Upload
nukiadela
View
136
Download
40
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Teknologi Surfaktan
Citation preview
Oleh : Oleh : Hendrix Yulis Setyawan, STP. Hendrix Yulis Setyawan, STP.
MsiMsi
Jurusan Teknologi Industri PertanianJurusan Teknologi Industri Pertanian
Fakultas Teknologi PertanianFakultas Teknologi Pertanian
Universitas BrawijayaUniversitas Brawijaya
Malang 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 Kimia
Anionik :
- 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 Kimia
Nonionik :
- 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 Kimia
Linear, 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
l
Perfluoroalkyl 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/w
11 - 14 Bahan pembasahan (wetting agent)
12 - 15 Detergent
16 - 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
Air
Surfaktan
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
nil
ai
tam
ba
h (
%)
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
Bahan Baku
Seleksi bahanbaku potensia l
Se leksi bahanbaku potensia l
Se leksi bahanbaku potensia l
Sum ber Pati &G ula
Sum berEm ulsifie r
M inyak/Lem akN abati
Tekno logiSp litting
TeknologiIsolasi/Ekstraksi
TeknologiSplitting
Tekno logiEsterifikasi
Tekno logiPem urn ian
Tekno logiSu lfa tasi
Tekno logiAm idasi
TeknologiTransesterifikasi
Kondisi ProsesKonversi
Pengem banganProses
Kondisi P rosesKonversi
* Suhu Reaksi * S istem Reaksi* Rasio m ol reaktan * Pem urnian* Agitasi * Form ulasi
PenggandaanSkala P roduksi
S tud iKe layakan
R ancangBangun
Tekno logiSu lfonasi
Tekno logiEpoksidasi
Tekno logiSukro lis is
Pem bangunanKonstruksi Pabrik
SurfaktanAm foterik
SurfaktanN onion ik
SurfaktanAnion ik
SurfaktanKation ik
IndustriSurfaktan
IndustriC leansing &
W ashingProduct
IndustriKosm etika &
Personal CareProducts
IndustriBahan
Peledak
IndustriPerm inyakan
IndustriPangan
IndustriFarm asi
IndustriO bat-obatan
PertanianPertam bangan
Konstruksidan
PekerjaanS ip il La innya
R & D
Teknologi
Produk
Market
Diagram Oleokimia Dasar dan Turunannya
M inyakdan
Lemak
G lisero lG liserida parsia l
T riasetin
Ester asam lemak
Alkyl epoxy ester
Asam lemak ehoxyla te
Conjugated fa tty acid
Asam lemak jenuh
Alkohol G uerbet
A lkyl klorida
Fatty a lkoho l e thoxyla te
Fatty a lkohol su lfa t
Ester
-su lfo fa tty 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(fatty acid)
E ste rifik as i
E s te rifik as i
E pok s idas i
E thoxylas i
K on jugas i
H arden ing
M etil esterasam lemakT ranses te rifik as i
Fattya lkohol
R eak s i G uerbe t
K lo rinas i
E thoxylas i
S u lfa tas i
E s te rifik 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 lkohol a lkoxyla te
Fatty a lkohol e ter su lfa t
Fatty a lkohol e ter 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 SAWIT
KELAPA SAW IT
DaunTangkaiBunga Bunga
BuahBatang Akar
BahanKerajinan
Tokoferol
N utrienO rganik
Lipid
Isoenzim
Pulp
N ira
G ulaM erahAnggurSaw it
V itam in Bkom plek
C ukaKelapa
Estragol D agingBuah
B ij i/Inti Kelapa Saw it(PK)
C angkangSaw it D aging Buah
TandanKosong
Lim bahPadat
Lim bahcair
A rang
Pulp
PastaPati
Lignin
S ilose
S ilitol
Tam bang/Tali
Bahan Kerajinan
Kayu KelapaSaw it
Minyak Kelapa Saw itKasar (CPO)
Lum pur Kelapa Saw it
G asbio
Aseton-Butanol-E tanol
Pelet
BahanBangunan
M etan
Bungk il
M akananAyam
M akan TernakR um inans ia
M ediaPertum buhan
Enzim Eks traSekunder
Pakan D om ba
Pelet Karbon
Selulosa
Absorber
Polipot TKS(Pot Tanam an)
B iogas
A lkohol
M etan
M ediaPengem bangbiakan
C ac ingM edia
Pertum buhankapang
Pulp
Lignin
Abu Janjang
Surfak tan
C am puran Pupuk
Pangan N onPangan
M inyakSaw it (C PO )
Selulosa
M ediaPertum buhan
Kapang
M akananternak
Bahan Vernis ,M inyakR engas
BahanBakar
Karbon Ak tif
Polib len
Lignin
Surfak tan
G lukosa
TepungTem purung
Arang
Karbon Ak tif
B riket A rang
Testa
Bungk il IntiSaw it
Tepung IntiSaw it
Minyak IntiSaw it (PKO)
Kue-kue IntiSaw it
M onoG liserida
D igliseridaR ansumTernak
S ilitol
S ilose
AsamAm ino
Es k rim M inyakG oreng
KarotenAsamLem ak
Trigliserida,D igliserida,
M onogliserida
Protein SelTunggal
V itam in A Stearin O leinLipase Soap s tock
M argarine M inyakSalad
M etalicsoap
Fattyalkohol
PolyethoxylatedD erivates
AsamO rganik
SabunEster D ibas ic
Ac idFatty
am inesFatty Ac ide
Am idesFatty A lkohol
M argarineC ocoa Butter
Subs titute ShorteningVegetables
G hee
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) 29,1
Lauryl alcoohol ethoxylate (9 EO) 32,2
Tall oil fatty acid ethoxylate (10 EO) 33,5
Tridecyl alcohol ethoxylate (8-9 EO) 27,5
Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate 25,5
Trisiloxane ethoxylate (8 EO), CH3-terminated 21,0
Tabel. Minimum nilai tegangan permukaan larutan beberapa jenis surfaktan
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Surfaktan Fungsi Utama
Dodecylbenzene sulfonate Wetting
Dioctylsulfosuccinate Wetting
Sodium alkylnaphthalene sulfonate Wetting
Naphthalenesulfonate-formaldehyde condensate Dispersing
Ethoxylated tristyrylphenol sulfate Dispersing
Sodium lignosulfonate Dispersing
Tabel. Surfaktan pada produk berbentuk bubuk (wettable powder)
Surfaktan Fungsi Utama
Sodium dodecylbenzene sulfonate Wetting
Dibutyl and di-isopropyl naphthalene sufonate Wetting
Dioctyl or dinonylphenolsulfosuccinate Wettaing
N-methyl oleyl taurate Wetting and Dispersing
Naphthalene sulfonate-formaldehyde condensate Dispersing
Lignosulfonate Dispersing
Dodecyldiphenylether disulfonate Dispersing
Ethoxylated (6-12 EO) nonylphenol phosphate ester Wetting and Dispersing
Ethoxylated (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 Digunakan
Styrene, butadiene Dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl ether disulfonate
Vinyl chloride Partially hydrogenated fatty acid soap, sodium lauryl sulfate
Styrene/butadiene Fatty acid soap, dodecylbenzene sulfonate, dodecyldiphenyl ether disulfonate, polyoxyethylenated (9-14 EO) octylphenol
Methyl 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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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)
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Surfaktan HLB Cloud point, oC (0,5-1,5%
NaOH)
Draves wetting,sec,
40oC (1% NaOH)
Octylphenol ethoxylate (9 EO) 13,0 54 - 56 9
Octylphenol ethoxylate (11 EO) 13,5 68 - 72 12
Octylphenol ethoxylate (9 EO) 13,0 60 - 63 8
Lauryl alcohol ethoxylate (7 EO) 12,0 48 - 50 18
Linear (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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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 Karakteristik
Lignosulfonate Dispersing
Sodium butyl or isopropyl naphthalene sulfonate Wetting
Sodium naphthalene sulfonic acid-formaldehyde condensate
Dispersing
Sodium alkyl (branched C8-C10) sulfate Wetting dan dispersing
Sodium alkyl (C6-C10) ethoxy (2-4) sulfate Foaming and air entrainment
Rosin acid soap Foaming and air entrainment
Tabel. Surfaktan yang digunakan untuk beton
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
Surfaktan Keterangan
R N+(CH3)2O- R = C16 - C18
R = C15 CO NH CH2CH2- hingga C7 CO NH CH2CH2
-
m = 9 - 15, n = 2
m = 8 - 10, n = 3
x = 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 Kationik
RCONHCH2CH2NH3 +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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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 - 16
12 - 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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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.
Fluorosurfaktan
C6-10F13-21CH2CH(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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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) sulfate
Surfaktan 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
Sumber : Rosen and Dahanayake (2000).
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