Pengaruh Katalis H 2 SO 4 pada Reaksi Epoksidasi Metil Ester PFAD (Palm Fatty Acid Distillate)

Transkripsi

1 Jurnal Teknologi Proses Media Publikasi Karya Ilmiah Teknik Kimia 6(1) Januari 7: 7 74 ISSN Pengaruh Katalis H S 4 pada Reaksi Epoksidasi Metil Ester PFAD (Palm Fatty Acid Distillate) Mersi Suriani Sinaga Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan 155 Abstrak Ester epoksi selain sebagai pelunak juga dapat memperbaiki ketahanan komponen polivinil klorida (PVC) terhadap panas dan cahaya. Penelitian ini dilakukan untuk merumuskan kondisi katalis yang sesuai bagi pembuatan senyawa epoksi metil ester PFAD dari senyawa metil ester PFAD. Metil ester PFAD terdiri dari ester lemak jenuh dan tidak jenuh., metode pemisahan kristalisasi dengan pelarut metanol untuk memisahkan ester lemak jenuh dari ester lemak tak jenuh, yang bertujuan meningkatkan kemampuan ester lemak tak jenuh, dapat mencapai 5 %. Epoksidasi menggunakan H 3 % untuk membentuk asam peroksi, n-hexan, asam asetat glasial, dan H S 4 yang digunakan sebagai katalis 1,5 % (v/v) untuk mencapai kondisi optimum pada 13 menit dengan bilangan oksiran oksigen sebesar,57 % dan bilangan iod,8. Kata kunci: epoksidasi, oksiran oksigen, metil ester PFAD Pendahuluan Senyawa epoksi merupakan produk komersial yang dapat diaplikasikan untuk beberapa kegunaan seperti pelentur (plasticizer), stabilizer dan coating pada resin polimer, serta merupakan anti oksidan pada pengolahan karet alam. Yamamura (1989) menyebutkan senyawa epoksi juga dapat digunakan sebagai surfaktan dan agen anti korosi, aditif pada minyak pelumas (Sadi dkk., 1995), bahan baku pestisida (Ahmad, 1984). Industri oleokimia merupakan salah satu industri hilir kelapa sawit yang mempunyai peranan penting pada masa sekarang dan masa yang akan datang. Hal ini disebabkan luasnya penggunaan produk oleokimia di masyarakat, misalnya sebagai bahan baku surfaktan, emulsifier, cat, farmasi dan kosmetik. Salah satu jenis produk oleokimia yang telah lama diproduksi adalah senyawa epoksi. Senyawa tersebut diproduksi sejak 1963 di Amerika Serikat dan dimanfaatkan sebagai plasticizer dan stabilizer pada polyvynylchloride (PVC) (Carlson, 1985). Namun demikian, sintesis senyawa epoksi di negara-negara berkembang, termasuk Indonesia, masih dalam tahap penelitian dan pemanfaatannya mulai dikembangkan. Senyawa epoksi mengandung gugus oksiran yang dibentuk melalui reaksi epoksidasi antara asam peroksi (perasam) dengan olefinat atau senyawa aromatik tidak jenuh. Reaksi epoksidasi dapat dilakukan melalui cara yaitu, pembentukan asam peroksi yang selanjutnya digunakan untuk reaksi epoksidasi dan reaksi epoksidasi secara in-situ. Proses epoksidasi yang dilakukan secara in-situ lebih aman jika dibandingkan dengan reaksi epoksidasi melalui pembentukan asam peroksi. Selain itu juga pada

2 Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 7: reaksi epoksidasi dengan cara tersebut akan dihasilkan dua fase dalam campurannya, yaitu fase air dan fase minyak. Selama reaksi epoksidasi berlangsung asam peroksi (perasam) mengoksidasi ikatan rangkap yang terdapat dalam metil ester PFAD, sehingga terjadi pemutusan ikatan rangkap dan pembentukan gugus oksiran. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh asam sulfat pekat sebagai katalis dalam reaksi epoksidasi metil ester PFAD. Metil ester PFAD merupakan derivat minyak nabati yang kurang dimanfaatkan (Renni dkk., 1996) di samping derivat-derivat lain seperti olein, stearat dan lain-lain dalam penggunaannya untuk aplikasi produk oleokimia. Bahan dan Metode Bahan baku yang digunakan adalah metil ester PFAD yang telah dipreparasi yang mengandung asam lemak tak jenuh sebesar 5 %. Prosedur preparasi yang digunakan adalah preparasi yang dilakukan Haryati dan Buana (199). Metanol yang digunakan adalah metanol teknis (99,5 %), H (3 %) teknis sedangkan n-heksan (pa) dan asam asetat glasial (pa). Pembuatan senyawa epoksi dilakukan dengan memodifikasi cara kerja Gall dan Greenspan (1995) yaitu bahan baku butil oleat diganti dengan n-heksan. Katalis H S 4 dimodifikasi dengan cara memvariasikan jumlah asam sulfat pekat yang ditambahkan yaitu 1,5 % (v/v), 1,9 % (v/v),,5 % (v/v), 3,1 % (v/v) dan 3,5 % (v/v). Parameter yang diamati adalah perubahan oksigen oksiran (ACS Cd 9-57) dan bilangan iod (ACS 1-5) selama waktu reaksi. Hasil dan Pembahasan Pengaruh H S 4 pekat terhadap oksiran oksigen Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi epoksidasi dengan penambahan H S 4 pekat memerlukan waktu yang lebih cepat untuk memperoleh oksiran oksigen tertinggi. Pada Gambar memperlihatkan bahwa reaksi menggunakan H S 4 sebanyak 1,5 % (v/v) dapat mencapai oksiran oksigen tertinggi sebesar,57 % selama 13 menit. Sedangkan menggunakan H S 4 sebanyak 1,9 % (v/v) dapat mencapai oksiran oksigen maksimum sebesar,46 % selama 148 menit waktu reaksi. Epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H S 4 sebanyak,5 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar,36 % selama 13 menit reaksi, menggunakan H S 4 sebesar 3,1 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar,39 % selama 148 menit waktu reaksi dan menggunakan H S 4 sebesar 3,5 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar,33 % selama 13 menit waktu reaksi. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa semakin banyak H S 4 yang ditambahkan, reaksi epoksidasi semakin cepat berlangsung, tetapi oksiran oksigen yang diperoleh semakin rendah. Hal ini disebabkan oleh penambahan H S 4 pekat yang semakin banyak dapat mempercepat terjadinya degradasi gugus oksiran. H S 4 pekat selain mempunyai kemampuan sebagai katalis juga mempunyai kemampuan mendegradasi gugus oksiran cukup tinggi, yaitu sebesar 1% per jam pada suhu 5 C dan 1% per 1-4 jam pada suhu 65-1 C. Asam sulfat pekat yang masih terdapat dalam fase air dapat menjadi katalisator terjadinya degradasi gugus oksiran melalui reaksi samping yang berupa reaksi hidroksilasi dan reaksi pembentukan senyawa keton. (Gambar 1). Degradasi gugus oksiran yang terjadi selama reaksi epoksidasi juga ddisebabkan oleh adanya asam asetat yang berasal dari hasil reaksi pembentukan asam peroksi asetat yang bersifat reversibel. Asam asetat dan H S 4 mampu melakukan reaksi samping yaitu reaksi asetolisis (Gambar 3).

3 7 Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 7: 7 74 A. R 1 HC CH R + H R 1 CH CH R H H B. R 1 HC CH R + H R 1 CH CH R GAMBAR 1: Reaksi hidroksilasi (A) dan reaksi pembentukan senyawa keton (B) pada reaksi epoksidasi dengan menggunakan H S 4 3 oksiran oksigen (%) katalis 1,9 % Katalis 3,1 % Katalis,5 % Katalis 1,5 % Katalis 3,5 % Waktu reaksi (mnt) GAMBAR : Pengaruh penambahan katalis H S 4 pekat terhadap waktu reaksi dan oksiran oksigen selama reaksi epoksidasi metil ester PFAD (1) R 1 HC CH R + CH 3 CH R 1 CH CH R H CCH 3 () R 1 HC CH R + CH 3 CH R 1 CH CH R H -CH 3 GAMBAR 3: Reaksi asetolisis merupakan hasil samping dari reaksi epoksidasi

4 Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 7: Pengaruh penambahan H S 4 pekat terhadap bilangan iod Bilangan iod menunjukkan banyaknya ikatan rangkap dalam suatu sampel secara kualitatif. Pada reaksi epoksidasi metil ester PFAD terjadi pemutusan ikatan rangkap oleh asam peroksi untuk membentuk gugus oksiran. Dengan demikian selama reaksi epoksidasi berlangsung akan terjadi penurunan bilangan iod. Pada Gambar 5 terlihat bahwa bilangan iod pada reaksi epoksidasi dengan penambahan H S 4 cenderung mengalami penurunan, walaupun selama reaksi epoksidasi berlanjut oksiran oksigen mengalami penurunan (Gambar ). Penurunan bilangan iod pada reaksi epoksidasi dengan penambahan H S 4, yang berlanjut disebabkan oleh reaksi hidrasi alkena. Dalam larutan asam kuat (H S 4 dalam H ), air (H ) dapat mengadisi ikatan rangkap dan menghasilkan alkohol (Fessenden, 1989). Hubungan bilangan iod dan bilangan oksiran oksigen dengan grafik bar yang menunjukkan semakin tinggi nilai oksigen oksiran (tingkat epoksidasi) maka bilangan iod akan semakin menurun (Gambar 6). R 1 HC = CH R + H R 1 HC CH R H H GAMBAR 4: Reaksi hidrasi alkena oleh air dalam kondisi asam kuat Bilangan Iod Waktu Reaksi (mnt) Katalis 1,9 % Katalis 3,1 % Katalis,5 % Katalis 1,5 % Katalis 3,5 % GAMBAR 5: Grafik pengaruh penambahan H S 4 terhadap waktu reaksi dan bilangan iod pada reaksi epoksidasi metil ester PFAD

5 74 Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 7: ksigen-ksiren (%) Bilangan Iod GAMBAR 6: Hubungan bilangan iod dengan oksigen oksiran (%) Kesimpulan Reaksi epoksidasi merupakan reaksi pembentukan gugus oksiran dengan cara oksidasi ikatan rangkap yang terdapat dalam metil ester PFAD dengan menggunakan oksidasi peroksi asam asetat dan H S 4 pekat sebagai katalisator. Pada reaksi epoksidasi yang dilakukan secara in situ, H S 4 pekat selain berfungsi sebagai katalisator reaksi epoksidasi juga berfungsi sebagai katalisator pada reaksi degradasi gugus oksiran yang telah terbentuk. Penggunaan asam sulfat pekat sebesar 1,5 % (v/v) pada reaksi epoksidasi metil ester PFAD, dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar,57 % dan bilangan iod sebesar,8 dengan waktu reaksi selama 13 menit. Daftar Pustaka Ahmad, S., F. Ahmad, and S.M. sman Derivatization of keto fatty acids: V. Synthesis and characterization of 1,3 Dioxolane. JACS 61 (9): Carlson, R.D.AND S.P.Chang Chemical Epoxidation of a Natural Unsaturated Epoxy Seed il from Vernonia Galamensis and a Look at Epoxy il Market. JACS 6 (5): Fessenden, R.J dan J.S. Fessenden Kimia rganik Jilid 1. Ed. Ke 3. Erlangga. Jakarta. Gall, R.J. dan F.P.Greenspan Epoxy Compound from Unsaturated Fatty Acid Ester, Industrial and Engineering Chemistry 47 (1): Haryati, T DAN L. Buana Pengaruh Suhu dan Lama Waktu Kristalisasi. Menara Perkebunan 6 (3): Renni, Y dan Tjahyono, H Peranan H S 4 pada Reaksi Epoksidasi Metil leat Asam Lemak Sawit, Warta PPKS7 (): Sadi, S., K. Pamin and Darnoko Preparation of Butyl Epoxystearate from Palm il and Palm Fatty Acid, Paper is Presented at 1 St World Conggres and Exhibition of The International Society for Fat Research 1-6 ctober, The Hagua, Netherland. Yamamura, S.,M. Nakamura and T. Takeda Synthesis and Properties of Destructible Anionic and cationic Surfactant with a 1,3-Dioxolane Ring, JACS 66(8):