Aplikasi Konsep Tegangan Permukaan dalam Bidang Industri

Standar

 “Aplikasi Konsep Tegangan Permukaan dalam Bidang Industri”

 

A. Weeting

1. Definisi Wetting

Wetting adalah istilah keren dari pembasahan. Wetting atau pembasahan dibedakan menjadi dua yaitu wetting yang bekerja berdasarkan sudut kontak antara cairan dengan padatan yakni 0 atau mendekati 0 dimana cairan dapat menyebar dengan mudah diatas padatan dan wetting yang bekerja berdasarkan fenomena kapilaritas.

Selain wetting ada juga istilah non wetting. Kalau wetting sudut kontak antara cairan dengan padatan mendekati 0 sedangkan non wetting sudut kontak lebih dari 90o sehingga cairan menggelembung keatas dan dapat terlepas dari permukaan dengan mudah.

 

  1. 2.    Mekanisme secara fisika dan kimia

Wetting agent atau material surfaktan terdiri dari molekul polar dan non polar. Molekul polar pada umumnya terdiri dari hidrokarbon yang terdapat di alam dan silikon. Biasanya molekul polar bersifat aromatik dan alifatik. Sedangkan molekul non polar kebanyakan terdiri dari gugus fungsional pada kimia organik yang berikatan dengan oksigen.

Pada umumnya proses wetting dilakukan dengan penambahan surfaktan. Surfaktan adalah zat yang dapat mengaktifkan permukaan, karena cenderung untuk terkonsentrasi pada permukaan (antar muka), atau zat yang dapat menaik dan menurunkan tegangan permukaan. Tegangan permukaan adalah gaya dalam dyne yang bekerja pada permukaan sepanjang 1 cm dan dinyatakan dalam dyne/cm, atau energi yang diperlukan untuk memperbesar permukaan atau antarmuka sebesar 1 cm2 dan dinyatakan dalam erg/cm2. Surface tension umumnya terjadi antara gas dan cairan sedangkan Interface tension umumnya terjadi antara cairan dan cairan lainnya atau kadang antara padat dan zat lainnya (namun hal ini belum diteliti). Pada fase cair surfaktan akan mengabsorpsi dalam fase cair-padat dan  cair-gas dengan mengecilkan tegangan permukaan.

Surfaktan merupakan suatu senyawa aktif penurun tegangan permukaan yang dapat diproduksi melalui sintesis kimiawi maupun biokimiawi. Karakteristik utama surfaktan adalah memiliki gugus polar dan non polar pada molekul yang sama. Sifat aktif permukaan yang dimiliki surfaktan diantaranya mampu menurunlcan tegangan permukaan, tegangan antarmuka dan meningkatkan kestabilan sistem emulsi. Hal ini membuat surfaktan banyak digunakan dalam berbagai industri, seperti industri sabun, deterjen, produk kosmetika dan produk perawatan diri, farmasi, pangan, cat dan pelapis, kertas, tekstil, pertambangan dan industri perminyakan untuk Enhanced Oil Recovery (EOR).

Potensi Indonesia menjadi produsen surfaktan yang menggunakan bahan baku minyak kelapa sawit sangat besar mengingat Indonesia sebagai produsen minyak sawit terbesar kedua di dunia. Jenis surfaktan anionik yang banyak digunakan saat ini untuk Enhanced Oil Recovery (EOR) adalah surfaktan yang berbasis petroleum. Kelemahan surfaktan berbasis petroleum adalah menggunakan bahan baku yang tidak dapat diperbaharui, tidak tahan pada kesadahan yang tinggi dan sulit didegradasi.

Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan memproduksi surfaktan metil ester sulfonat (MES) yang dibuat dari bahan nabati yaitu metil ester metil ester dari crude palm oil (CPO) dan jarak pagan Surfaktan MES dihasilkan melalui proses sulfonasi metil ester dengan agen pensulfonasi, seperti NaHSO3 . Keunggulan yang dimiliki surfaktan MES dibandingkan surfaktan berbasis petroleum yaitu bersifat terbarukan, lebih ramah lingkungan, secara alami mudah didegradasi dan memiliki sifat deterjensi yang baik walaupun digunakan pada air dengan tingkat kesadahan yang cukup tinggi.

Suhu reaksi, lama reaksi dan rasio mol merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan dalam proses pembuatan MES. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi yang optimum dari suhu reaksi, lama reaksi dan rasio mol untuk memproduksi MES serta memperoleh karakteristik produk yang dihasilkan. Parameter yang diukur adalah nilai tegangan antarmuka (Interfacial Tension), tegangan permukaan (surface tension), stabilitas emulsi, bilangan iod, bilangan asam, bilangan peroksida dan absorbansi sulfonat. Proses optimasi menggunakan metode permukaan respon dan rancangan komposit terpusat dengan tiga faktor.

Hasil analisis permukaan respon menunjukkan bahwa kondisi kombinasi perlakuan optimum pada proses produksi MES dari metil ester CPO, kondisi optimum terjadi pada rasio mol 1:1,5, lama reaksi 4,5 jam dan suhu reaksi 108,9°C. Validasi kondisi proses optimum menghasilkan nilai IFT 0,35 dyne/cm dan tegangan permukaan 33,1 dyne/cm, emulsion stability of 79,5%, acid value of 13,32 mg KOH/g sample, iodine value of 41,12 g iodine/100 sample, peroxide value of 7,6 mmole / 1000 gram, sulfonates absorbance of 0,76. Pada sedangkan pada metil ester dari jarak pagan pada kondisi optimum yang terjadi pada suhu 100 °C, lama reaksi 4,5 jam, konsentrasi metanol 25% dan suhu pemumian 50 °C menghasilkan IFT 0,025 dyne/cm dan tegangan permukaan 26,5 dyne/cm, emulsion stability of 79,5%, acid value of 0,7 mg KOH/g sample, iodine value of 97,1 g iodine/100 sample, peroxide value of 3,5 mmole / 1000 gram, sulfonates absorbance of 0,76.or.

Berbagai definisi surfaktan diatas pada dasarnya adalah sama yaitu dapat menurunkan tegangan permukaan. Mengapa dikatakan dapat menurunkan tegangan permukaan? Permukaan cairan dalam suatu wadah akan terjadi tarik menarik antara :

air – air –> gaya kohesi arah ke bawah,

air – gelas –> gaya adesi, di tengah, diabaikan dan

air – udara –> gaya adesi arah ke atas.

Kohesi air – air lebih besar daripada adesi air – udara, sehingga permukaan cairan cekung. Untuk mengimbangi gaya tersebut timbullah tegangan permukaan. Bila ditambahkan surfaktan, maka : kohesi antara gugus polar / hydrophil surfaktan dengan air (K p s – air) –> arah ke bawah, dan adesi antara gugus non polar / lipophyl surfaktan dengan udara (A non p s – udara)–> arah ke atas. Ternyata A non p s – udara lebih besar daripada K p s – air, sehingga surfaktan dikatakan dapat menurunkan tegangan permukaan.

Selain itu, surfaktan sebagai anti busa. Busa harus dicegah dalam sediaan farmasi terutama emulsi karena dalam industri secara pabrikasi, pengisian botol melalui mesin. Pada mesin pengisi ada ukuran tinggi cairan dalam botol sebagai alat kontrol. Busa / sabun / detergen akan terjadi misel : sabun, air dan udara. Jika sabun dalam jumlah sedikit, berfungsi sebagai pembasah tapi jika sabun dalam jumlah berlebih akan terjadi busa. Pecahnya lapisan film dapat dipercepat dengan penambahan surfaktan.

Aplikasi Hidrophyl Lipophyl Balance (HLB) surfaktan dalam pengobatan dipakai untuk melarutkan Cholesterol, Trigliserida dan Asam Urat di dalam darah pada tubuh manusia. Trigliserida sebagai gugus non polar, kadar normal dalam darah adalah kurang dari 150 mg/dl. Cholesterol berasal dari karbohidrat yang telah disintesa oleh tubuh dan protein, kadar normal dalam darah adalah kurang dari 200 mg/dl. Asam urat kadar normal dalam darah adalah kurang dari 7 mg/dl. Harga normal tersebut diatas tidak mengikat tergantung kit insert / reagent yang dipakai.

 

 

B. Permukaan Self Cleaning

1. Metode pembuatan permukaan superhydrophobic

Hasil penelitian pada daun talas menunjukkan bahwa permukaan ini adalah permukaan kasar yang terdiri atas tonjolan-tonjolan kecil berukuran tinggi 5-10 µm dan terpisah sekitar 10-15 µm satu dengan yang lainnya. Kemudian para peneliti berusaha meniru struktur permukaan teratai dan talas untuk membuat permukaan superhydrophobic buatan. Untuk tahap komersialisasi, berbagai metode telah dipelajari dengan material dan proses yang berbeda-beda seperti metode sol gel, deposisi partikel berukuran nano  meter (sepersemilyar meter), sintesis partikel nano yang dapat menyusun diri sendiri, polymer grafting dan lain-lain. Namun pada dasarnya, teknik-teknik tersebut dapat dibagi menjadi 2 kategori:

  1. Mengasarkan permukaan yang berenergi permukaan rendah
  2. Melapisi permukaan kasar dengan material berenergi permukaan rendah[6].

2. Aplikasi permukaan superhydrophobic

Permukaan superhydrophobic memiliki aplikasi yang luas baik didunia industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Pada industri kelautan, kita dapat mengurangi biaya pemeliharaan kapal dengan menggunakan cat superhydrophobic untuk membuat pelapis anti fouling. Lapisan ini juga dapat mengurangi energi yang dibutuhkan kapal untuk pengiriman barang karena 50% biaya pelayaran adalah biaya bahan bakar. Penghematan energi dihasilkan dengan mengurangi gesekan yang terjadi pada lambung kapal dan air laut, sehingga secara tidak langsung mengurangi emisi bahan bakar, biaya pemeliharaan, biaya pengecatan dan meningkatkan kecepatan.

Lapisan superhydrophobic pada kaki nyamuk air (water strider) juga menginspirasikan ilmuwan untuk membuat robot yang dapat berjalan di air. Nyamuk air adalah salah satu serangga yang dapat bergerak paling cepat dan mengambang di air. Peneliti berusaha meniru lapisan ini dengan cara membuat robot yang sangat ringan yang dapat mengambang dan mendorong dirinya ke segala arah. Kunci sukses dari robot ini terletak pada tegangan permukaan yang terjadi antara permukaan air dan kaki robot.

Pada industri tekstil, superhydrophobic dapat diterapkan untuk membuat pakaian anti noda dan anti bakteri. Selain itu ia juga dapat digunakan untuk membuat cat rumah anti noda, cat automotif dan kaca self cleaning. Pada dasarnya, prinsip kerja dari semua aplikasi diatas adalah sama. Mereka memiliki permukaan yang sangat kasar dan energi permukaan yang rendah yang dapat mencegah air membasahi permukaan dan menciptakan sudut kontak yang besar. Kemudian, tetesan air cenderung membentuk bola dan melekatkan semua partikel yang berada didekatnya dan menggulingkannya.

.

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s