chapter ii

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Minyak Jarak

Tanaman jarak (Ricinus communis Linn) termasuk famili Euphorbiceae, merupakan

tanaman tahunan yang hidup di daerah tropik maupun subtropik dan dapat tumbuh

pada ketinggian sekitar 800 m dari permukaan laut .

Adapun komposisi dari biji jarak adalah 75% kernel (daging biji ) dan 25 %

kulit dan terdiri dari 13% karbohidrat, 54% minyak, 12,5% serat , 2,5% abu dan 18 %

protein (Ketaren.,1984).

Tabel 2.1 Komposisi Asam Lemak dari Minyak Jarak

Asam Lemak Persentase

Asam Palmitat

Asam Stearat

Asam Oleat

Asam Linoleat

Asam Linolenat

Asam Risinoleat

1,5 %

0,5 %

5 ,0 %

4,0 %

0,5 %

87,5 %

(Johnson,R.,1989)

Minyak jarak mempunyai rasa asam dan dapat dibedakan dengan trigliserida

lainnya karena bobot jenis, kekentalan (viskositas), dan bilangan asetil serta

kelarutannya dalam alkohol yang sangat tinggi. Minyak jarak larut dalam alkohol 95%

Universitas Sumatera Utara

6

pada suhu kamar serta pelarut organik yang polar dan sedikit larut dalam pelarut

hidrokarbon alifatis.

Minyak jarak mempunyai sifat yang sangat beracun disamping kandungan

asam lemak essensialnya yang sangat rendah sehingga minyak jarak tidak dapat

digunakan sebagai minyak makan dan bahan pangan.

Minyak jarak dan turunannya digunakan dalam industri cat, pelumas, tinta

cetak, linoleum, oil cloth dan bahan baku industri plastik dan nilon. Dalam jumlah

kecil minyak jarak dan turunannya juga digunakan untuk pembuatan kosmetik, semir

dan lilin (Ketaren., 1984).

2.2 Oleokimia

Oleokimia pada dasarnya merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari trigliserida

yang berasal dari minyak dan lemak menjadi asam lemak dan gliserin serta turunan

asam lemak baik dalam bentuk ester, amida, sulfat, sulfonat, alkohol, alkoksi, maupun

sabun. Oleokimia merupakan turunan gliserol dengan asam lemak yang berubah

dalam bentuk turunannnya yang digunakan baik sebagai surfaktan, deterjen, polimer,

aditif bahan bakar dan sebagainya. Bahan dasar oleokimia seperti gliserol, asam

lemak, alkil ester asam lemak, amina asam lemak dan alkohol asam lemak dapat

diperoleh dengan mengubah lipida baik dari yang berasal hewan maupun tumbuhan

menmjadi gliserol dan turunan asam lemak.

Penggunaan terbesar daripada asam lemak adalah dengan mengubahnya

menjadi alkohol asam lemak, amida, garam asam lemak dan juga plastik termasuk

nilon (hampir mencapai 40% dari total penggunaannya). Penggunaan terbesar

berikutnya sebesar 30% untuk dijadikan sabun, deterjen, dan kosmetik.

Asam lemak juga digunakan sebagai bahan dasar pembuatan resin dan cat sekitar

15%, sisanya digunakan sebagai pembantu dalam industri pembuatan ban, tekstil,

kulit kertas, pelumas, lilin (Richtler dan Knaut, 1984).


7

Tabel 2.2 Diagram Alur Oleokimia

2.3 Ester Asam Lemak

Asam lemak di alam terdapat dalam bentuk ester dimana gliserol dengan asam lemak,

ataupun terkadang ada gugus hidroksinya yang teresterkan tidak dengan asam lemak

melainkan dengan posfat seperti phospolipid. Di samping itu ada juga ester antara

asam lemak dengan alkoholnya yang membentuk monoester seperti yang terdapat

pada minyak jojoba. Dalam hal ini, ester asam lemak yang dimaksud adalah ester hasil

sintesis ataupun transformasi, untuk menghasilkan ester asam lemak dengan

monoalkohol maupun polialkohol.

Ester asam lemak yang paling sederhana adalah ester antara metanol dengan

asam lemak yang dikenal luas sebagai metil ester asam lemak pada industri oleokimia.

Metil ester asam lemak ini dapat dihasilkan melalui reaksi transesterifikasi secara

metanolisis terhadap ester asam lemak dengan gliserol (gliserida).


8

Reaksi transesterifikasi antara metanol dengan gliserida dapat dilakukan

dengan dua cara, yakni:

1. Metanolisis trigliserida dengan katalis asam yang memerlukan pemanasan.

Reaksi ini dapat berjalan walaupun trigliserida tersebut mengandung air dan

asam lemak bebas lebih besar dari 2,5%.

2. Metanolisis trigliserida dengan katalis basa tanpa pemanasan dengan bantuan

pengadukan kecepatan tinggi. Reaksi ini menghendaki gliserida yang bebas air

serta kadar asam lemak bebas tidak lebih dari 2,5% (Mittlebach dan

Tritthart.,1988).

2.4 Epoksidasi

Alkena dapat dioksidasi menjadi anekaragam produk, bergabung pada reagensia yang

digunakan. Reaksi yang melibatkan oksidasi ikatan rangkap karbon-karbon dapat

dikelompokkan menjadi dua gugus umum :

1. Oksidasi ikatan pi tanpa memutuskan ikatan sigma

2. Oksidasi ikatan pi yang memutuskan ikatan sigma.

Produk oksidasi tanpa pemutusan ikatan sigma ialah suatu epoksida atau 1,2-

diol.Reagensia yang paling popular dipakai untuk mengubah alkena menjadi suatu

1,2-diol adalah larutan kalium permanganat (dalam air) basa dan dingin (meskipun

biasanya reagensia ini memberikan rendemen yang rendah). Osmium tetraoksida

(OsO4) diikuti reduksi dengan reagensia seperti Na2SO3 atau NaHSO3 menghasilkan

diol dengan rendemen yang lebih baik, tetapi penggunaan terbatas karena mahal dan

bersifat racun (Fessenden,R.J.,1997).

Epoksidasi dari minyak nabati merupakan hal yang penting dan sangat berguna

terutama dalam hal sebagai stabilisator dan plastisasi bahan polimer. Berdasarkan

pada kereaktifan yang tinggi dari cincin oksiran, epoksida juga dapat dipakai untuk

berbagai jenis bahan kimia yaitu alkohol, glikol, alkanolamin, senyawa karbonil,

senyawa olefin, dan polimer seperti poliester, poliuretan.


9

R C

O

OH + H2O2 R C

O

O OH + H2O

R C

O

O OH + CH

CH

HC

HC

O+ R C

O

OH

H+

Peroksida Peracid

EpoksidaOlefin

C

OH

C

OH

Asam karboksilat

Peracid

HC

HC

OEpoksida

H2O

Adapun contoh reaksi epoksidasi terhadap senyawa alkena dan menghasilkan senyawa

diol adalah sebagai berikut:

Ada empat teknik yang dapat digunakan untuk menghasilkan epoksida dari

molekul olefin:

1. Epoksida dengan asam perkarboksilat yang sering digunakan dalam industri

dan dapat dipercepat dengan bantuan katalis atau enzim

2. Epoksida dengan peroksida organik dan anorganik, termasuk epoksidasi alkali

dengan hydrogen peroksida nitril dan epoksida yang dikatalisis logam transisi.

3. Epoksida dengan halohidrin, menggunakan asam hipohalogen (HOX) dengan

garamnya sebagai reagen, dan epoksida olefin dengan defisiensi elektron

ikatan rangkap.

4. Epoksida dengan menggunakan molekul oksigen, untuk minyak nabati jarang

digunakan karena dapat menyebabkan degadrasi dari minyak menjadi senyawa

yang lebih kecil seperti aldehid dan keton atau asam dikarboksilat berantai

pendek sehingga oksidasi dengan O2

2.5 Surfaktan

merupakan metode yang tidak efisien

untuk epoksida minyak nabati (Goud, dkk.,2006).

Molekul-molekul atau ion-ion yang teradsorbsi pada perbatasan (interfasa) disebut

dengan bahan aktif permukaan (surface active agents) atau surfaktan. Surfaktan


10

mempunyai peran penting untuk menurunkan tegangan permukaan bahan yang

dikenai. Penggunaan surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu sebagai bahan

pembasah (wetting agent), bahan pengemulsi (emulsifying agents), dan sebagai bahan

penglarut (solubilizing agents). Aktifitas kerja suatu surfaktan karena sifat ganda dari

molekul tersebut (Pavia D.,1976).

Struktur kimia surfaktan mempengaruhi sifat kelarutan yang cocok untuk

aktifitas surfaktan tersebut tergantung pelarut dan dan kondisi yang digunakan. Di

dalam bentuk surfaktan yang umum , kepala menggambarkan gugus yang larut

dalam air, sering disebut gugus hidrofil atau gugus lipofob dan ekor

menggambarkan gugus lipofil atau hidrofob di dalam air.

Klasifikasi kimia yang paling berguna dari surfaktan didasarkan pada sifat

hidrofil dan lipofilnya. Di bawah ini ada empat klasifikasi dasar dari surfaktan yaitu :

1. Surfaktan anionik, memiliki gugus hidrofil yang bermuatan negatif seperti

gugus karboksilat (RCOO- M+), sulfonasi (RSO3- M+), sulfat (ROSO3- M+)

atau posfat (ROPO3- M+

2. Surfaktan kationik, gugus hidrofil memiliki muatan positif. Sebagai contoh

ammonium halida kwartener (R

).

4N+ X-

3. Surfaktan nonionik, dimana gugus hidrofil tidak memiliki muatan tetapi

turunannya memiliki kelarutan yang besar terhadap air dibandingkan gugus

polar tertinggi seperti senyawa (POE atau R-OCH

).

2CH2

4. Surfaktan amfoter (zwitter ion) memiliki muatan positif dan muatan negatif,

sebagai contoh sulfobetain RN

O-) R adalah gugus

poliol termasuk gula.

+(CH3)2CH2CH2SO3-

Secara umum, gugus hidrofob memiliki lebih banyak variasi dibandingkan

gugus hidrofil. Selain gugus hidrokarbon berantai panjang, di bawah ini merupakan

variasi struktur gugus hidrofob lainnya, yaitu:

.

1. Gugus alkil rantai panjang lurus (n = C8-C22 dengan substitusi dari gugus

kepala) CH3(CH2)n2. Gugus alkil rantai panjang bercabang (n = C

-S

8-C22, substitusi internal)

CH3(CH2)nC(CH3)H(CH2)mCH2-S


11

O C

O C

OC + 3 NaOHH2O

OH

OH

HO + 3 R C

O

ONaRO

O

O

Trigliserida Basa Gliserol Sabun

R

R

3. Rantai alkena tidak jenuh, contohnya turunan dari minyak nabati

CH3(CH2)nCH=CH(CH2)m4. Alkil benzena (C

-S

8-C15C6H4 dengan bentuk substitusi yang berbeda-beda)

C9H19(C6H45. Alkil naftalena (alkil R biasanya C

)-S

3 atau lebih besar) Rn-C10H(7-n)6. Gugus Fluroalkil (n > 4, sebagian atau seluruhnya terfluoronasi) CF

-S

3(CF2)n7. Polidimetilsiloksan, CH

-S

3-(Osi[CH3]2O)n8. Turunan polioksipropilena glikol CH

-S

3CH(OH)-CH2-O(-CH(CH3)CH2O)n9. Biosurfaktan

-S

10. Turunan polimer alami dan sintetik

Dengan banyaknya variasi struktur senyawa yang dapat digunakan sebagai

surfaktan maka akan memberikan banyak aplikasi surfaktan yang dihasilkan

tergantung kepada kegunaannya (Myers,D.,2006)

2.5.1 Sabun

Garam dari alkali asam lemak merupakan sabun dari reaksi safonifikasi, seperti yang

ditunjukkan pada reaksi di bawah. Caranya lemak dan minyak dipanaskan dengan

natrium hidroksida sampai terhidrolisis sempurna. Penambahan NaCl ke dalam

campuran kemudian menyebabkan sabun mengendap. Sabun yang masih belum murni

dapat dimurnikan dengan beberapa represipitasi ( Solomons T.W.G, 2004).


12

Sabun kalium disebut sabun lunak dan digunakan sebagai sabun untuk bayi.

Asam lemak yang digunakan untuk sabun umumnya adalah asam palmitat atau stearat.

Dalam industri, sabun tidak dibuat dari asam lemak tetapi langsung dari minyak yang

berasal dari tumbuhan. Minyak adalah ester asam lemak tidak jenuh dengan gliserol.

Melalui proses hidrogenasi dengan bantuan katalis logam Pt atau Ni, asam lemak

tidak jenuh diubah menjadi asam lemak jenuh dan melalui proses penyabunan dengan

basa NaOH atau KOH akan terbentuk sabun dan gliserol (Poejiadi,A., 1994).

Molekul sabun terdiri atas rantai hidrokarbon panjang dan atom karbon dengan

gugus yang sangat polar atau ionik pada satu ujungnya. Rantai karbon bersifat

lipofilik (tertarik pada atau larut dalam lemak dan minyak), dan ujung polar yang

hidrofilik (tertarik atau larut dalam air).

Bila sabun dikocok dengan air akan membentuk dispersi koloid, bukannya

larutan sejati. Larutan sabun ini mengandung agregat molekul sabun yang disebut

misel (Hart, H.,2003).

Setiap molekul sabun memiliki gugus hidrofil dan hidrofob dimana dapat

ditulis sebagai RCOONa. Ketika sabun dilarutkan ke dalam air maka akan terionisasi

menjadi RCOO-Na+. Bagian yang berperan aktif dalam sifat deterjennya ialah RCOO-

a. Mereduksi atau menurunkan tegangan permukaan dari air

dan menghasilkan anion, sehingga sabun dimasukkan ke dalam jenis suirfaktan anion.

Fungsi dari sabun ialah untuk menghilangkan kotoran dari permukaan seperti

kulit, lantai atau pakaian. Kotoran biasanya campuran bahan berlemak dan partikel

padat. Meskipun dapat berupa kotoran tanpa lemak, partikel padat dapat berupa

pigmen, karbon, karat besi. Lemak yang dihasilkan dari kulit ataupun sumber lain

dapat dihilangkan dari permukaan dengan menggunakan deterjen dengan cara :

b. Memindahkan atau mengangkat kotoran

c. Mendispersikan kotoran

Pada saat lemak ikut bersama kotoran lainnya, bagian hidrofob masuk ke

dalam permukaan daripada lemak tersebut dan bagian hidrofil larut dalam air.


13

Partikel berkarat akan ikut bersama bagian hidrofil dari molekul deterjen dan akan

diangkut bersama bagian hidrofob (Parasuram, K.S.,1995).

2.5.2 Misel

Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi, tetapi ketika surfaktan dilarutkan ke

dalam air maka tegangan permukaan dari larutan itu akan turun sampai tercapainya

suatu konsentrasi. Konsentrasi dimana tegangan permukaan turun disebut CMC

(konsentrasi misel kritis). CMC ini dapat ditentukan dari ketika sejumlah kecil dari

surfaktan ditambahkan ke dalam air, ion-ion surfaktan (atau molekul pada surfaktan

nonionik) terkonsentrat pada permukaan tipis dari cairan.

Pada permukaan cairan, ion-ion surfaktan terorientasi pada gugus hidrofil ke

dalam air dan gugus hidrofob ke udara (menjauhi air). Secara bersamaan, jika

surfaktan dapat dilarutkan dalam minyak maka gugus hidrofob akan ikut dengan

minyak dan gugus hidrofil akan ke udara (menjauhi minyak). Pada CMC, larutan

menjadi jenuh dalam keadaan normal, tetapi pada kebanyakan surfaktan, apabila

dilarutkan pada cairan maka akan membentuk misel. Misel ini adalah kumpulan ion-

ion surfaktan atau molekul surfaktan yang berkumpul menjadi satu bentuk, dengan

gugus hidrofil di luar dan terikat pada air sedangkan gugus hidrofob berada di dalam

untuk membentuk globulan-globulan minyak. Dalam hal surfaktan yang terionisasi,

akan ada beberapa gegenion (seperti ion Na+ pada garam NaCl atau Cl- dari surfaktan

kationik) kemungkinan ikut pada misel dan berpengaruh kepada titik CMC.

Gambar 2.1 Skema Penampang Melintang dari Misel sabun


14

Kelarutan dari surfaktan berubah sesuai temperatur dan temperatur sangat

penting dikenal dengan titik Krafft, dimana kelarutan naik secara cepat dengan

berubahnya bentuk dari misel.

Misel merupakan bagian dari larutan surfaktan yang menyebabkan larutan itu

disebut dengan larutan koloid murni dan sangat penting hubungannya dengan sifat

deterjen karena :

Misel mempertahankan permukaan larutan agar tetap jenuh dan tegangan

permukaan dari larutan berada pada titik minimumnya

Misel dapat melarutkan bahan berlemak. Bagian misel yang hampir

menyerupai pelarut hidrokarbon yang mana dapat melarutkan bahan

berminyak dan membawanya dalam proses pencucian. Sifat ini digunakan

ketika larutan sabun digunakan untuk melarutkan kresol untuk menghasilkan

Lysol (sejenis desinfektan) serta penggunaan yang sama lainnya.

(Woollatt, E.,1985)

2.5.3 Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan () suatu cairan dapat didefenisikan sebagai banyaknya kerja

yang dibutuhkan untuk memperluas permukaan cairan sebanyak satu satuan luas.

Tegangan permukaan suatu larutan akan bergantung pada sifat zat terlarut. Bila

molekul zat terlarut cenderung untuk mengumpul pada permukaan, tegangan

permukaan akan turun. Misalnya pada sabun, molekul-molekul sabun terdiri dari

bagian hidrofobik yaitu rantai hidrokarbon yang panjang dan bagian hidrofilik yaitu

gugus karboksilat COO- Na+

Tegangan permukaan cairan (), berbeda-beda bergantung pada jenis cairan

dan suhu. Pada umumnya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar

seperti air, maka tegangan permukaannya juga besar. Sebaliknya pada cairan seperti

bensin karena gaya tarik antara molekulnya kecil maka tegangan permukaannya kecil.

. Karena itu, molekul-molekul sabun cenderung untuk

tersusun pada batas antara air dan udara, akibatnya tegangan permukaan akan

menurun (Bird, T.,1985).


15

Tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan

bertambahnya suhu molekul-molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh

interaksi antara molekulnya berkurang sehingga tegangan permukaannya menurun.

Pada suhu yang sama tegangan permukaan logam cair dan lelehan garam lebih besar

bila dibandingkan dengan cairan organik.

Adanya zat terlarut pada cairan dapat menaikkan atau menurunkan tegangan

permukaan bergantung sifat zat terlarutnya. Untuk air adanya elektrolit anorganik dan

nonelektrolit tertentu seperti sukrosa dan gliserin menaikkan tegangan permukaan.

Sedangkan adanya zat-zat seperti sabun, deterjen, dan alkohol adalah efektif dalam

menurunkan tegangan permukaan atau tegangan antarmuka. Zat ini sering disebut

dengan surface active agents atau surfaktan. Penurunan tegangan permukaan oleh

sabun menyebabkan perluasan film air dengan pembentukan gelembung atau busa.

Adanya hubungan antara besar kecilnya tegangan permukan cairan dengan

kemampuannya untuk membasahi benda. Makin kecilnya nilai tegangan permukaan

suatu cairan maka makin besar kemampuan zat tersebut untuk membasahi benda.

Hubungan ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari; misalnya untuk

menghasilkan cucian pakaian agar lebih bersih dapat digunakan air panas atau air

sabun. Keduanya dapat menurunkan tegangan permukaan air sehingga meningkatkan

kemampuan air untuk membasahi kotoran pakaian. Akibatnya kotoran mudah larut

dan terbawa oleh air pada saat pembilasan (Yazid,E.,2005).

2.5.4 Penentuan Uji HLB (Hydrophilic Lipophilic Balance)

Griffin merancang suatu skala sembarang dari berbagai angka untuk dipakai

sebagai suatu ukuran keseimbangan hidrofilik-lipofilik (HLB) dari zat-zat aktif

permukaan (surfaktan). Dengan bantuan angka ini, adalah mungkin untuk membentuk

suatu jarak HLB untuk efisiensi optimum atau terbaik dari masing-masing golongan

surfaktan seperti terlihat pada gambar 2.2 sebagai berikut.


16

Gambar 2.2 Skala Petunjuk Fungsi Surfaktan Berdasarkan Nilai HLB

HLB dari sejumlah senyawa dapat dihitung dengan menggunakan rumus

sebaagi berikut :

HLB = 20 (1 S/A)

Dimana S adalah bilangan penyabunan senyawa tersebut dan A adalah bilangan asam

senyawa tersebut.

Tabel 2.3 Nilai HLB Beberapa Surfaktan

Zat HLB

Asam Oleat

Gliseril Monostearat

Sorbitan mono-oleat

Sorbitan monolaurat

Trietanolamin oleat

Polioksitilena sorbitan mono-oleat

Polioksitilena sorbitan monolaurat

Natrium oleat

Natrium lauril sulfat

1

3,8

4,3

8,6

12

15

16,7

18

40


17

Davies telah menghitung nilai HLB untuk zat aktif permukaan dengan

memecah berbagai molekul surfaktan ke dalam gugus-gugus penyusunnya, yang

masing-masing diberi suatu angka gugus. Penjumlahan dari angka-angka gugus untuk

suatu surfaktan tertentu memungkinkan perhitungan nilai HLB-nya menurut

persamaan berikut :

HLB = (angka-angka gugus hidrofilik) - (angka-angka gugus lipofilik) + 7

Tabel 2.4 Harga HLB Gugus Fungsi

Gugusan senyawa Angka gugus

Gugus hidrofilik

-SO4- Na+

-COO- Na+

Ester (cincin sorbitan)

Ester (bebas)

Hidroksil (bebas)

Hidroksil (cincin sorbitan)

Grup lipofilik

-CH-

-CH2-

-CH3

38,7

19,1

6,8

2,4

1,9

0,5

0,475

0,475

0,475

0,475

-

=CH-

(Martin,A., 1993)


chapter ii

Documents