SIFAT-SIFAT SURFAKTAN

1. Tegangan Permukaan dan Tegangan Antar Muka

Tegangan permukaan merupakan sifat khusus yang dimiliki molekul-molekul pada

permukaan cairan dan tidak memiliki oleh sebagian besar molekul di dalam cairan tersebut.

Tegangan permukaan dapat terjadi disebabkan adanya kecenderungan permukaan cairan untuk

memperkecil luas permukaan secara spontan. Molekul yang berada di dalam cairan mengalami

gaya tarik menarik (gaya van der waals) yang sama besarnya ke segala arah, sedangkan molekul

pada permukaan cairan mengalami ketidakseimbangan gaya sehingga menghasilkan resultan

yang mengarah ke dalam cairan.

Sebagai akibat langsung dari ketidakseimbangan gaya yang dialami oleh molekul pada

permukaan, maka apabila molekul-molekul dalam carian akan pindah ke permukaan untuk

memperluas permukaan akan dibutuhkan kerja untuk mengatasi gaya tarik tadi. Karena itu,

cairan cenderung untuk meminumumkan permukaannya. Dengan demikian, tegangan permukaan

didefenisikan sebagai banyaknya kerja yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan

sebanyak satu satuan luas. Tegangan permukaan suatu cairan merupakan suatu keadaan tidak

seimbang antara gaya-gaya yang dialami oleh molekul-molekul yang berada di permukaan suatu

cairan.

Tegangan permukaan suatu larutan tergantung pada sifat zat terlarut. Jika molekul zat terlarut

cenderung mengumpul pada permukaan, tegangan permukaan akan menurun. Kecenderungan

molekul surfaktan berkumpul pada permukaan menyebabkan terjadinya penurunan tegangan

permukaan disebabkan kemampuan surfaktn menghasilkan tekanan permukaan yang melawan

kecenderungan suatu permukaan untuk menyusut.

Semakin panjang rantai hidrokarbon molekul srufaktan menyebabkan jumlah molekul yang

terdapat pada permukaan semakin banyak, sehingga meningkatkan nilai tekanan permukaan.

Semakin besar nilai tekanan permukaan yang diberikan surfaktan.

Tegangan antar muka merupakan tegangan yang terjadi antar dua permukaan dua jenis cairan

yang tidak dapat bercampur satu sama lain. Tegangan antar muka akan menurun dengan adanya

surfaktan yang membentuk layer (lapisan), semakin besar konsentrasi surfaktan yang

ditambahkan akan semakin menurunkan tegangan antar muka campuran. Kemampuan surfkatan

memiliki gugus hodrofilik dan gugus hidrofobil. Tegangan antar mukan yang semakin kecil

memungkinkan terbentuknya sebuah emulsi dan meningkatkan kestabilan emulsi.

2. Emulsifikasi

Jika campuran minyak dan air di kocok dnegan keras, maka akan terbenuk dispersi droplet air

dalam minyak dan dispersi droplet minyak dalam air. Jika pengocokan dihentikan, maka fase air

dan minyak akan terpisah kembali, akhirnya emulsi minyak-air akan terhenti. Penambahan

surfaktan pada kedua campuran tersebut akan merubah sistem pencampuran, dimana salah saru

cairan (minyak atau air) akan menjadi fase kontinyu dan yang lainnya terdispersi.

Emulsifikasi merupakan proses dispersi suatu cairan yang tidak bercampur dengan cairan lain

dalam bentuk droplet-droplet cairan. Emulsifikasi dapat terjadi dengan cara menurunkan

tegangan antar muka dua cairan yang saling tidak bercampur yang diikuti dengan meningkatnya

energi bebas antar muka sebagai akibat dari meningkatnya luas permukaan.

Surfaktan membantu pembentukan emulsi dnegan dua cara yaitu dengan menurunkan

tegangan permukaan salah satu zat cair, dan mencegah penggabungan droplet-droplet zat cair

lainnya. Zat cair dengan tegangan permukaan lebih kecil akan cepat menyebat dan menjadi fase

kontinyu. Pada saat yang sama, molekul surfaktan akan mengumpul di batas antar muka cairan

untuk mencegah penggabungan kembali fase terdispersi.

Surfaktan non ionik membantu meningkatkan stabilitas emulsi dnegan memproduksi lapisan

antar muka yang memiliki elastisitas yang sangat tinggi. Elastisitas antar muka yang tinggi dari

suatu sistem emulsi memungkinkan tidak terjadinya penggabungan droplet-droplet sebagai

akibat tubrukan antar droplet emulsi.

3. Pembentukan Busa

Busa merupakan dispersi gas dalam cairan atau padatan. Pembentukan busa terjadi pada saat

surfaktan yang berada pada antar muka air-udara, dengan gugus hidropobik memanjang pada

bagian fase gas. Pada saat fase gas terbagi, maka busa akan terbentuk. Pada keadaan ini udara

merupakan media nonpolar.

Dalam kaitannya dengan keterlibatan energi, busa mirip dengan emulsi. Mekanisme

inkorporasi udara dalam sistem busa sama dengan pada sistem emulsi. Begitu juga dengan faktor

yang mempengaruhi stabilitas busa sama dengan faktor yang mempengaruhi stabilitas emulsi.

Volume fraksi gas dalam busa lebh besar dari volume fraksi gas pada emulsi.

Pembentukan busa dari sistem emulsi melalui jalur Ostwald ripening. Ostwald ripening

merupakan sebuah fenomena dimana droplet besar terbentuk dari tetesan yang sangat kecil.

Proses ini dimediasi oleh kelarutan parsial fase terdispersi dalam fase kontinyu yang

memungkinkan terjadinya difusi molekuler dari droplet kecil kepada droplet yang lebih besar.

Efek pembusaan pada surfaktan non-ionik dapat dihilangkan memlui dua cara yaitu:

1. Mempengaruhi karakter difusi yaitu dnegan merusak elastisitas lapisan film permukaan.

Hal ini dapat dilakukan dengan cara mengganti rantai lurus gugus hidrofobik dengan rantai

bercabang, atau menempatkan gugus hidrofilik di rantai tengah gugus hidrofibik.

2. Meningkatkan luas molekul, yaitu dnegan cara memadatkan lapisan film. Hal ini dapat

dilakukan dengan menggunakan gugus hidrofibik yang sangat besar baik rantai lurus maupun

bercabang.

4. Pelarutan

Pelarutan adalah penggabungan spontan suatu zat melalui interaksi dapat balik, dengan

surfaktan dalam suatu larutan untuk membentuk larutan stabil. Pelarutan dalam media cairan

merupakan hal sangat penting antara lain dalam proses pembersihan dan penghilangan pengotor

lemak, serta polimerisasi emulsi. Pelarutan suatu surfaktan terhadap pengotor lemak dimulai

dengan larutnya gugus hidrofobik pada pengotor lemak tersebut. Secara berangsur bercak

pengotor lemak akan terlepas dari serat bahan (kain) dan terperangkap dalam kapsul misel-misel

surfaktan yang menangkap sedikit demi seidikit butir pengotor lemak tersebut. Hal ini

mengemulsikan pengotor lemak tersebut dalam suatu suspensi sehingga dapat dicuci dengan air.

Pelarutan dengan menggunakan surfaktan nonionik polyoxyethylene (rantai karbon panjang)

diduga bahwa molekul polar kotoran terlarutkan pada bagian luar ekor polyoxyethylene. Daya

larut suatu surfaktan, ditinjau dari struktur surfaktan, dipengaruhi oleh sifat zat yang dilarutkan

dengan memperhatikan mekanisme larutan. Dalam larutan cair, pelarutan surfaktan dengan

gugus hidrofobik rantai hidrokarbon alifatik akan meningkat dengan meningkatnya panjang

rantai karbon serta dengan adanya peningkatan jumlah agregat misel surfaktan akan

meningkatkan peluang terlarutnya solubisate di dalam inti misel. Surfaktan nonionik

polyoxyethylene sangan efisien dalam menghilangkan pengotor lemak dari substrat hidrofobik

dan mampu mencegah pengotor balik kembali.

Proses Pembuatan Surfaktan

Pada dasarnya surfaktan terdiri dari banyak jenis. Tiap-tiap surfaktan memiliki proses

yang berbeda. Saya akan membahas proses pembuatan beberapa surfaktan

1. Surfaktan alkanolamida

Amida adalah turunan asam karboksilat yang paling tidak reaktif, karena itu golongan

senyawa ini banyak terdapat di alam. Amida yang terpenting adalah protein. Amida dapat

bereaksi dengan asam dan reaksi ini tidak membentuk garam karena amida merupakan basa yang

sangat lemat. Selain itu, senyawa amida merupakan nukleofilik yang lemah dan bereaksi sangat

lambat dengan alkil halida. Amida asam lemak pada industri oleokimia dapat dibuat dengan

mereaksikan amina dengan trigliserida, asam lemak atau metil ester asam lemak. Senyawa amina

yang digunakan dalam reaksi amidasi sangat bervariasi seperti etanolamina dan dietanolamina,

yang dibuat dengan mereaksikan amonia dengan etilen oksida.

Alkanolamina seperti etanolamnina, jika direaksikan dengan asam lemak akan membentuk

suatu alkanolamida dan melepaskan air. Alkanolamida merupakan kelompok surfaktan nonionik

yang berkembang dengan pesat. Alkanolamida asam lemak dapat diproduksi dengan dua cara

yaitu sintesis alkanolamida dari asam laurta dan sintesis alkanolamida dari ester asam. Pada

reaksi pertama sebagai produk samping akan dihasilkan air, sedangkan pada reaksi kedua

dihasilkan alkohol.

2. Dietanolamida

Dietanolamida pertama kali diperoleh dengan mereaksikan dua mol dietanolamina dengansatu

mol asam lemak. Senyawa ini diberi nama Kritchevsky amida sesuai dengan nama penemunya.

Bahan baku yang digunakan dalam produksi dietanolamida dapat berupa asam lemak, trigliserida

atau metil ester. Dietanolamida biasanya diproduksi secara kimia konvensional pada temperatur

150 oC selama 6-12 jam. Dari hasil reaksi akan dihailkan dietanolamida dan hasil sampirng

berupa sabun amina. Kehadiran sabun amina ini, tentu saja akan menaikkan ph produk. Pada

tahap pemurnian diperlukan pemisahan produk utama dengan sabun amina.

3. Linear Alkylbenzene Sulfonate

Alkylbenzene dan oleum dipompakan ke tangki sulfonator yang sebelumnya dipanaskan

dalam heater 1 dan heater 2 hingga mencapai suhu 46 oC. selanjutnya alkylbenzene dan oleum

yang berada didalam tangki sulfonator dicampur secara perlahan-lahan. Sulfonator beroperasi

pada suhu 46 oC dan tekanan 1 atm. Waktu tinggal dalam sulfonator 4 jam dengan konversi 98%.

Campuran dari sulfonator dicampur dengan air di dalam mixer untuk mencegah reaksi

samping dan membantu memisahkan antara campuran asam sulfonate dengan asam sulfat dalam

dekanter I dan dekanter II. Campuran larutan alkylbenzene sulfonate, asam sulfat, alkylbenzene

yang tidak berekai dan benzene dipisahkan dalam dekanter berdasarkan berat jenis (densitas).

Alkylbenzene sulfonate memiliki denseitas lebih kecil daripada asam sulfat akan terpisah sebagai

lapisan atas dan asam sulfonate sebagai lapisan bawah. Selain berdasarkan perbedaan densitas

pemisahan asam sulfat dan alkylbenzene sulfonate pada dekanter karena kedua larutan ini tidak

saling larut. Asam sulfat sebagai lapisan bawah kemudian dipompa ke tangki penyimpan

sedangkan asam sulfonate dipompa ke heat exchanger untuk dipanaskan.

Alkylbenzene sulfonate dinetralisasi menggunakan larutan NaOH 20% di dalam netralizer.

Netralizer beroperasi pada temperatur 55 oC dan tekanan 1 atm dengan konversi 99%. Hasil yang

keluar dari netralizer berupa sodium alkylbenzene sulfonate dan natrium sulfonate berbentuk

slurry.

Pada proses pengeringan, slurry yang berasal dari tangki netralizer dipompakan kedalam spray

dryer. Kemudian slurry dikontakkan dengan udara panas yang berasal dari furnace pada

temperatur 300 oC, dimana pengeringan berlangsung cepat menghasilkan produk berbentuk

powder. Powder dari spray dryer terdiri dari 96% bahan aktif surfaktan, natrium sulfonate inert

dan sedikit air.