Jurnal Teknologi Proses Media Publikasi Karya Ilmiah Teknik Kimia
6(1) Januari 2007: 70 – 74 ISSN 1412-7814
Pengaruh Katalis H2SO4 pada Reaksi Epoksidasi Metil Ester PFAD (Palm Fatty Acid Distillate) Mersi Suriani Sinaga Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan 20155 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 50 %. Epoksidasi menggunakan H2O2 30 % untuk membentuk asam peroksi, n-hexan, asam asetat glasial, dan H2SO4 yang digunakan sebagai katalis 1,5 % (v/v) untuk mencapai kondisi optimum pada 130 menit dengan bilangan oksiran oksigen sebesar 2,57 % dan bilangan iod 0,28. 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 2 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
Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 70 – 74
71
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.
memerlukan waktu yang lebih cepat untuk memperoleh oksiran oksigen tertinggi. Pada Gambar 2 memperlihatkan bahwa reaksi epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H2SO4 sebanyak 1,5 % (v/v) dapat mencapai oksiran oksigen tertinggi sebesar 2,57 % selama 130 menit. Sedangkan epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H2SO4 sebanyak 1,9 % (v/v) dapat mencapai oksiran oksigen maksimum sebesar 2,46 % selama 148 menit waktu reaksi.
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.
Epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H2SO4 sebanyak 2,5 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar 2,36 % selama 130 menit reaksi, epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H2SO4 sebesar 3,1 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar 2,39 % selama 148 menit waktu reaksi dan epoksidasi metil ester PFAD dengan menggunakan H2SO4 sebesar 3,5 % (v/v) dapat menghasilkan oksiran oksigen maksimum sebesar 2,33 % selama 130 menit waktu reaksi.
Bahan dan Metode Bahan baku yang digunakan adalah metil ester PFAD yang telah dipreparasi yang mengandung asam lemak tak jenuh sebesar 50 %. Prosedur preparasi yang digunakan adalah preparasi yang dilakukan Haryati dan Buana (1992). Metanol yang digunakan adalah metanol teknis (99,5 %), H2O2 (30 %) 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 H2SO4 dimodifikasi dengan cara memvariasikan jumlah asam sulfat pekat yang ditambahkan yaitu 1,5 % (v/v), 1,9 % (v/v), 2,5 % (v/v), 3,1 % (v/v) dan 3,5 % (v/v). Parameter yang diamati adalah perubahan oksigen oksiran (AOCS Cd 9-57) dan bilangan iod (AOCS 125) selama waktu reaksi. Hasil dan Pembahasan Pengaruh H2SO4 pekat terhadap oksiran oksigen Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi epoksidasi dengan penambahan H2SO4 pekat
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa semakin banyak H2SO4 yang ditambahkan, reaksi epoksidasi semakin cepat berlangsung, tetapi oksiran oksigen yang diperoleh semakin rendah. Hal ini disebabkan oleh penambahan H2SO4 pekat yang semakin banyak dapat mempercepat terjadinya degradasi gugus oksiran. H2SO4 pekat selain mempunyai kemampuan sebagai katalis juga mempunyai kemampuan mendegradasi gugus oksiran cukup tinggi, yaitu sebesar 1% per jam pada suhu 250C dan 100% per 1-4 jam pada suhu 651000C. 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 H2SO4 mampu melakukan reaksi samping yaitu reaksi asetolisis (Gambar 3).
Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 70 – 74
72
A. R1 – HC – CH – R2 + H2O
H+
R1 – CH – CH – R2
O
OH OH
B. R1 – HC – CH – R2 + H2O
H+
R1 – CH – CH2 – R2
O
O
GAMBAR 1: Reaksi hidroksilasi (A) dan reaksi pembentukan senyawa keton (B) pada reaksi epoksidasi dengan menggunakan H2SO4
oksiran oksigen (%)
3 2.5 katalis 1,9 %
2
Katalis 3,1 % Katalis 2,5 % Katalis 1,5 %
1.5 1
Katalis 3,5 %
0.5 0 80
90
100 110 120 130 140 150 160 170 Waktu reaksi (mnt)
GAMBAR 2: Pengaruh penambahan katalis H2SO4 pekat terhadap waktu reaksi dan oksiran oksigen selama reaksi epoksidasi metil ester PFAD
H+ (1) R1 – HC – CH – R2 + CH3COOH
R1 – CH – CH – R2
O H+ (2) R1 – HC – CH – R2 + CH3COOH
OH COOCH3 R1 – CH – CH – R2
O OH O-OOCH3 GAMBAR 3: Reaksi asetolisis merupakan hasil samping dari reaksi epoksidasi
Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 70 – 74
Pengaruh penambahan H2SO4 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 H2SO4 cenderung mengalami penurunan,
R1 – HC = CH – R2 + H2O
73
walaupun selama reaksi epoksidasi berlanjut oksiran oksigen mengalami penurunan (Gambar 2). Penurunan bilangan iod pada reaksi epoksidasi dengan penambahan H2SO4, yang berlanjut disebabkan oleh reaksi hidrasi alkena. Dalam larutan asam kuat (H2SO4 dalam H2O), air (H2O) 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).
R1 – HC – CH – R2 HO
HO
Bilangan Iod
GAMBAR 4: Reaksi hidrasi alkena oleh air dalam kondisi asam kuat
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Katalis 1,9 % Katalis 3,1 % Katalis 2,5 % Katalis 1,5 % Katalis 3,5 %
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 Waktu Reaksi (mnt)
GAMBAR 5: Grafik pengaruh penambahan H2SO4 terhadap waktu reaksi dan bilangan iod pada reaksi epoksidasi metil ester PFAD
74
Mersi Suriani Sinaga / Jurnal Teknologi Proses 6(1) Januari 2007: 70 – 74
14 12 10 8
Oksigen-Oksiren (%)
6
Bilangan Iod
4 2 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
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 H2SO4 pekat sebagai katalisator. Pada reaksi epoksidasi yang dilakukan secara in situ, H2SO4 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 2,57 % dan bilangan iod sebesar 0,28 dengan waktu reaksi selama 130 menit. Daftar Pustaka Ahmad, S., F. Ahmad, and S.M. Osman. 1984. Derivatization of keto fatty acids: V. Synthesis and characterization of 1,3 –Dioxolane. JAOCS 61 (9): 1464 – 1465.
Carlson, R.D.AND S.P.Chang. 1985. Chemical Epoxidation of a Natural Unsaturated Epoxy Seed Oil from Vernonia Galamensis and a Look at Epoxy Oil Market. JAOCS 62 (5): 924 – 939 . Fessenden, R.J dan J.S. Fessenden. 1989. Kimia Organik Jilid 1. Ed. Ke – 3. Erlangga. Jakarta. Gall, R.J. dan F.P.Greenspan. 1955. Epoxy Compound from Unsaturated Fatty Acid Ester, Industrial and Engineering Chemistry 47 (1): 147-148. Haryati, T DAN L. Buana. 1992. Pengaruh Suhu dan Lama Waktu Kristalisasi. Menara Perkebunan 60 (3): 94 – 98 . Renni, Y dan Tjahyono, H. 1999. Peranan H2SO4 pada Reaksi Epoksidasi Metil Oleat Asam Lemak Sawit, Warta PPKS7 (2): 81-86. Sadi, S., K. Pamin and Darnoko. 1995. Preparation of Butyl Epoxystearate from Palm Oil and Palm Fatty Acid, Paper is Presented at 21St World Conggres and Exhibition of The International Society for Fat Research 1-6 October, The Hagua, Netherland. Yamamura, S.,M. Nakamura and T. Takeda. 1989. Synthesis and Properties of Destructible Anionic and cationic Surfactant with a 1,3-Dioxolane Ring, JAOCS 66(8):1165-1170.
