI SURFAKTAN PADA INDUSTRI

  29. INDUSTRIAL APPLICATION OF SURFACTANTS Anti-dusting agetns for coals Water treatment chemicals Scale inhibitors Chemical for palm oil fractionation Palm Oils Deinking agents Defoaming agents Dispersants for CaCO3 Others Energy Environment Food Plastics Water Treatment Scouring and bleaching agents Dyeing auxiliaries Softening agents Antistatic agents Shade improvers Pulp & Paper Surfactant : Metal • Anionic Surfactant • Cationic Surfaktant • Amphoteric Surfactant • Nonionik Surfactant Textile Concrete additives Gypsum board additives Asphalt emulsifiers. Oilfield Construction Firefighting Foam Agro chemicals Emulsion Polymerization Adjuvants Additives for agrochemicals Anti-caking agents Wood preservativesv Explosive Material Detergent Toiletries Cosmetics Fermentation Laundry detergent chemicals Fermentation additives Additives for polymerization Foaming agents for toothpastes Cosmetics chemicals Source : Modification of KAO Indonesia Chemicals Information

  30. 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 Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  31. Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk bubuk (wettable powder) Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk larutan suspensi (suspension concentrate) Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).aaaa

  32. 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.

  33. 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.

  34. Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk berbagai monomer Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  35. 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.

  36. Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses immersion metal (alkali) Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  37. 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)

  38. 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

  39. Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses deresinasi pulp Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  40. Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk washing-deinking Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  41. 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.

  42. Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk Dispersi Glass Fiber Pada Pembuatan Uniform Glass Fiber Mats Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk beton Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  43. 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.

  44. Tabel. Surfaktan yang digunakan pada industri papan gipsum Tabel. Surfaktan yang digunakan pada emulsi aspal Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  45. 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)

  46. Tabel. Surfaktan yang digunakan pada larutan fracturing Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

  47. 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.

More Related