ESTER PROPILENA DIOLEAT SEBAGAI PRODUK DOMESTIK MINYAK LUMAS DASAR SINTETIK UNTUK OLI OTOMOTIF Roza Adriany Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi LEMIGAS rozaa@lemigas.esdm.go.id S A R I Ester propilena dioleat adalah minyak lumas dasar berjenis sintetik yang dapat digunakan untuk formulasi oli otomotif. Minyak lumas dasar ini mempunyai sifat yang lebih unggul dari minyak lumas dasar berbasis minyak bumi, terutama pada nilai indeks viskositas, titik nyala dan lubrisitas. Ester propilena dioleat dicoba dibangun melalui reaksi esterifikasi bertahap. Bahan bakunya adalah asam oleat yang bisa diperoleh dari reaksi hidrolisis beberapa minyak nabati. Pada proses pembuatannya, asam ini direaksikan dengan alkohol polihidrik menjadi ester polioleat melalui substrat antara. Metodologi pembentukan substrat antara ini merupakan inovasi baru dalam proses pembuatan minyak lumas sintetik berjenis ester. Karakteristik produk yang dihasilkan dapat bersaing dengan produk minyak lumas dasar berjenis ester lainnya yang beredar di pasaran. Produk yang diperoleh mempunyai nilai indeks viskositas sekitar 240, titik nyala 230 o C, titik tuang sekitar -15 o C dan ph adalah 6. Produk ester ini mudah dicampur dengan minyak mineral, sehingga mudah diformulasikan menjadi pelumas dengan target indeks viskositas diingini. Selain dari pada itu bahan baku pembuatannya adalah asam oleat yang bisa diperoleh dari reaksi hidrolisis beberapa minyak nabati yang merupakan sumber energi terbarukan dan ramah lingkungan. Bila dibandingkan dengan minyak lumas dasar sintetik yang banyak beredar di Indonesia saat ini seperti polialfaolefin (PAO) maka produk domestik Ester propilena dioleat ini juga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan PAO dimana Ester propilena dioleat dapat disintesis melalui proses esterifikasi sederhana dengan bahan-bahan utama yang mudah didapat di Indonesia sedangkan PAO selain masih diimpor dan harganya sangat mahal, juga berbasis petrokimia yang tidak terbarukan. PAO dibuat berdasarkan reaksi polimerisasi alfaolefin yang rumit, yang melibatkan proses yang memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi, sehingga ongkos produksinyapun tinggi. Tulisan ini memaparkan mengenai produk domestik Ester propilena dioleat sebagai minyak lumas dasar sintetik untuk oli otomotif dalam hal proses pembuatan, keunggulan teknologi, nilai tambah dan potensi aplikasi. Kata kunci : ester propilena dioleat, minyak lumas dasar sintetik, oli otomotif 1. PENDAHULUAN Seperti halnya bahan bakar, minyak lumas atau oli telah menjadi bagian dari industri migas yang dikategorikan sebagai hasil olahan migas (hilir). Oleh karena itu minyak lumas di Indonesia juga mempunyai nilai ekonomi dan strategi yang tinggi yang memberikan nilai tambah bagi pendapatan nasional. Ester Propilena Dioleat Sebagai Produk Domestik Minyak Lumas Dasar Sintetik...; Rosa Adriany 43
Minyak lumas pada dasarnya merupakan bahan yang mempunyai kemampuan untuk mengurangi friksi antara dua permukaan padat yang saling bergesekan satu sama lain. Pelumas modern biasanya diformulasikan dari pelumas dasar (base oil) dan aditif. Pelumas dasar bisa berasal dari minyak mineral (minyak bumi), minyak sintetik maupun minyak nabati. Bahan baku minyak lumas di Indonesia saat ini masih bertumpu pada minyak mineral yang makin lama makin berkurang dengan menurunnya produksi minyak bumi. Oleh sebab itu, suka atau tidak suka, situasi ini harus dijadikan peluang dan pemicu, terutama bagi institusi-institusi yang menggeluti riset dan pengembangan (R&D) bidang migas untuk dapat mengembangkan pelumas alternatif yang bahan bakunya bukan berbasis minyak mineral. Salah satu sumber minyak lumas dasar selain minyak bumi adalah minyak sintetik seperti poli alfa olefin ataupun jenis ester seperti diester dan poliolester. Minyak sintetik ini mempunyai sifatsifat umum yang lebih unggul dari minyak mineral, terutama pada tingginya kestabilan terhadap oksidasi serta rentang suhu operasinya yang lebih lebar. Minyak sintetik dikenal mempunyai angka indeks viskositas yang tinggi (sekitar 150 atau lebih), serta titik tuang yang rendah (bisa di bawah -40 o C). Minyak sintetik juga mempunyai angka titik nyala (flash point) yang tinggi (di atas 200 o C) serta angka penguapan yang rendah. Namun demikian ada juga sifat minyak lumas sintetik yang tidak sebaik minyak mineral, misalnya polialfaolefin (PAO) yang kandungannya didominasi oleh senyawa Hidrokarbon mempunyai daya melarutkan (solvency) yang lebih rendah daripada minyak mineral. Sifat ini mempengaruhi daya melarutkan terhadap aditif ataupun komponen-komponen yang ada dalam minyak lumas. Minyak lumas dasar sintetik yang banyak beredar di Indonesia umumnya adalah polialfaolefin (PAO). Produk sintetik ini selain masih diimpor dan harganya sangat mahal, juga berbasis petrokimia yang tidak terbarukan dan tidak ramah lingkungan. PAO dibuat berdasarkan reaksi polimerisasi alfaolefin yang rumit, yang melibatkan proses yang memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi, sehingga ongkos produksinya sangat tinggi. Bila mengacu pada negara-negara maju seperti Uni Eropa, Kanada dan Amerika, untuk mengurangi ketergantungannya pada minyak bumi, banyak ahli mereka yang kembali memanfaatkan bahan-bahan alam yang dulu pernah populer di zaman sebelum abad ke 18. Bahan-bahan alami yang menjanjikan dipakai sebagai pelumas alternatif ini adalah minyak nabati atau minyak yang berbasis tanaman yang terbarukan dan ramah lingkungan. Keunggulan minyak nabati diantaranya adalah mempunyai titik nyala dan indeks viskositas serta lubrisitas yang tergolong tinggi. Struktur molekulnya jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan molekul minyak bumi yang dikenal sangat komplek. Oleh karena itu molekul minyak nabati lebih mudah direkayasa sehingga karakteristiknya bisa dirancang. Selain beberapa faktor yang menguntungkan, ada beberapa kelemahan yang dimiliki oleh minyak lumas berbasis minyak nabati ini. Hal yang menonjol adalah terbatasnya temperatur operasional dan stabilitas oksidasinya yang rendah. Kelemahan minyak nabati sebagai bahan dasar minyak lumas ini bisa diperbaiki melalui beberapa proses seperti proses blending dan proses kimiawi. Proses blending adalah proses pencampuran antara beberapa minyak nabati yang mempunyai keunggulan masing-masing, sehingga kekurangannya bisa saling ditutupi. Sedangkan peningkatan kualitas minyak nabati melalui proses-proses kimiawi dapat dilakukan antara lain dengan proses hidrogenasi, proses epoksidasi, proses dehidrasi parsial atau proses esterifikasi dan transesterifikasi serta hidrolisis. PPPTMGB "LEMIGAS" yang sudah berkiprah selama 45 tahun dalam menekuni penelitian dan pengembangan di bidang Migas berkewajiban juga untuk mengembangkan teknologi 44 M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010
pembuatan bahan minyak lumas alternatif berbasis minyak nabati di Indonesia, mengingat krisis bahan fosil atau minyak mineral merupakan masalah nasional yang harus ditangani bersama dengan institusi-institusi lain. Minyak lumas berbahan baku minyak nabati tentunya yang mudah didapat dan mudah tumbuh di Indonesia. Dengan dikuasainya teknologi pembuatan minyak lumas berbasis minyak nabati ini maka penggunaan minyak bumi secara nasional bisa lebih dihemat. Selain itu ketergantungan pada produk impor bisa dikurangi. Penelitian dan pengembangan minyak lumas maupun aditif minyak lumas berbasis minyak nabati di PPPTMGB "LEMIGAS" telah cukup lama dilakukan oleh Prof.Riset DR.E Suhardono dan tim. Salah satu produk penelitiannya adalah minyak lumas dasar sintetik ester propilena dioleat. Ester propilena dioleat merupakan minyak lumas dasar berjenis sintetik yang dapat digunakan untuk formulasi oli otomotif. Minyak lumas dasar ini mempunyai sifat yang lebih unggul dari minyak lumas dasar berbasis minyak bumi, terutama pada nilai indeks viskositas, titik nyala dan lubrisitas. Ester propilena dioleat dicoba dibangun melalui reaksi esterifikasi bertahap. Bahan bakunya adalah asam oleat yang bisa diperoleh dari reaksi hidrolisis beberapa minyak nabati. Pada proses pembuatannya, asam ini direaksikan dengan alkohol polihidrik menjadi ester polioleat melalui substrat antara. Proses tersebut hanya memerlukan pemanasan sekitar 60 o C selama sekitar 1 jam. Metodologi pembentukan substrat antara ini merupakan inovasi baru dalam proses pembuatan minyak lumas sintetik berjenis ester. Karakteristik produknya dapat bersaing dengan produk minyak lumas dasar jenis ester lainnya yang beredar di pasaran. Produk yang diperoleh mempunyai indeks viskositas sekitar 240, titik nyala 230 o C, titik tuang sekitar -15 o C dan ph adalah 6. Produk ester ini mudah dicampur dengan minyak mineral, sehingga mudah diformulasikan menjadi pelumas dengan target indeks viskositas diingini. Keunggulan lain dari produk ester dioleat ini dibandingkan dengan PAO (minyak lumas dasar sintetik yang banyak digunakan saat ini) adalah mudah mengalami biodegradasi bila tertumpah di lingkungan perairan maupun daratan. Bila digunakan sebagai campuran bahan bakar (untuk mesin 2 langkah), kualitas emisinya tidak seburuk emisi campuran bahan bakar dengan minyak lumas mineral ataupun PAO. Produk ester yang sifatnya lebih polar ini mempunyai lubrisitas yang lebih baik serta lebih mudah melarutkan aditif daripada PAO. Dalam aplikasinya sebagai minyak lumas otomotif, penggunaan produk ester ini lebih banyak dicampur dengan minyak mineral dalam perbandingan tertentu, untuk memperoleh target indeks viskositasnya. Tulisan ini memaparkan mengenai produk domestik ester propilena dioleat sebagai minyak lumas dasar sintetik untuk oli otomotif dalam hal proses pembuatan, keunggulan teknologi, nilai tambah dan potensi aplikasi. 2. PEMBAHASAN 2.1. Pembuatan Ester Propilena Dioleat 2.1.1. Reaksi esterifikasi Reaksi esterifikasi merupakan suatu reaksi yang berlangsung antara asam karboksilat dan alkohol. Reaksi esterifikasi akan menghasilkan suatu ester asam karboksilat yaitu senyawa yang mengandung gugus -COOR dengan R dapat berbentuk alkil ataupun aril. Reaksi esterifikasi dapat dipercepat dengan penggunaan katalis asam atau katalis basa. 2.1.2. Reaksi esterifikasi yang dikatalisis oleh asam Reaksi esterifikasi yang dikatalisis oleh asam merupakan reaksi yang bersifat kesetimbangan bolak balik (reversible) dan berlangsung melalui Ester Propilena Dioleat Sebagai Produk Domestik Minyak Lumas Dasar Sintetik...; Rosa Adriany 45
serangkaian tahap protonasi dan deprotonasi. Oksigen dari gugus karbonil diprotonasi oleh katalis asam (H + ), kemudian alkohol nukleofilik menyerang karbon positif dan eliminasi air akan menghasilkan ester yang diinginkan. Oleh karena itu dikenal sebagai mekanisme adisi eliminasi. 2.1.3. Reaksi esterifikasi yang dikatalisis oleh basa Reaksi esterifikasi yang dikatalisis oleh basa merupakan reaksi yang tidak berkesetimbangan bolak balik (irreversible). Mekanisme reaksinya juga melalui mekanisme reaksi substitusi nukleofilik tetrahedral. Semakin besarnya halangan sterik dalam zat antara menyebabkan laju pembentukan ester akan semakin menurun, sehingga rendemen esterpun akan berkurang. Penurunan hasil juga disebabkan karena gugus OH pada karboksilat merupakan gugus pergi yang buruk (bad leaving group). 2.1.4. Reaksi esterifikasi melalui bentuk klorida asam Reaksi esterifikasi melalui bentuk klorida asam adalah reaksi yang digunakan dalam penelitian pembuatan ester propilena dioleat ini. Tujuannya adalah untuk meningkatkan rendemen produk ester propilena dioleat. Reaksi ini termasuk ke dalam reaksi alkoholisis klorida asam. Mekanisme reaksi alkoholisis klorida asam adalah substitusi nukleofilik tetrahedral (SN tetrahedral). Langkah awal adalah mengubah asam oleat menjadi klorida asam dengan menggunakan tiohalida sebagai katalisator. Klorida asam merupakan derivat asam karboksilat yang paling reaktif. Ion Cl - merupakan gugus pergi yang sangat baik, terikat pada karbon positif dari karbonil. Ion ini lebih mudah ditukar gantikan daripada bila terikat pada karbon alkil. Mekanisme reaksi yang terjadi antara asam oleat dan tiohalida merupakan mekanisme reaksi Substitusi Nukleofilik Internal dimana nukleofil yang menyerang substrat merupakan leaving group dari substrat itu sendiri. 2.1.5. Proses pembuatan ester propilena dioleat Proses pembuatan Ester propilena dioleat ini dimulai dengan mengubah asam Oleat menjadi Klorida asam, dengan mereaksikan asam Oleat dan Tiohalida. Reaksi ini dilakukan dengan menambahkan Tiohalida ke dalam asam oleat, kemudian dipanaskan dalam water bath pada suhu sekitar 60 o C selama 1 jam. Selama reaksi berlangsung diberi aliran gas Nitrogen dengan tujuan agar reaksi berlangsung di bawah kondisi udara yang inert dan kering. Gas Nitrogen juga diperlukan untuk mengusir gas-gas asam yang terbentuk sebagai produk samping dari reaksi. Klorida asam yang telah terbentuk kemudian ditambah dengan Propilen glikol dan diaduk selama 30 menit hingga membentuk Ester propilena dioleat. Ester yang telah terbentuk ini kemudian diekstraksi dengan akuades sampai ester bersih dari HCl (sebagai produk samping reaksi). Setelah ester bersih dari HCl selanjutnya dipisahkan fasa organik dan fasa airnya. Pada reaksi ini dihasilkan Ester propilena dioleat dengan rendemen 85 %. Produk yang diperoleh mempunyai nilai indeks viskositas sekitar 240, titik nyala 230 o C, titik tuang sekitar -15 o C dan ph adalah 6. 2.2. Keunggulan Teknologi Inovasi Proses Pembuatan Ester Propilena Dioleat Tidak seperti PAO yang teknologinya sangat rumit dengan ongkos produksi yang tinggi, produk Ester propilena dioleat ini diproduksi dengan teknologi esterifikasi yang sederhana dengan bahan-bahan yang mudah didapat di Indonesia, sehingga ongkos produksinya lebih murah. Proses esterifikasi yang melibatkan tiohalida sebagai katalisatornya, merupakan inovasi baru dalam proses pembentukan ester dioleat. Teknologi esterifikasi ini hanya memerlukan suhu 60 o C selama sekitar 1 jam, dengan rendemen hasil yang cukup tinggi (85%). 46 M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010
Teknologi ini juga lebih unggul bila dibandingkan dengan proses esterifikasi konvensional yang menggunakan asam atau basa sebagai katalisatornya, dimana memerlukan suhu sekitar 200 o C, dengan rendemen hasil yang rendah. 2.3. Nilai Tambah Produk inovasi Ester propilena dioleat ini mempunyai nilai tambah yang cukup signifikan bila dibandingkan dengan Polialfaolefin yang saat ini banyak digunakan dalam minyak lumas otomotif di Indonesia. Dari teknologi pembuatannya, proses esterifikasinya sederhana hanya memerlukan pemanasan yang rendah, serta tekanan atmosfer. Bahan bakunya mudah didapat di Indonesia, bahkan asam oleatnya bisa dibuat sendiri via hidrolisis minyak nabati. Dengan demikian perkiraan harganya juga akan lebih murah dibandingkan PAO yang belum bisa dibuat di Indonesia. Dalam industri minyak lumas, salah satu kendala penggunaan PAO adalah sulitnya melarutkan aditif dalam minyak sintetik tersebut. Sedangkan kompatibilitas produk ester ini terhadap minyak lumas dasar berbasis minyak mineral dan aditif sangat tinggi. Sehingga produk Ester propilena dioleat ini mudah dicampur baik dengan minyak mineral ataupun aditif, dengan demikian mudah diformulasikan menjadi minyak lumas siap pakai dengan target indeks viskositas yang diingini. Produk ester dioleat ini juga dikenal sebagai minyak lumas dasar sintetik yang ramah lingkungan, sedangkan PAO tidak. 2.4. Potensi Aplikasi Produk ester propilena dioleat sebagai minyak lumas dasar sintetik ini potensi aplikasinya cukup luas. Selain untuk mesin otomotif, dapat juga dipakai untuk minyak lumas mesin industri. Karena sifatnya yang mudah mengalami biodegradasi, ester dioleat ini bisa digunakan untuk minyak lumas dan campuran gemuk lumas mesin-mesin kapal, minyak lumas pengerjaan logam (metal working) seperti rolling oil yang dalam pemakaiannya memungkinkan tercecer di lingkungan sekitarnya. 3. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil adalah : 1) Proses pembuatan Ester propilena dioleat ini dapat dikatakan merupakan inovasi baru dalam mendapatkan minyak lumas dasar sintetik berjenis ester, di mana bila dibandingkan dengan teknologi esterifikasi konvensional dengan menggunakan katalis asam atau basa maka proses pembuatan Ester propilena dioleat menggunakan bahan katalis tiohalida ini mempunyai rendemen hasil yang jauh lebih besar yaitu 85 %. 2) Keunggulan teknologi pembuatan Ester propilena dioleat dibandingkan dengan pembuatan minyak lumas sintetik seperti Polialfaolefin (PAO) adalah prosesnya lebih sederhana dengan bahan-bahan yang mudah didapat di Indonesia, sehingga ongkos produksinya diperkirakan akan lebih murah, sedangkan PAO dibuat berdasarkan reaksi polimerisasi alfaolefin yang rumit, yang melibatkan proses yang memerlukan tekanan dan suhu yang tinggi, sehingga ongkos produksinya sangat tinggi. 3) Produk Ester propilena dioleat ini akan memberikan nilai tambah yang cukup signifikan dalam hal biaya produksi bila dibandingkan dengan Polialfaolefin yang saat ini banyak digunakan sebagai minyak lumas dasar sintetik dalam minyak lumas otomotif di Indonesia. 4) Potensi aplikasinya cukup luas, selain untuk mesin otomotif, dapat juga dipakai untuk minyak lumas mesin industri. DAFTAR PUSTAKA Dini Restiani, SSi., 2004, Sintesis Ester Dioleat dari Asam Oleat dan Propilena Glikol Sebagai Bahan Dasar Minyak Lumas Melalui Pembentukan Klorida Asam Sebagai Substrat Intermediet. Skripsi S1 FMIPA, Universitas Indonesia Fessenden, R.J., and J.S. Fessenden, 1999, Kimia Organik, Jilid II, alih bahasa A.H. Pudjaatmaka, edisi III, Erlangga, Jakarta. Ester Propilena Dioleat Sebagai Produk Domestik Minyak Lumas Dasar Sintetik...; Rosa Adriany 47
Kirk, R.E, and D.E, Othmer, 1995, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.15, The Interscience Encyclopedia Inc., New York. Suhardono, Prof. Riset, DR., 2008, Biopelumas Sebagai Pelumas Alternatif Serta Pengembangannya di Indonesia, Orasi Pengukuhan Profesor Riset Bidang Kimia Industri, PPPTMGB "LEMIGAS" 48 M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010