Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN

Oleh : Oleh : Hendrix Yulis Setyawan, STP. Hendrix Yulis Setyawan, STP.

MsiMsi

Jurusan Teknologi Industri PertanianJurusan Teknologi Industri PertanianFakultas Teknologi PertanianFakultas Teknologi Pertanian

Universitas BrawijayaUniversitas BrawijayaMalang 2009Malang 2009

Rekayasa Proses AgroindustriRekayasa Proses Agroindustri

TEKNOLOGI SURFAKTANTEKNOLOGI SURFAKTAN

DEFINISI SURFAKTAN

Apabila ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi rendah, maka dapat mengubah karakteristik tegangan permukaan dan antarmuka cairan tersebut.

SURFAKTAN

Senyawa organik yang dalam molekulnya memiliki sedikitnya satu gugus hidrofilik dan satu gugus hidrofobik.

Antarmuka adalah bagian dimana dua fasa saling bertemu/kontak

Permukaan yaitu antarmuka dimana satu fasa kontak dengan gas, biasanya udara.

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

Skema Molekul Surfaktan

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.

Gugus Hidrofilik Struktur KimiaAnionik :- 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

Beberapa Gugus Hidrofilik pada Surfaktan Komersial

Gugus Hidrofilik Struktur KimiaNonionik :- 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)xCOO-

l- Sulfobetaine l

-N+(CH2)xCH2SO3-

l- Amine oxide l

-N+-O-

l

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

Gugus Hidrofobik Struktur KimiaLinear, saturated alkyl (n-dodecyl) CH3(CH2)10CH2-

Branched, saturated alkyl (2-ethylhexyl) CH3(CH2)3CHCH2- l 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

lPerfluoroalkyl CF3(CF2)xCF2-

Lignin Complex polymeric phenol

Beberapa Gugus Hidrofobik pada Surfaktan Komersial

Kelompok Surfaktan

Anionik Nonionik Kationik Amfoterik

Linier alkilbenzen sulfonat (LAS), alkohol sulfat

(AS), alkohol eter sulfat (AES), metil

ester sulfonat (MES)

Dietanolamida (DEA), sukrosa ester, sorbitol, sorbitan ester,

ethoxylated alcohol,

Fatty amine, amidoamine,

diamine, amine oxide, quaternary

amine, amine ethoxylate

Aminocarboxylic acid, alkil betain

Sumber : Hui (1996) dan Matheson (1996)

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 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/w11 - 14 Bahan pembasahan (wetting agent)12 - 15 Detergent16 - 20 Penstabil (stabilizer)

Nilai HLB dan Karakteristik Kinerja Surfaktan

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.

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.

HidrofilikHidrofilik

Hidrofobik

Hidrofilik

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

COO-

-OOC

COO-

COO-

COO- COO-

-OOC

-OOC

-OOC

Struktur molekul surfaktan dalam suatu sistem emulsi

Apakah berdasarkan tingkat kinerja

surfaktan? (Efektivitas)

Definisikan MaksudTerbaik

Pemilihan Jenis Surfaktan

Apakah berdasarkan seberapa banyak surfaktan tersebut dibutuhkan untuk mencapai tingkat kinerja yang diinginkan ? (Efisiensi)

Apakah berdasarkan seberapa cepat

surfaktan mampu mencapai tingkat kinerja

yang diinginkan? (Kecepatan aksi)

Surfaktan jenis apa yang terbaik ?

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 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.

Air

Proses Pembusaan

Air

Lemak/Minyak Surfakt

an

Air

Air

Air

Udara

Udara

Udara

Udara

AirSurfaktan

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

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

My.Goreng

asamlemak

asamstearat

Margarin gliserin fattyalcohol

Metil ester surfaktan

nila

i tam

bah

(%)

Produk pembersih

62.9%

Pangan2.3%

Plastik0.5%

Kertas1.4%

Tekstil & kulit8.4%

Industri cat1.9%

Perminyakan5.1%

Agrochemicals2.3%

Polimerisasi emulsi

3.4%

Konstruksi5.5% Bahan peledak

0.1% Lainnya6.2%

Persentase Pasar Surfaktan

Sumber : www.chemsoc.org

ROADMAP SURFAKTAN

B ahan B aku

Se leksi bahanbaku potensia l

S e leksi bahanbaku potensia l

S e leksi bahanbaku potensia l

S um ber P ati &G u la

Sum berE m uls ifier

M inyak/Lem akN abati

Tekno logiS p litting

TeknologiIso lasi/Ekstraksi

TeknologiSplitting

Tekno logiE sterifikas i

TeknologiP em urn ian

Tekno logiS ulfa tasi

TeknologiA m idasi

Teknolog iTransesterifikasi

Kondisi P rosesKonversi

P engem banganProses

Kond is i P rosesK onversi

* Suhu Reaksi * S istem Reaksi* Rasio m ol reaktan * Pem urnian* Agitasi * Form ulasi

P enggandaanS kala P roduksi

S tud iK elayakan

R ancangB angun

TeknologiS u lfonasi

Tekno logiE poks idasi

TeknologiSukro lis is

P em bangunanK onstruks i Pabrik

S urfaktanA m fo terik

S urfaktanN onion ik

S urfaktanA n ion ik

S urfaktanK ation ik

IndustriS urfaktan

IndustriC leansing &

W ash ingP roduct

IndustriKosm etika &

Personal CareProducts

IndustriB ahan

Pe ledak

IndustriP erm inyakan

IndustriP angan

IndustriFarm asi

IndustriObat-obatan

PertanianPertam bangan

Konstruksidan

P ekerjaanS ip il La innya

R & D

Teknologi

Produk

Market

Diagram Oleokimia Dasar dan Turunannya

M inyakdan

Lemak

Glisero lG liserida parsia l

Triasetin

Ester asam lemak

Alkyl epoxy ester

Asam lemak ehoxyla te

Conjugated fa tty acid

Asam lemak jenuh

Alkohol Guerbet

A lkyl klorida

Fatty a lkohol e thoxylate

Fatty a lkoho l su lfa t

Ester

-su lfo fatty acid ester

Fatty ac id a lkano lam ide

Epoxid ized trig liserida

Ethoxylated trig liserida

Hydrogenated o il

Turkey red o il

H id ro lis is

Asam lemak(fa tty acid)

E ste rifik as i

E s terif ik as i

E pok s idas i

E thoxylas i

K on jugas i

H arden ing

M etil esterasam lemakT ranses te rif ik as i

Fattyalkohol

R eak s i G uerbe t

K lo rinas i

E thoxylas i

S u lfa tas i

E s te rif ik as iH id rogenas i

S u lfonas i

A m idas i

E pok s idas i

E thoxylas i

H id rogenas i

S u lfa tas i

Fatty a lkoho l alkoxylate

Fatty a lkohol eter su lfa t

Fatty a lkoho l eter fosfa t

Fatty a lkoholsulfosuccinate

P ropox la tion

S u lfa tas i

F os fa tisas i

S u lfitas iE s te rifik as i

Sukrosa esterS uk ro lis is

POHON INDUSTRI KELAPA SAWITKELAPA SAW IT

DaunTangkaiBunga Bunga

Buah Batang Akar

BahanKeraj inan

Tokoferol

N utrienOrganik

Lipid

Isoenzim

Pulp

N ira

GulaM erahAnggurSaw it

V itam in Bkom plek

CukaKelapa

Estragol D agingBuah

Bij i/In ti Kelapa Saw it(PK)

C angkangSaw it Daging Buah

TandanKos ong

Lim bahPadat

Lim bahcair

Arang

Pulp

Pas taPati

Lignin

S ilose

Silitol

Tam bang/Tali

Bahan Keraj inanKayu Kelapa

Saw it

Minyak Kelapa Saw itKasar (CPO)Lum pur Kelapa Saw it

Gasbio

Aseton-Butanol-

E tanol

Pelet

BahanBangunan

M etan

Bungk ilM akanan

AyamM akan Ternak

R um inans ia

M ediaPertum buhan

Enzim EkstraSekunder

Pakan D om ba

Pelet Karbon

Selulosa

AbsorberPolipot TKS

(P ot Tanam an)B iogas

Alkohol

M etanM edia

Pengem bangbiakanC acingM edia

Pertum buhankapang

Pulp

Lignin

Abu Janjang

Surfaktan

Cam puran P upuk

Pangan NonPangan

M inyakSaw it (C PO )

Selulosa

M ediaPertum buhan

KapangM akanan

ternakBahan Vernis ,

M inyakR engas

BahanBakar

Karbon A ktif

Poliblen

Lignin

Surfaktan

G lukosa

TepungTem purung

Arang

Karbon Aktif

Briket Arang

Testa

Bungk il IntiSaw it

Tepung IntiSaw it

Minyak IntiSaw it (PKO)

Kue-kue IntiSaw it

M onoG liserida

D iglis eridaR ansumTernak

Silitol

S ilose

AsamAm ino

Es k rim M inyakGoreng

KarotenAsamLem ak

Trigliserida,D igliser ida,

M onogliserida

Protein SelTunggal

V itam in A Stearin O leinLipase Soap s tock

M argarine M inyakSalad

M etalicsoap

Fattyalkohol

PolyethoxylatedDerivates

AsamOrganik

SabunEster D ibas ic

Ac idFatty

am inesFatty Ac ide

Am ides Fatty A lkohol

M argarineC ocoa Butter

Subs titute ShorteningVegetables

Ghee

APLIKASI SURFAKTAN APLIKASI SURFAKTAN PADA INDUSTRIPADA INDUSTRI

INDUSTRIAL APPLICATION OF SURFACTANTS

Deinking agentsDefoaming agentsDispersants for CaCO3

Additives for polymerization

Textile

Construction

Pulp & Paper

Plastics

Palm Oils EnergyEnvironment

FermentationToiletriesCosmetics

Detergent

Agrochemicals

FoodOthers

Laundry detergent chemicals

Anti-dusting agetns for coalsWater treatment chemicalsScale inhibitors

Scouring and bleaching agentsDyeing auxiliariesSoftening agentsAntistatic agentsShade improvers

Concrete additivesGypsum board additivesAsphalt emulsifiers.

Chemical for palm oil fractionation

Foaming agents for toothpastesCosmetics chemicals

Fermentation additives

Water Treatment

Metal

Oilfield

Firefighting Foam

Emulsion Polymerization

Explosive Material

AdjuvantsAdditives for agrochemicalsAnti-caking agentsWood preservativesv

Anionic SurfactantCationic SurfaktantAmphoteric SurfactantNonionik Surfactant

Surfactant :

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)

Surfaktan Minimum tegangan permukaan (dyne/cm)Nonylphenol ethoxylate (9 EO) 29,1Lauryl alcoohol ethoxylate (9 EO) 32,2Tall oil fatty acid ethoxylate (10 EO) 33,5Tridecyl alcohol ethoxylate (8-9 EO) 27,5Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate 25,5Trisiloxane ethoxylate (8 EO), CH3-terminated 21,0

Tabel. Minimum nilai tegangan permukaan larutan beberapa jenis surfaktan

Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).

Surfaktan Fungsi UtamaDodecylbenzene sulfonate WettingDioctylsulfosuccinate WettingSodium alkylnaphthalene sulfonate WettingNaphthalenesulfonate-formaldehyde condensate DispersingEthoxylated tristyrylphenol sulfate DispersingSodium lignosulfonate Dispersing

Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk bubuk (wettable powder)

Surfaktan Fungsi UtamaSodium dodecylbenzene sulfonate WettingDibutyl and di-isopropyl naphthalene sufonate WettingDioctyl or dinonylphenolsulfosuccinate WettaingN-methyl oleyl taurate Wetting and DispersingNaphthalene sulfonate-formaldehyde condensate DispersingLignosulfonate DispersingDodecyldiphenylether disulfonate DispersingEthoxylated (6-12 EO) nonylphenol phosphate ester Wetting and DispersingEthoxylated (14-16 EO) tristyrlphenol phosphate sodium salt Wetting and Dispersing

Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk larutan suspensi (suspension concentrate)

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.

Monomer Surfaktan yang DigunakanStyrene, butadiene Dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl ether disulfonateVinyl chloride Partially hydrogenated fatty acid soap, sodium lauryl sulfateStyrene/butadiene Fatty acid soap, dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl

ether disulfonate, polyoxyethylenated (9-14 EO) octylphenolMethyl 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

Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk berbagai monomer


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.

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

Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses immersion metal (alkali)


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

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- Polyoxyethylene (12-20 EO) dinonylphenol- Polyoxyethylene (10-15 EO) dodecylphenol- Polyoxyethylene (10-15 EO) tridecyl (Oxo) alcohol

Tabel. Surfaktan yang digunakan pada proses deresinasi pulp


Surfaktan HLB Cloud point, oC (0,5-1,5%

NaOH)

Draves wetting,sec,

40oC (1% NaOH)

Octylphenol ethoxylate (9 EO) 13,0 54 - 56 9Octylphenol ethoxylate (11 EO) 13,5 68 - 72 12Octylphenol ethoxylate (9 EO) 13,0 60 - 63 8Lauryl alcohol ethoxylate (7 EO) 12,0 48 - 50 18Linear (C9-C11) alcohol ethoxylate (6 EO)

12,5 46 - 48 8

Branched (C11-C15) secondary alcohol ethoxylate (9 EO)

13,5 56 - 58 9

Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk washing-deinking


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.

Surfaktan KarakteristikLignosulfonate DispersingSodium butyl or isopropyl naphthalene sulfonate WettingSodium naphthalene sulfonic acid-formaldehyde condensate

Dispersing

Sodium alkyl (branched C8-C10) sulfate Wetting dan dispersingSodium alkyl (C6-C10) ethoxy (2-4) sulfate Foaming and air entrainmentRosin acid soap Foaming and air entrainment

Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk beton


Surfaktan KeteranganR N+(CH3)2O- R = C16 - C18

R = C15 CO NH CH2CH2- hingga C7 CO NH CH2CH2

-

m = 9 - 15, n = 2m = 8 - 10, n = 3x = 12 - 15, y = 2 - 4

R1 N+(CH2CH2OH)2O-

R N [(CH2CH2O)mH]n

R N [(C3H7O)x (C2H4O)y H]2

R N+ (CH3)2CH CH (OH) CH2 SO3-

Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk Dispersi Glass Fiber Pada Pembuatan Uniform Glass Fiber Mats

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.

Surfaktan KationikRCONHCH2CH2NH3

+X-

R N+H2CH2CH2 NH3+ 2X-

R N+H2CH2CH2CH2NH3+2X-

R N+(CH3)3Cl-

R CONHCH2CH2 N(CH3)3+X-

R N(CH2CH2OH)2

R N+(O-)(CH3)2

R = C4 - C18

X- = Cl-, Br-, CH3SO4-

Tabel. Surfaktan yang digunakan pada emulsi aspal


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 - 1612 - 16

Tabel. Surfaktan yang digunakan pada industri papan gipsum

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)

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

Tabel. Surfaktan yang digunakan pada larutan fracturing


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.

FluorosurfaktanC6-10F13-21CH2CH(OCO CH3) CH2 N+ (CH3)2 CH2COO-

C8H17CH2CH2S CH2CH2CONH C(CH3)2 CH2SO3- Na+

C6-10F13-21CH2CH2N+(CH3)3 CH3SO4-

C6-10F13-21SO2N(CH2 CH2) C3H6N+(CH3)3. CH3SO4-

C2F4CONH C3 H6N+(CH3)2 CH2 CH2 CO2-

C8F17CH2CH2 S CH2 CH2 COO-Li+

Tabel. Fluorosurfaktan yang digunakan pada hydrocarbon firefighting foam


Tekstil

Surfaktan digunakan sebagai antistatic agent untuk serat tekstil

Jenis surfaktan utama yang digunakan : surfaktan anionik

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) sulfateSurfaktan Nonionik :- Ethoxylated (15-20 SEO) castor oil sorbitan monolaurate- Ethoxylated (5-10 SEO) sorbitan monolaurate

Surfaktan kationik :- Ethoxylated (6-12 mol SEO) tallow amine)

Tabel. Surfaktan yang digunakan sebagai antistatic agent


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, semi-synthetic, 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 KASIHTERIMA KASIH

Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN

Documents

Transcript of Rekayasa Proses Agroindustri TEKNOLOGI SURFAKTAN