OPTIMASI RASIO PALM FATTY ACID DESTILATE ( PFAD ) DAN SABUN LOGAM PADA PEMBUATAN PELUMAS PADAT (GREASE ) BIODEGRADABLE 1*
2
Sukmawati, Tri Hadi Jatmiko
12
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Medan Jl. Gedung Arca No. 52 Medan. Telp.(061)7363771, *Email:
[email protected]
Abstrak Palm Fatty Acid Destilate (PFAD) mempunyai potensi yang cukup tinggi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuat produk-produk oleokimia salah satunya pelumas padat. Hal ini disebabkan oleh komposisi asam lemak yang terdapat dalam PFAD tidak jauh berbeda dengan komposisi asam lemak yang terdapat dalam minyak sawit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui formulasi pelumas padat berbasiskan minyak sawit yang memiliki karakteristik mendekati pelumas padat komersial dan mengetahui kualitas dan kuantitas dari pelumas padat yang dihasilkan. Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah PFAD, NaOH, gliserol, fenol, stearat, dan pelumas padat komersial sebagai pembanding. Alat yang digunakan adalah hot plate, beaker glass, buret, erlenmeyer, neraca analitik, gelas ukur, dan stirer. Cara kerja penelitian yaitu membuat sabun logam dengan mencampurkan PFAD dan NaOH, kemudian membuat pelumas padat dengan mencampurkan sabun logam dengan PFAD dengan perbandingan komposisi yang telah ditentukan. Hasil yang diperoleh dari penelitian yaitu pelumas padat yang mempunyai spesifikasi karakteristik dan parameter unjuk kerja pelumas padat untuk tingkat mutu NLGI GA, SNI 06-7069-8-2005 yang menggunakan sabun logam dan PFAD ( base oil ) pada perbandingan komposisi 95% : 5% dengan 0 densitas 0,8513 gr/ ml, penetrasi 235 ( 25 C ), titik leleh (dropping point) 118 0 C dan NLGI No.3. Kata Kunci : Palm Fatty Acid Destilate (PFAD), pelumas padat (grease), minyak sawit, petroleum base oil.
Pendahuluan Pelumas merupakan fluida yang berfungsi untuk melindungi beberapa komponen mesin yang bekerja, sehingga pelumas tersebut dapat memberikan efek positif bagi alat dan mesin, yaitu dapat mencegah keausan akibat gesekan antara komponen yang satu dengan komponen lainnya. Selain itu pelumas juga dapat meminimalisasi biaya perawatan dan perbaikan alat dan mesin. Peningkatan pembangunan di sektor industri dan transportasi dewasa ini meningkatkan penggunaan pelumas secara signifikan. Ini berarti dibutuhkan pelumasan dalam jumlah yang cukup banyak untuk memenuhi kebutuhan konsumsi di sektor industri dan transportasi. Umumnya pelumas yang banyak dijumpai di pasaran dibuat dari minyak bumi atau petroleum base oil. Dengan makin menipisnya cadangan minyak bumi maka makin sedikit pula bahan baku dasar pembuatan minyak pelumas yang dapat mencukupi kebutuhan di Indonesia. Hal ini diprediksi dapat mengakibatkan kelangkaan pelumas dipasaran atau makin mahalnya minyak pelumas akibat impor dari luar negeri. Kondisi ini tentunya memberikan inspirasi bagi beberapa negara termasuk Indonesia untuk terus meningkatkan upaya dalam mencari bahan baku alternatif yang dapat 319
mensubstitusi minyak bumi. Minyak nabati adalah salah satu bahan baku yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan pelumas alternatif untuk mesin. Senyawa –senyawa turunan minyak sawit, khususnya gliserol dan asam oleat memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai bahan baku pembuat pelumas sintetik [1]. Selain itu, minyak pelumas juga dapat disintesis dari ester asam lemak yang berasal dari minyak nabati. Umumnya minyak pelumas tersebut disintesis dari ester asam lemak dengan rantai karbon pada kisaran diatas, sehingga mempunyai peluang untuk dikembangkan sebagai bahan baku minyak pelumas [2]. Minyak sawit mengandung komponen yang dapat tersabunkan dan tidak tersabunkan. Kandungan bahan tidak tersabunkan sangat kecil yakni 2 . Pemanfaatan minyak sawit dalam pembuatan pelumas padat adalah sebagai bahan pengganti pada komponen base oil dan bahan pengental. Jenis minyak sawit yang digunakan adalah PFAD. PFAD adalah hasil samping dari proses pemurnian minyak sawit mentah. Sampai saat ini pemanfaatan PFAD masih sangat terbatas, yaitu digunakan sebagai bahan baku pembuatan sabun berkualitas rendah [3]. Karakteristik PFAD dipengaruhi oleh tiga parameter dasar yaitu titik didih, panas spesifik, dan panas laten dari asam lemak [4] seperti diperlihatkan pada tabel 1. Tabel . Karakteristik PFAD Parameter Asam lemak bebas (sebagai C16:0 Kadar air ( berat) Bahan tidak tersabunkan ( berat) Bilangan penyabunan
Rata-rata berat)
83,3 0,08 2,5 198
Pelumas padat yang diproduksi dari bahan baku yang sintetis memiliki harga yang lebih murah, namun dengan adanya dampak negatif dan penggunaan produk-produk berbahan baku petrokimia terhadap kesehatan makhluk hidup dan juga terhadap lingkungan, maka disarankan agar lebih baik menggunakan produk-produk yang terbuat dari bahan-bahan alami, seperti minyak nabati dan minyak hewani. Pelumas padat adalah padatan atau semi padatan campuran pelumas dengan bahan pengental yang berfungsi mengurangi gesekan atau keausan antara dua bidang atau permukaan yang saling bersinggungan atau bergesekan [5]. Pelumas padat juga berfungsi sebagai media pembawa panas keluar, serta untuk mencegah karat pada bagian mesin. Sifat-sifat pelumas padat yang baik adalah mengurangi gesekan, mencegah korosi, sebagai penyekat dari kotoran atau air, mencegah kebocoran, konsistensi dan struktur tidak berubah, tidak mengeras pada suhu rendah, sifat yang sesuai dengan penyekat elastomer, dan mempunyai toleransi pencemar pada tingkat tertentu [6]. Berdasarkan pemakaiannya, pelumas padat dibagi atas pelumas padat untuk industri otomotif, sistem transportasi, dan industri non otomotif, seperti pangan ddan pertanian. Pemakaian pelumas padat untuk masing-masing tujuan ini dibedakan oleh sifat dan karakteristik pelumas padat. Untuk tujuan industri pangan, karakteristik pelumas padat yang digunakan lebih khusus dibanding dengan karakteristik pelumas 320
padat yang digunakan pada industri otomotif. Industri pangan mempunyai persyaratan tambahan, yaitu aspek keamanan [5].
Metode Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dilaboratorium Penelitian Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Medan Jl. Gedung Arca No. 52 Medan. Analisa produk dilakukan di Balai Besar Bahan Dan Barang Teknik ( B4T ) Bandung- Jawa Barat. Teknik Sampling Sampel PFAD yang digunakan pada penelitian ini diambil dari PT. SOCI MAS Kawasan Industri Medan- Belawan (KIM- Belawan ) dengan kadar Free Fatty Acid ( FFA ) sebesar 83 %. Teknik Pengumpulan Data Data penelitian yang akan diambil adalah penentuan kandungan basa bebas pada sabun logam dan bahan tidak tersabunkan. Sedangkan untuk pelumas padat data yang diperoleh adalah uji densitas, penetrasi, korosi dan titik leleh. Tahap Rancangan Penelitian Variabel dan Kondisi Proses Bahan – bahan , variabel proses, dan analisa yang digunakan antara lain : a. Bahan baku yang digunakan : PFAD b. Basa yang digunakan : NaOH c. Variabel Proses 1. Variabel Tetap Temperatur : 120 0C Waktu : 4 jam Kecepatan pengadukan : 650 rpm Volume zat aditif : 15 ml Stearat : 5 ml Gliserin : 5 ml Fenol : 5 ml 2. Variabel Bebas Variasi rasio PFAD : Sabun Logam (5 : 95 ; 15 : 85 ; 25 : 75 ; 35 : 65 ; dan 45 : 55 ) % berat d. Analisa yang dilakukan terhadap sabun logam dan pelumas padat yang dihasilkan : 1. Sabun Logam Penentuan kandungan basa bebas. Bahan tidak tersabunkan. 2. Pelumas padat Densitas Penetrasi Titik leleh Kor Tahap Pelaksanaan penelitian a. Pembuatan Sabun Logam 1. Menyiapkan alat dan bahan pembuat sabun logam 2. Memanaskan PFAD sebanyak 100 gr hingga mencair 321
3. Mengaduk secara kontinu dengan kecepatan 650 rpm selama 30 menit 4. Menambahkan larutan NaOH 4 N sedikit demi sedikit sambil terus diaduk sesuai dengan variasi pembuatan sabun logam. b. Pembuatan Pelumas Padat 1. Memasukan PFAD kedalam reaktor kemudian memanaskan hingga mencair 2. Menambahkan sabun logam sebagai bahan pengental sesuai 3. dengan variasi yang telah ditentukan. 4. Mengaduk dengan kecepatan pengadukan 650 rpm, temperatur 120 0C dan waktu pengadukan selama 240 menit. 5. Memperoleh pelumas padat dan menganalisa pelumas padat 6. Menganalisa pelumas padat dengan parameter analisa yaitu: Densitas Penetrasi ( ASTM D217 ) Titik Leleh (ASTM D566) Korosi (ASTM D130 )
Hasil dan Pembahasan Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya diperoleh jumlah basa (%), yang sesuai dengan standar mutu yang ditetapkan oleh DEPERINDAG sesuai SNI 06-2048-1990 tentang standar mutu sabun logam, jumlah basa yang paling baik adalah 16,6%. Dimana bilangan basa bebasnya adalah 0,02% atau sedikit diatas kadar netral (titik 0) dan bilangan bahan tidak tersabunkan adalah 0,56%. Fokus dari pembuatan pelumas yang dilakukan pada penelitian ini adalah mendapatkan formula pelumas padat berbasiskan minyak sawit yang mendekati karakteristik pelumas padat komersial. Pada kegiatan ini, bahan baku yang digunakan dalam pembuatan pelumas padat adalah PFAD. Sabun logam yang digunakan dalam formulasi pelumas padat diperoleh dengan proses safonifikasi menggunakan jumlah basa NaOH 16,6 % dengan bahan baku PFAD. Bahan baku yang terdiri dari 2 jenis base oil dan sabun logam NaOH tersebut setelah di-blending secara fisik kemudian dianalisis karakteristiknya masing-masing dengan menggunakan metode ASTM D-217 untuk penetrasi, ASTM D-130 untuk korosi,dan ASTM D-566 untuk titik leleh yang dilakukan di Laboratorium Balai Besar Bahan dan Barang Teknik (B4T) Bandung-Jawa Barat. Pengujian densitas dilakukan di Laboratorium Penelitian Jurusan Teknik Kimia ITM-Medan. Densitas Gambar 1 grafik hubungan komposisi ( sabun logam : bahan baku ) terhadap densitas, menunjukkan kenaikan densitas. Dimana pada komposisi 1 ( satu ) ( 95 % : 5 % ) diperoleh densitas sebesar 0,8513, komposisi 2 ( dua ) ( 85 % : 15 % ) diperoleh densitas sebesar 0,8515, komposisi 3 ( tiga ) ( 75 % : 25 % ) diperoleh densitas sebesar 0,8524, komposisi 4 ( empat ) ( 65 % : 35 % ) diperoleh densitas sebesar 0,8687 , dan komposisi 5 ( lima ) ( 55 % : 45 % ) diperoleh densitas sebesar 0,8769. Hal ini disebabkan karena semakin menurunnya komposisi sabun logam dan meningkatnya komposisi PFAD mengakibatkan kenaikan terhadap densitas pelumas. Kondisi ini sesuai dengan teori dimana densitas dari pelumas padat komersial yaitu 0,082 gr/ ml. Dari hasil pengujian yang dilakukan, dapat dikatakan bahwa antara pelumas padat berbasiskan minyak sawit yang telah diformulasikan dengan pelumas padat komersial sebagai pembanding memiliki densitas yang relatif sama yaitu berkisar
322
antara 0,86 – 0,87 gr/ml, sedangkan pelumas padat komersial memiliki densitas sebesar 0,82 gr/ml.
Gambar 1 Grafik Hubungan Komposisi ( % ) vs Densitas ( gr/ ml ) Keterangan : Komposisi, % = Sabun Logam : PFAD Komposisi 1 = 95 % : 5 % Komposisi 2 = 85 % : 15 % Komposisi 3 = 75 % : 25 % Komposisi 4 = 65 % : 35 % Komposisi 5 = 55 % : 45 %
Penetrasi Gambar 2 grafik hubungan komposisi ( sabun logam : bahan baku ) terhadap nilai penetrasi, menunjukkan penurunan penetrasi. Dimana pada komposisi 1 ( satu ) ( 95 % : 5 % ) diperoleh penetrasi sebesar 235, komposisi 2 ( dua ) ( 85 % : 15 % ) diperoleh penetrasi sebesar 210, komposisi 3 ( tiga ) ( 75 % : 25 % ) diperoleh penetrasi sebesar 175, komposisi 4 ( empat ) ( 65 % : 35 % ) diperoleh penetrasi sebesar 162, dan komposisi 5 ( lima ) ( 55 % : 45 % ) diperoleh penetrasi sebesar 135. Hal ini disebabkan karena disebabkan karena semakin menurunnya komposisi sabun logam dan meningkatnya komposisi PFAD mengakibatkan penurunan terhadap nilai penetrasi pelumas. Kondisi ini sesuai dengan tingkat kekerasan pelumas padat menurut NLGI. Dimana pada komposisi 1, dengan nilai penetrasi 235 termasuk kedalam NLGI 3, komposisi 2 dengan nilai penetrasi 210 termasuk kedalam NLGI 4, komposisi 3 dengan nilai penetrasi 175 termasuk kedalam NLGI 4, komposisi 4, dengan nilai penetrasi 162 termasuk kedalam NLGI 5, komposisi 5 dengan nilai penetrasi 135 termasuk kedalam NLGI 5.
Gambar 2 Grafik Hubungan Komposisi ( % ) vs Penetrasi ( 25 0C )
323
Titik leleh (dropping point) Pelumas Padat Gambar 3 grafik hubungan komposisi ( sabun logam : bahan baku ) terhadap titik leleh, menunjukkan penurunan titik leleh . Dimana pada komposisi 1 ( satu ) ( 95 % : 5 % ) diperoleh titik leleh sebesar 118 0C, komposisi 2 ( dua ) ( 85 % : 15 % ) diperoleh titik leleh sebesar 116 0C, komposisi 3 ( tiga ) ( 75 % : 25 % ) diperoleh titik leleh sebesar 112 0C, komposisi 4 ( empat ) ( 65 % : 35 % ) diperoleh titik leleh sebesar 108 0C, dan komposisi 5 ( lima ) ( 55 % : 45 % ) diperoleh titik leleh sebesar 105 0C. Hal ini disebabkan karena semakin menurunnya komposisi sabun logam dan meningkatnya komposisi PFAD mengakibatkan penurunan terhadap titik leleh. Kondisi tersebut sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa batas minimum titik leleh yang diizinkan untuk pelumas padat yaitu 80 0C, dimana semakin tinggi titik leleh yang dimiliki oleh suatu pelumas padat maka semakin baik ketahanannya dalam mempertahankan kondisi fisik pelumas padat, sehingga pelumas padat yang mempunyai titik leleh tinggi tidak akan cepat mencair dan umur pemakaian meningkat. Hasil ini sesuai dengan spesifikasi karakteristik dan parameter unjuk kerja pelumas padat untuk tingkat mutu NLGI GA, SNI 06- 7069- 8- 2005.
Gambar 3 Grafik Hubungan Komposisi ( % ) vs Titik Leleh ( 0C ) Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. PFAD dapat digunakan sebagai bahan baku pelumas padat berbasiskan minyak sawit yang ramah lingkungan dan memiliki karakteristik pelumas padat komersial. 2. Variasi komposisi sabun logam dan PFAD ( base oil ) pada pembuatan pelumas padat mempengaruhi densitas, penetrasi dan titik leleh. 3. Densitas dari pelumas padat yang dihasilkan mendekati pelumas padat komersial adalah 0,8513 gr/ ml pada komposisi 95 % : 5 %. 4. Pentrasi dari pelumas padat yang dihasilkan mendekati pelumas padat komersial adalah 235 ( 25 0C )pada komposisi 95 % : 5 %. 5. Titik leleh dari pelumas padat yang dihasilkan mendekati pelumas padat komersial adalah 118 0C pada komposisi 95 % : 5 %. 6. NLGI dari pelumas padat yang dihasilkan mendekati pelumas padat komersial adalah NLGI 3.
324
Referensi [1]
Anonimous, 1998, Klasifikasi Grease, dalam situs www. NLGI Classification System. html.
[2]
Herawan, T, Yuliasari, R, G, Purboyo, Handaka, 2004, Studi Pendahuluan Pemanfaatan Asam Lemak Sawit Destilat Sebagai Bahan Baku Minyak Dasar Pelumas, Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan.
[3]
Darnoko, Siahaan, D.N. Eka, Elishabeth, J, 2003, Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit dan Produk Turunannya, Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan.
[4]
Bernandini, E, 1985, Oilseeds, Oils and Fats Volume II Oils and Fats Processing B.E. Oil, Publishing House Via L. Lilio, 19, Roma.
[5]
Hartono, Anton, J, 1991, Lekuk-Liuk-Liuk Pelumas, Penerbit Andi Offset, Yogyakarta.
[6]
Nadasdi, Tim, T, Dr, 2002, Lubricating Grease Fundamentals, dalam advanced Technical Workshop 17 April 2002 Exxon Mobil Research and Enggineering, Lhokseumawe.
325
