Proses Industri Kimia I

SURFAKTAN

Apa itu Surfaktan?

Karakteristik

Cara Analisis

Kegunaan

Definisi SurfaktanSenyawa organik yang molekulnya memiliki dua ujung

yang berbeda interaksinya dalam air yakni ujung satu (bagian kepala) memiliki gugus hidrofilik yang suka air dan ujung satunya (bagian ekor) memiliki gugus hidrofobik yang tidak suka air

Surfaktan adalah bahan aktif permukaan, yang bekerja menurunkan tegangan permukaan cairan, sifat aktif ini diperoleh dari sifat ganda molekulnya

Apabila ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi rendah, maka dapat mengubah karakteristik tegangan

permukaan dan antarmuka cairan tersebut.

Surfaktan dapat digolongkan menjadi dua

golongan besar:

1. Surfaktan yang larut dalam minyakyang termasuk dalam golongan ini, yaitu senyawa polar berantai panjang, senyawa fluorokarbon, dan senyawa silikon.

2. Surfaktan yang larut dalam pelarut air

yang termasuk dalam golongan ini, yaitu surfaktan anion yang bermuatan negatif, surfaktan yang bermuatan positif,

surfaktan nonion yang tak terionisasi dalam larutan, dan surfaktan amfoter yang bermuatan negatif dan positif bergantung pada pH-nya.

Surfaktan banyak digunakan dalam berbagai bidang seperti industri, farmasi, eksplorasi minyak bumi dan juga rumah tangga.

Surfaktan dapat menghasilkan beraneka produk komersial, seperti bahan baku pembersih berupa detergen dan pelembut pakaian, kosmetika yang meliputi sabun, sampo, perawatan kulit, pasta gigi, bahan pewarna tekstil, pelumas, bahan baku farmasi untuk obat dan pembuatan vaksin

Struktur Umum Surfaktan

Jenis-jenis Surfaktan1) Surfaktan anionik (Negatif)

yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion yang bersifat hidrofobik . Contoh: garam alkana sulfonat, garam olefin sulfonat, garam sulfonat asam lemak rantai panjang, Alkyl Benzene Sulfonate (ABS), Linier Alkyl Benzene Sulfonate (LAS), Alpha Olein Sulfonate (AOS).

2) Surfaktan kationik (Positif)yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu kation yang bersifat hidrofilik dan memiliki sifat surface active. Contoh: garam alkil trimethil ammonium, garam

dialkil-dimethil ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium.

Jenis-jenis Surfaktan3) Surfaktan nonionik (tidak bermuatan)

yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan dan tidak memisahkan diri pada medium air. Surfaktan ini memiliki kutub polar seperti polyglycol eter atau sebuah polyol.Contoh: ester gliserin asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida,

mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida.

Jenis-jenis Surfaktan4) Surfaktan amfoter

yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan positif dan negatif. Rantai hidrofobik mengikat rantai hidrofilik sehingga tersusun dari ion positif dan negatif. Perlakuannya tergantung pada kondisi medium atau nilai pH

Apabila pH<7 maka surfaktan bersifat anion. Apabila pH>7 maka surfaktan bersifat kation.

Gugus fungsionalnya Amina oksida, alkil betain, dan Imidazolinium betain.Contoh: surfaktan yang mengandung asam amino, betain,

fosfobetain.

Gambar Jenis SurfaktanC

oNa

+ Anionik sabun

s o

o

o

Anionik (detergen DOBI)Na+

N+Cl- kationik

oo

oOH

Bukan Ionik

R C

O

NH(CH2)2

CH3

RC

N

N CH2

CH2

CH3 SO4-

Amfoterik

Pemilihan SurfaktanAda beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :

- 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.

Sifat-sifat SurfaktanCritical Micelle Concentration

Merupakan sifat yang menunjukkan batas konsentrasi kristis surfaktan dalam suatu larutan.

Solubilitas

Temperatur merupakan hal yang penting dan menarik dalam hubungannya dengan solubilitas surfaktan.

SIFAT UMUM SURFAKTAN1. Sebagai larutan koloid Pada konsentrasi tinggi partikel koloid akan saling menggumpal, gumpalan ini disebut misel atau agregat baik berbentuk sferik (daya hantar listriknya tinggi) atau lamelar (daya hantar listriknya kecil disebut juga koloid netral) dan ada dalam kesetimbangan dengan sekitarnya (pelarut atau dispersi larutan). Kesetimbangan ini akan mencapai konsentrasi kritik misel.

2. Adsorpsi Apabila larutan mempunyai tegangan permukaan lebih kecil daripada pelarut murni, zat terlarut akan terkonsentrasi pada permukaan dan terjadi adsorpsi positif. Sebaliknya adsorpsi negatif menunjukkan bahwa molekul-molekul zat terlarut lebih banyak terdapat dalam rongga larutan daripada di permukaan. Hubungan antara derajat penyerapan dan penurunan tegangan permukaan dinyatakan dalam persamaan Gibbs.

3. Kelarutan dan daya melarutkan Partikel-partikel tunggal dari surfaktan relatif tidak larut, sedangkan misel mempunyai kelarutan tinggi. Makin panjang rantai hidrokarbonnya, makin tinggi temperatur kritik larutan.

4. Pembasahan Perubahan dalam tegangan permukaan yang menyertai proses pembasahan dinyatakan oleh Hukum Dupre.

5. Daya Busa Busa ialah dispersi gas dalam cairan dan zat aktif permukaan memperkecil tegangan antarmuka, sehingga busa akan stabil, jadi surfaktan mempunyai daya busa.

6. Daya EmulsiEmulsi adalah suspensi partikel cairan dalam fasa cairan yang lain, yang tidak saling melarutkan.

Surfaktan akan menurunkan tegangan antarmuka, sehingga terjadi emulsi yang stabil.

Surfaktan dapat menyebabkan permukaan kulit kasar, hilangnya kelembaban alami yang ada pada permukan kulit dan meningkatkan permeabilitas permukaan luar.

Hasil pengujian memperlihatkan bahwa kulit manusia hanya mampu memiliki toleransi kontak dengan bahan kima dengan kandungan 1 % LAS dan AOS dengan akibat iritasi ‘sedang’ pada kulit.

Kegunaan SurfaktanTerbagi atas tiga golongan, yaitu :1. Sebagai bahan pembasah (wetting agent)2. Sebagai bahan pengemulsi (emulsifying agent) 3. Sebagai bahan pelarut

(solubilizing agent).

Kegunaan lainnya :Surfaktan dinilai mampu meningkatkan

produksi minyak bumi. Penginjeksian surfaktan mampu mengangkat

sisa minyak bumi dalam reservoir dan mampu merecovery hingga 40% sisa minyak.

Proses ini dikenal dengan nama Enhanced Oil Recovery (EOR).

Sebagai dispersan

Produk-produk SurfaktanSabunDetergenPasta gigiDisinfektanMouth WashKosmetik

Bahan Mentah Surfaktan1. Bahan Surfaktan Dari Lemak Dan Minyak Dalam minyak dan lemak, rantai hidrokarbon dibentuk di dalam bahan mentah menjadi trasilgliserol (TAG). TAG yang berasal dari sumber hewan dan tumbuhan ini dipisahkan dan direaksikan secara kimia menjadi bahan penting surfaktan. Minyak kelapa dan minyak inti sawit penghasil rantai C12-C14 

2. Bahan Surfaktan Dari Petroleum Rantai hidrokarbon linear atau n-parafin dapat diekstrak dari fraksi petroleum.Kerosen adalah fraksi petroleum yang mengandung hidrokarbon C10-C16.

3. Bahan Surfaktan Dari Etilenaa. Proses Pemanjangan Etilena Zieglerb. Alkohol Zieglerc. Alkil Fenol, Deodesil Benzena, dan Isotridesil Alkohol

Proses Produksi Surfactan

● Alkohol lemak yang memiliki panjang rantai C12-C18 memiliki formulasi untuk produk detergen sebab memiliki kualitas deterjen yang bagus, sifat pembasahan dan pembusaan, dan biodegradabilitas.

● Rantai C12-C14 dikenal dengan nama sodium lauryl sulfat (SLS) yang memiliki pembusaan optimum dan sebagai foaming agent dalam produksi pasta gigi. Sedangkan rantai C12-C14 dan C12-C16 digunakan dalam produksi shampoo

A. Produksi surfaktan alkohol lemak sulfat

Reaksi Kimia

RCH2OH + SO3 → RCH2OSO3H

alkohol lemak sulfur trioksida fatty alcohol sulfuric acid

  RCH2OSO3H + NaOH → RCH2OSO3Na + H2O

fatty alcohol soda kaustik sodium fatty airsulfuric acid alcohol sulfate

 

ProsesA.Produksi alkohol lemak sulfat

B.Sulfonasi metil ester asam lemak

C. Produksi Surfaktan Gliserol

Monooleat

ProsesA. Produksi alkohol lemak sulfat ada

lima tahap, yaitu:1. Proses persiapan udara (Process Air Preparation)2. Sulfur Trioxide Generation3. Sulfasi4. Netaralisasi5. Perawatan gas lemah (exhaust gas

treatment

Proses

1. Process Air Preparation● Proses udara harus benar-benar kering dengan

titik embun (dewpoint) sekitar 50 °C, dengan adanya embun akan terjadi korosif (reaksi ini ditambah gas SO3) dan juga meningkatkan warna produk.

● Udara dialirkan ke dalam kompresor besar untuk sistem pendinginan, di mana suhu yang digunakan sekitar 3-5 °C dan uap-uap dikondensasikan.

● Selanjutnya udara dikeluarkan melalui sebuah dehumdifier (pengering udara), seperti silika gel di mana sisa-sisa uap terakhir ditahan/disimpan.

2. Sulfur Trioxide GenerationDalam proses ini, sulfur dengan kemurnian yang

tinggi (99,5%) dilarutkan dalam sebuah tangki dan suhu dijaga sekitar 145-150 °C untuk mempertahankan viskositas minimum dan nilai konstan.

Sulfur cair dimasukkan ke dalam sulfur burner (pembakar sulfur) dengan pompa meter khusus dan kemudian dibakar dengan SO2 menggunakan udara kering.

Gas SO2 cair (6-7%) meninggalkan burner pada suhu 650 °C dan didinginkan pada suhu 430 °C sebelum diumpankan ke dalam konverter.

Katalitik konverter dengan tiga sampai empat katalis vanadium pentoksida mengkonversi SO2 menjadi SO3 dengan efisiensi konversi 98%.

Gas SO3 didinginkan di bawah suhu 60 °C, dicairkan hingga 4% volume, dan dikeluarkan melalui mist eliminator untuk memindahkan sisa oleum sebelum diumpankan ke dalam reaktor.

3. Sulfasi Sulfasi dilakukan di reaktor film

multitube untuk mengontrol keakurasian rasio mol antara SO3 dengan umpan organik dalam berbagai pipa.

Umpan di masukkan di bagian atas dan mengalir ke bawah di samping pipa.

Ketika reaksi berlangsung eksotermis, air dingin pada aliran kontrol dimasukkan ke dalam jaket untuk menjaga temperatur pada 45-50 °C maksimum.

Yield reaksi sebesar 97% dapat dicapai. Proses ini

4. Netralisasi Tingkatan produk dari reaktor harus dinetralisasi

segera dengan hidrolisis hal ini bisa menghindari pengaruh buruk bagi proses dan kualitas produk.

Proses ini akan lebih berhasil jika langkah ini dilakukan dua kali terhadap unit netralisasi, dengan pencampuran multibladed maka dihasilkan campuran yang homogen.

Perlu diperhatikan bahwa netralisasi akan memelihara sifat-sifat alkali sekecil apapun untuk menjaga kelancaran dan stabilitas proses.

Konsentrasi rata-rata zat aktif sebesar 72% dapat digunakan. Konsentrasi yang terlalu tinggi tidak baik digunakan karena akan menimbulkan kesulitan dalam proses.

Jika menginginkan sebuah produk kering, maka proses selanjutnya dengan melewati sebuah wiped film evaporator.

5. Exhaust gas treatmentKomposisi gas harus dihilangkan dengan meregulasi lingkungan. Gas lemah terdiri dari zat-zat organik sisa, SO3 nonreaksi dan gas SO2.

Pertama, kedua kotoran dipindahkan dari electrostatic presipitator. Sisa gas SO2 dipindahkan dari reaksi dengan menambahkan soda kaustik yang mengalir dengan arus berlawanan sepanjang scrubbing coloumn. Konsentrasi gas sisa dalam gas lemah SO2 dilepaskan ke dalam atmosfir dengan tekananmaksimum 5 ppm.

Proses preparation

Udara dialirkan dalam kompresor besar dengan

suhu 3-50C

untuk mencegah korosif pada reactor sebab embun dapat bereaksi bila ditambah gas SO3, dan ini juga

memekatkan warna produk.

Tujuan

1.

2.

Sulfur Trioxide Generation

Sulfur dengan kemurnian 99,5% di masukkan ke dalam

tangki dan suhu dijaga sekitar 145-

1500C.

Menggunakan katalis

Vanadium Pentoksida

yang merubahSO2 menjadi SO3

SO3 didinginkan dan diumpankan ke dalam

reaktor

B. Sulfonasi metil ester asam lemak = Salah satu jenis surfaktan yang banyak diperlukan di industri, khususnya industri deterjen adalah surfaktan metil ester sulfonat (MES).  = Keunggulannya dalam menghilangkan sifat kekerasan air menjadikannya lebih baik daripada alkohol lemak sulfat. = Dengan memproduksi MES dari minyak sawit maka diharapkan kecenderungan penggunaan bahan baku minyak bumi dapat ditekan. 

Mekanisme reaksi terdiri dari dua tahap :Pada reaksi pertama, gas SO3 bereaksi cepat dengan sulfoanhydride. Langkah kedua (dengan waktu 40-90 menit), sulfoanhydride berubah menjadi agen sulfonasi yang bereaksi dengan still-unreacted ester.

R1 – COCH2

R3 – COCH2

R2 – COCH

O

O

O+ 3CH3OH

HOCH2

HOCH2

HOCH2 +

R1 – C - OCH3

R3 – C – OCH3

R2 – C – OCH3

O

O

O

TRIASILGLISEROL METANOL GLISEROL ESTER METIL

Reaksi

Proses Pembuatan

Proses pembuatan surfaktan metil ester sulfonat anionik dari CPO dilakukan melalui tiga tahap :

1.Tahap pertama berupa proses saponifikasi CPO dengan larutan NaOH dilanjutkan netralisasi dengan menghasilkan asam lemak.

2.Tahap kedua berupa proses esterifikasi asam lemak dengan metanol menghasilkan metil ester.

3.Tahap ketiga adalah sulfonasi metil ester dengan asam sulfat menjadi metil ester sulfonat, yang merupakan bahan kimia surfaktan

Tahap Pemucatan (Bleaching)Untuk mengurangi warna sampai sesuai dengan spesifikasi, maka harus diukur di dalam sistem kontinu acid bleaching, di mana dicampurkan dengan laju alir metanol yang terkontrol dan hidrogen peroksida sesudahnya. Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi.

Tahap Netralisasinetralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis

Tahap PengeringanSelanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTubeTM Dryer di mana metanol dan air proses yang berlebih dipisahkan untuk menghasilkan pasta terkonsentrasi atau produk granula kering MES, di mana produk ini tergantung pada berat molekul MES dan target aplikasi produk. Langkah akhir adalah merumuskan dan menyiapkan produk MES dalam komposisi akhir, baik itu dalam bentuk cair, batangan semi-padat atau granula padat, dengan menggunakan teknologi yang tepat.

C. Produksi Surfaktan Gliserol Monooleat

Dalam pembuatan surfaktan cair gliserol monooleat skala komersial yang produk atau teknologinya teraplikasi di industri pengguna (industri tekstil) digunakan sistem proses batch.

Pembuatan surfaktan gliserol monooleat sistem batch dilakukan dalam skala 500 mL pada kondisi operasi suhu 180 °C, waktu 7 jam , tekanan atmosferik, pengadukan 450 rpm melalui reaksi esterifikasi antara gliserol dan asam oleat dengan katalis asam.

EtoksilatDefinisiEthoxylation merupakan  proses  industri  di  mana etilen  oksida 

ditambahkan ke alkohol dan fenol untuk memberikan surfaktan.Surfaktan  umum  diproduksi  oleh  etoksilasi  termasuk  etoksilat alkohol dan ethoxysulfates alkohol.

Alkohol etoksilat dan Ethoxysulfates Alkohol

Alkohol etoksilat (AE) dan Ethoxysulfates Alkohol (AES) yang non-ionik surfaktan ditemukan dalam produk seperti deterjen, pembersih permukaan, kosmetik dan untuk digunakan dalam pertanian, tekstil dan cat.

Etoksilat merupakan salah satu jenis surfaktan non-ionik. salah satunya yaitu alkylphenol etoksilat (APEO).

Alkylphenol etoksilat (APEO) adalah senyawa nonilfenol (NPEO).

APEO adalah surfaktan non-ionik dengan tindakan pengemulsi dan menyebar, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi yang sangat besar.

Pada tahap pengolahan approx , 50% dari APEO digunakan sebagai emulsifier untuk emulsi polimer berdasarkan Styrol Butadiena, Styrol Akrilat, Murni Akrilat atau PVC sistem.

Surfaktan non-ionik memilik penggunaan yang sangat luas karena memiliki sifat pembusaan yang rendah, memiliki stabilitas kimia yang tinggi, memiliki daya kelarutan yang sempurna, dan stabil terhadap perubanah pH lingkungan serta lembut digunakan pada tangan.

Salah satu jenis surfakatan non-ionik lainya adalah alkohol etoksilat.

Alkohol etoksilat yaitu surfaktan yang gugus hidrofiliknya tidak bermuatan.

Secara fisik, alkohol etoksilat berbentuk larutan yang tidak berwarna, ada yang berupa pasta(semi padat) dan ada juga yang berbentuk serbuk (padat). Sifat ini tergantung dari proses pembuatannya, yaitu pada perbandingan moloksida yang digunakan.

Alkohol etoksilat dibuat melalui reaksi etoksilasi suatu alkohol lemak (fatty alcohol).

● Etoksilasi adalah proses kimia dimana oksidasi etilen dimasukkan ke dalam fatty alcohol dengan tujuan untuk menambah kelarutannya di dalam air.

Secara umum, reaksi etoksilasi dapat dilakukan pada suhu 150-160°C menggunakan katalis asam maupun basa dengan waktu yang kurang lebih selama 2 jam.

Katalis basa yang biasa digunakan adalah KOH/NaOH 0,5%. Katalis asam yang biasa digunakan adalah H2SO4

0,5%.

Katalis basa lebih sering digunakan karena lebih sedikit menghasilkan produk samping sedangkan katalis asam jarang, karena lebih banyak menghasilkan produk samping.

Salah satu jenis alkohol etoksilat yang banyak digunakan adalah stearil alkohol etoksilat.

Stearil alkohol etoksilat merupakan surfaktan yang dapat berfungsi sebagai wetting agent, emulsifier, dan pelembab pada produk personal care.

Dalam dunia industri, stearil alkhohol banyak digunakan oleh industri kosmetik, pada produknya yang berbentuk lotion dan krim. spesifikasi dari stearil alkohol etoksilat yang biasa digunakan dalam industri sebagai emulsifier untuk kosmetik.