sintesis poliuretan dari minyak jarak pagar dan ... · perhatian sebagai sumber bahan bakar hayati...

Jarak pagar (

semak berkayu yang banyak ditemukan di daerah tropik. Tumbuhan ini dikenal

sangat tahan kekeringan dan mudah diperbanyak dengan stek. Walaupun telah

lama dikenal sebagai bahan pengobatan dan racun, saat ini ia makin mendapat

perhatian sebagai sumber bahan bakar hayati untuk mesin diesel karena

kandungan minyak bijinya.

Melihat potensi minyak jarak pagar, pemerintah Indonesia telah

mencanangkan pengembangan minyak jarak pagar sebagai sumber energi

terbarukan sampai tahun 2010 dengan me

pagar secara besar-besaran. Hal ini terkait dengan potensi tanaman jarak pagar

sebagai bahan bakar alternatif untuk menghemat cadangan minyak bumi yang

semakin menipis (Hambali

Biji (dengan cangkang) jarak

namun bagian inti biji dapat mengandung 45

analisis terhadap komposisi asam lemak dari 11 sampel jarak pagar, diketahui

bahwa asam lemak yang dominan adalah asam oleat, asam linoleat, asa

dan asam palmitat. Komposisi asam oleat dan asam linoleat bervariasi, sementara

dua asam lemak yang tersisa, yang kebetulan merupakan asam lemak jenuh,

berada pada komposisi yang relatif tetap (Heller 1996). Struktur kimia minyak

jarak pagar menurut Gubitz

Gambar 1 Stuktur kimia minyak jarak pagar

TINJAUAN PUSTAKA

Minyak Jarak Pagar

Jarak pagar (Jatropha curcas, Euphorbiaceae) merupakan tumbuhan




sebagai sumber bahan bakar hayati untuk mesin diesel karena

kandungan minyak bijinya.



terbarukan sampai tahun 2010 dengan melakukan pembudidayaan tanaman jarak

besaran. Hal ini terkait dengan potensi tanaman jarak pagar


semakin menipis (Hambali et al. 2006).

Biji (dengan cangkang) jarak pagar mengandung 20-40% minyak nabati,

namun bagian inti biji dapat mengandung 45-60% minyak kasar. Berdasarkan


bahwa asam lemak yang dominan adalah asam oleat, asam linoleat, asa




urut Gubitz et al. (1999) dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Stuktur kimia minyak jarak pagar

) merupakan tumbuhan




sebagai sumber bahan bakar hayati untuk mesin diesel karena



lakukan pembudidayaan tanaman jarak

besaran. Hal ini terkait dengan potensi tanaman jarak pagar


40% minyak nabati,

60% minyak kasar. Berdasarkan


bahwa asam lemak yang dominan adalah asam oleat, asam linoleat, asam stearat,




ambar 1.

Komposisi asam lemak dalam minyak jarak pagar (Jatropha curcas)

dibandingkan dengan asam lemak dari minyak sawit dan minyak kedelai,

memiliki beberapa kemiripan. Minyak jarak pagar didominasi oleh asam jenis

oleat dan asam linoleat, minyak sawit didominasi oleh asam palmitat dan asam

oleat sedangkan minyak kedelai didominasi oleh asam linoleat dan asam oleat

(Tabel 1).

Tabel 1 Komposisi asam lemak dalam minyak biji jarak pagar, minyak sawit, dan minyak kedelai

Asam lemak Minyak jarak pagar Minyak sawit Minyak kedelai Miristat Palmitat Stearat Arakidat Palmitoleat Oleat Linoleat Linolenat

14:0 16:0 18:0 20:0 16:1 18:1 18:2 18:3

0 – 0.1 14.1 – 15.3

3.7 – 9.8 0 – 0.3 0 – 1.3

34.3 – 45.8 29.0 – 44.2

0 – 0.3

0.9 – 1.5 39.2 – 45.8

3.7 – 5.1 0 – 0.04 0 – 0.4

37.4 – 44.1 8.7 – 12.5

0 – 0.6

- 2.3 – 10.6

2.4 – 6 - -

23.5 – 31 49 – 51.5 2 – 10.5

Sumber: Gubitz et al. (1999); Rios (2003)

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Adebowale dan Adedire

(2006), kandungan trigliserida dalam minyak jarak pagar (Jatropha curcas)

menggunakan sampel biji jarak dari Nigeria adalah sebesar 88,2%, digliserida

sebesar 2,5%, monogliserida 1,7%, asam lemak bebas 3,4%, lipid polar 2,0%, dan

sterol 2,2%. Komposisi asam lemak dan parameter fisiko-kimia berdasarkan

penelitian tersebut berturut-turut dapat dilihat pada Tabel 2 dan Tabel 3.

Tabel 2 Komposisi asam lemak minyak Jatropha curcas

Komposisi Persentase Asam palmitat (C16:0) Asam stearat (C18:0) Asam oleat (C18:1) Asam linoleat (C18:2) Asam arakidat (C20:0) Asam arakidoleat (C20:1) Asam behenat (C22:0)

11.3 17.0 12.8 47.3 4.7 1.8 0.6

Sumber: Adebowale & Adedire (2006).

Tabel 3 Parameter fisiko-kimia minyak Jatropha curcas

Parameter Nilai parameter Warna Massa jenis Indeks bias Asam lemak bebas (%) Bilangan asam (mg KOH/g) Bilangan saponifikasi (mg KOH/g) Angka Iod (mg.I2.g-1) Angka peroksida (mg reac.O2/g)

Merah keemasan 0.8601 1.4735

4.54 4.24

169.9 111.6

3.5 Sumber: Adebowale & Adedire (2006).

Menurut Shah (2003), biji jarak pagar mengandung 40-60% minyak. Sifat

fisik dan kimia dari minyak yang dihasilkan mirip dengan minyak kedelai. Sugita

et al. (2007b), melaporkan kromatogram GC-MS dari minyak jarak pagar

menunjukkan adanya kandungan asam lemak tak jenuh sebesar 55.14% yang

teridentifikasi dalam bentuk metil ester. Berdasarkan kromatogram, ester takjenuh

didominasi oleh metil palmitoleat, yaitu sebanyak 54.24%. Keberadaan ester tak

jenuh tersebut didukung oleh bilangan iodin metil ester jarak pagar sebesar

97.2574 g I2/100 g.

Epoksidasi dan Pembukaan Cincin Epoksida

Epoksida atau oksirana merupakan eter siklik yang beranggotakan tiga

buah atom. Keregangan cincin dalam molekul membuatnya lebih reaktif

dibandingkan dengan eter lainnya. Reaksi epoksida penting dalam sintesis

organik, karena epoksida yang terbentuk merupakan zat antara yang dapat diubah

menjadi beraneka ragam produk (Solomon 1980). Epoksidasi dengan

menggunakan hidrogen peroksida dan sejumlah katalis bersifat tidak toksik,

sehingga berpotensi untuk dikembangkan ke skala industri (Lane & Burges 2002).

Pereaksi nukleofilik sangat tidak reaktif terhadap alkena. Alkena dapat bereaksi

dengan nukleofil jika atom karbon yang memiliki ikatan rangkap mengikat gugus

penarik elektron yang kuat.

Senyawa epoksida sering dibuat dengan mereaksikan alkena dengan

perasam (asam perbenzoat, asam perasetat, asam mono perftalat dan lain-lain).

Mekanisme reaksi alkena dengan perasam telah dikemukakan oleh Bartlett dalam

Dryuk (1976), dimana perasam akan mentransfer atom oksigennya ke alkena.

Reaksi epoksidasi alkena dengan perasam merupakan reaksi ordo dua

dengan ordo satu untuk masing-masing reaktan (March 1992; Edenborough

1999). Lynch & Pausacker dalam Isaacs (1974) mendapatkan fakta bahwa reaksi

epoksidasi dipermudah oleh adanya gugus pendorong elektron pada alkena dan

oleh gugus penaruk elektron pada perasam. Hal ini merupakan bukti bahwa alkena

berfungsi sebagai nukleofil dan perasam sebagai elektrofil.

Pada dasarnya ada empat cara untuk menghasilkan epoksida dari alkena,

yaitu (1) epoksidasi dengan asam perkarboksilat, 2) epoksidasi dengan peroksida

organik dan anorganik, 3) epoksidasi dengan halohidrin, dan 4) epoksidasi dengan

molekul oksigen (Rios 2003). Metode pertama dan kedua lebih bersih dan efisien.

Sementara metode ketiga, penggunaan halohidrin sangat berbahaya terhadap

lingkungan dan membutuhkan perlakuan khusus. Pada cara keempat, molekul

oksigen memiliki selektivitas dan aktivitas yang bergantung pada katalis yang

mengandung unsur dari golongan IV-VIB menghasilkan selektivitas yang tinggi,

tetapi prosesnya lama, sedangkan untuk katalis yang mengandung unsur dari

golongan I, VII, dan VIIIB, proses epoksidasi berlangsung dengan cepat tetapi

dengan selektivitas yang rendah (Rios 2003).

Asam peroksida dibentuk melalui interaksi antara asam karboksilat dan

hidrogen peroksida. Reaksi ini dapat dipersingkat dengan menggunakan hidrogen

peroksida yang berlebih (Gall & Greenspan 1955). Pembentukan asam peroksi

dengan menggunakan hidrogen peroksida dapat dilakukan dengan empat cara

seperti yang dikemukakan oleh Kirk & Othmer (1965), yaitu asam peroksi asetat

atau format yang dibentuk terlebih dahulu dan asam asetat atau asam format yang

dibentuk secara in situ. Reaksi epoksidasi menggunakan teknik in situ memiliki

beberapa keuntungan, antara lain mengurangi pemakaian hidrogen peroksida dan

hemat biaya. Broshears et al. (2004), melaporkan senyawa okson dapat digunakan

untuk menghasilkan dimetil dioksirana secara in situ dari aseton. Dioksirana

kemudian mengoksidasi alkena menjadi epoksida.

Wood & Termini (1958) mengatakan bahwa proses epoksidasi biasanya

dilakukan pada suhu 65-75oC. Bila digunakan suhu yang lebih rendah akan

memperpanjang waktu epoksidasi dan menurunkan efisiensi epoksidasi. Hasil

penelitian Haya (1991) menunjukkan bahwa epoksidasi yang dilakukan pada suhu

100-105oC menghasilkan senyawa epoksida dengan kandungan oksigen oksirana

yang relatif lebih tinggi bila dibandingkan dengan suhu 65-75oC. Proses

epoksidasi dapat dipersingkat dengan penggunaan katalis seperti: Amberlite IR-

120 dan zeolit.

Campanella & Baltanas (2005), melaporkan reaksi epoksidasi minyak

kedelai yang memiliki komposisi mirip dengan minyak jarak pagar secara teoretis

dapat menghasilkan epoksida minyak kedelai dengan bilangan oksirana sebesar

5.5% yang setara dengan 0.34 mol oksigen tiap 100 g epoksida minyak kedelai

yang dimaksud. Mannari & Goel (2007) juga melaporkan bahwa epoksida minyak

kedelai dapat mencapai bilangan oksirana sebesar 4.2%.

Berdasarkan hasil-hasil penelitian di atas, diprediksi minyak jarak pagar

bila diepoksidasi memiliki kandungan bilangan oksirana sedikit lebih rendah dari

epoksida yang dihasilkan dari minyak kedelai. Nilai bilangan oksirana yang lebih

rendah memungkinkan diperolehnya bilangan hidroksil yang lebih rendah pula

jika dilakukan reaksi pembukaan cincin epoksida menjadi poliol. Poliol dengan

bilangan hidroksil yang lebih rendah memberikan keuntungan untuk aplikasinya

sebagai bahan baku pelapis.

Epoksida atau oksirana memiliki sifat kimia yang berbeda dengan eter.

Pada umumnya eter tidak reaktif tetapi epoksida sangat reaktif terhadap beberapa

pereaksi kimia. Cincin epoksida tidak memiliki sudut ikatan sp3 sebesar 109o,

tetapi sudut ikatannya hanya 60o, sehingga orbital yang membentuk ikatan tidak

dapat mencapai tumpang tindih secara maksimal. Hal ini menyebabkan cincin

epoksida menderita terikan cincin. Adanya polaritas ikatan C-O dan adanya

terikan cincin, mengakibatkan epoksida lebih reaktif dibandingkan eter lainnya

(Fessenden & Fessenden 1986).

Reaksi khas epoksida adalah reaksi pembukaan cincin. Pembukaan cincin

epoksida terjadi karena terputusnya satu ikatan antara karbon dan oksigen, yang

dapat berlangsung baik dalam suasana asam maupun basa (Gambar 2).

Campanella & Baltanas (2005), telah melakukan penelitian untuk membuka

cincin epoksida pada epoksida minyak bunga matahari dan epoksida minyak

kedelai menggunakan hidrogen peroksida dan H2SO4 98% sistem cair-cair (polar-

organik). Pembukaan cincin epoksida pada minyak nabati juga dapat dilakukan

dengan menggunakan asam akrilat (Fies et al. 2007).

OHO

OH

Nu

+H+

Nu�

Gambar 2 Mekanisme reaksi pembukaan cincin epoksida berkatalis asam

Pembukaan cincin epoksida juga dapat terjadi dalam suasana basa.

Walaupun atom oksigen merupakan gugus pergi yang kurang baik pada reaksi

SN2 namun akibat terikan cincin beranggota tiga dari epoksida reaksi pembukaan

cincin dapat terjadi. Nukleofil akan menyerang pada atom karbon kurang

terintangi untuk menghindari pengaruh sterik pada keadaan transisi. Penyerangan

nukelofil pada karbon memenuhi urutan karbon primer>sekunder>tersier (Royall

& Harel 1955).

Reaksi pembukaan cincin epoksida metil oleat telah dilakukan oleh Rios

(2003) dengan menggunakan metanol dan neopentanol pada suhu 60oC dengan

ragam nisbah metanol/epoksida 1/1 g/g dan 0.5/1 g/g untuk tiap-tiap penggunaan

katalis yang berbeda. Katalis yang digunakan adalah Amberlyst 15 dan SAC 13.

Hasil reaksi menunjukkan konversi total epoksida diperoleh setelah 60 menit

(rasio metanol/epoksida 0.5/1 g/g) dan 90 menit (rasio metanol/epoksida 1/1 g/g)

pada penggunaan katalis SAC 13 sedangkan pada penggunaan katalis Amberlyst

15 konversi epoksida total diperoleh setelah 180 menit (rasio metanol/epoksida

0.5/1 g/g) dan 440 menit (rasio metanol/epoksida 1/1 g/g). Peningkatan rasio

metanol/epoksida menghasilkan waktu reaksi yang lebih cepat.

Senyawa hidroksi eter merupakan senyawa utama yang diharapkan dari

reaksi pembukaan cincin epoksida metil oleat yang dilakukan oleh Rios (2003),

tetapi selektivitas pembentukan senyawa hidroksi eter bukan merupakan fungsi

yang linear dari konsentrasi reaktan, kekuatan asam dari katalis dan waktu reaksi.

Selain menghasilkan senyawa hidroksi eter reaksi pembukaan cincin epoksida

metil oleat juga menghasilkan senyawa keton, senyawa transesterifikasi hidroksi-

eter, dan senyawa transesterifikasi keton.

Menurut Mannari & Goel (2007), reaksi pembukaan cincin epoksida

dengan asam berbasa dua dapat menghasilkan senyawa hidroksi poliester,

sedangkan reaksi pembukaan cincin epoksida dengan asam karboksilat

menghasilkan senyawa beta-hidroksi ester (Gambar 3)

Hidroksi poliester

Beta-hidroksi ester

Gambar 3 Skema reaksi pembentukan hidroksi poliester dari epoksida

�

O

O

OH~~~OOC-R-COO

OOC-R-COO~~~

HO

HOOC-R-COOH+

�

O R-COOH+HO

OR

O

Poliol

Poliol merupakan bagian dari teknologi poliuretan yang penting setelah

isosianat. Poliol polieter (polipropilen glikol dan triol) yang memiliki bobot

molekul 400-10.000 mendominasi aplikasi busa poliuretan. Poliester poliol adalah

kelompok penting dari bahan baku uretan untuk aplikasi dalam bidang elastomer,

perekat dan lain-lain. Poliester poliol dibuat dari asam adipat dan etilena glikol

menjadi polietilen adipat atau butana diol dan asam adipat menjadi polibutilen

adipat. Beberapa struktur kimia poliol komersial ditunjukkan pada Gambar 4

(Kricheldorf et al. 2005).

Polypropylene oxide (PPO) poliol

Poliester polycaprolactone diol

Gambar 4 Struktur kimia poliol komersial

Poliol untuk aplikasi pelapis (coating), rigid foams, dan perekat

mengandung cincin aromatik pada strukturnya untuk meningkatkan rigiditas.

Poliol ini dapat mengkristal, dan hal ini merupakan aspek penting pada beberapa

aplikasi seperti perekat. Minyak castor adalah triol alami dengan bilangan

hidroksil 160 mg KOH/g (fungsionalitas = 2,7) (Kricheldorf et al. 2005).

Poliol yang dikembangkan khusus dari minyak nabati untuk aplikasi

pelapis dilaporkan oleh Mannari & Goel (2007). Penggunaan minyak nabati

sebagai bahan baku poliol memiliki beberapa keunggulan antara lain: cocok untuk

berbagai jenis permukaan, memiliki gugus fungsi reaktif untuk pengeringan

dengan crosslinker, memungkinkan untuk dimodifikasi, lebih murah, dapat

diperbaharui, dan tersedia secara komersial. Poliol yang berasal dari minyak

nabati dapat diaplikasikan untuk pelapis berbasis air (waterborne coating) dan

pelapis dengan konsentrasi padatan tinggi (high solid coating).

Poliol sebagai turunan senyawa yang mengandung gugus fungsi hidroksil

dapat berbentuk polimer dan oligomer yang merupakan senyawa antara yang

sangat bernilai untuk bahan pelapis sistem poliuretan, sistem pengering melamin

dan sistem termoset. Konversi minyak nabati menjadi poliol dapat dilakukan

dengan beberapa cara antara lain: epoksidasi dilanjutkan dengan hidrolisis,

alkoholisis, hidroformilasi dilanjutkan dengan reduksi, konversi mikrobial dan

fungsionalisasi poliol (Mannari & Goel 2007).

Reaksi alkoholisis dengan metanol (berlebih) terhadap epoksida minyak

nabati dengan adanya asam sebagai katalis dapat menghasilkan poliol. Gambar 5

menunjukkan reaksi epoksida minyak kedelai dengan metanol pada suhu refluks

metanol, katalis yang digunakan dapat berupa H2SO4, HBF4, atau zeolit asam

menghasilkan poliol dengan bilangan hidroksil 170-173 mg KOH/g (Ionescu

2005).

Poliol nabati

Gambar 5 Reaksi alkoholisis epoksida nabati menjadi poliol

Budi (2001) telah berhasil melakukan sintesis poliol dari minyak sawit

menjadi poliol dengan reagen H2O2 dan HCOOH dengan kondisi optimum reaksi

pada suhu 50oC, komposisi reaktan 40% minyak sawit netral dan waktu reaksi 2

jam. Poliol yang dihasilkan mempunyai bilangan hidroksil 148 mg KOH dan telah

dicoba untuk aplikasi dalam formulasi busa poliuretan. Karakteristik hasil

aplikasinya diperoleh busa berwarna kuning dengan sifat keras dan kaku dan busa

berwarna putih dengan sifat lembut dan fleksibel. Analisis serapan IR telah

digunakan untuk menjelaskan perbedaan karakteristik fisik tersebut.

Gugus hidroksil dalam resin poliol memiliki beberapa fungsi penting

dalam bahan pelapis sistem poliuretan (Massingill 2006). Fungsi dan

kegunaannya antara lain: gugus hidroksil berperan dalam crosslinking dengan

gugus lain, berpengaruh pada daya rekat terhadap substrat logam dan

meningkatkan kompatibilitas dengan berbagai jenis resin dan pelarut.

Poliuretan

Reaksi poliadisi antara isosianat (poliisosianat) dengan poliol akan

menghasilkan polimer yang lebih dikenal dengan poliuretan. Poliuretan yang

dihasilkan dari reaksi poliadisi ini sangat bervariasi dan kompleks. Kompleksitas

polimer disebabkan oleh banyaknya variabel yang mempengaruhi sifat-sifat fisik

akhir polimer. Sebagian variabel-variabel tersebut adalah:

1. Bobot molekul dan fungsionalitas poliol dan poliisosianat

2. Sifat-sifat kelarutan komponen dan hasil reaksi

3. Variasi pada kinetika reaksi poliadisi menyebabkan macam-macam efek dan

pengendaliannya

4. Penggunaan bermacam-macam katalis, surfaktan, aditif dan filler untuk

memodifikasi sifat-sifat fisik dan performa polimer.

Isosianat adalah komponen penting dalam teknologi poliuretan. Isosianat

yang biasa digunakan dalam pembuatan poliuretan ada dua jenis, yaitu isosianat

aromatis dan alifatis. Poliuretan yang dibuat dari isosianat alifatis mempunyai

warna yang stabil, tetapi isosianat alifatis kurang reaktif dibandingkan dengan

isosianat aromatis dan harga isosianat alifatis lebih mahal. Oleh karena itu, hampir

95% produk poliuretan dihasilkan dari isosianat aromatis, yaitu TDI, MDI dan

turunannya. TDI yang digunakan umumnya merupakan campuran dua bentuk

molekul yaitu isomer 2,4 dan 2,6 TDI dengan perbandingan 80:20 (Gambar 6).

Beberapa jenis triisosianat juga digunakan dalam aplikasi pelapis dan perekat

seperti trifenilmetana

Gambar

Isosianat aromatis kurang cocok untuk aplikasi pelapis dan aplikasi

lainnya yang dimungkinkan terkena radiasi sinar matahari dan pengaruh cuaca

yang berlebih karena dapat berubah menjadi kuning (

pelapis pada kondisi tersebut dibutuhkan isosianat jenis alifatis dan sikloalifatis.

Salah satu sikloalifatis isosianat yang populer adalah IPDI. Meskipun isosianat

aromatis dapat mengakibatkan

relatif tinggi karena menghasilkan tekstur lapisan film yang lebih keras

dibandingkan isosianat alifatis.

Reaktivitas yang tinggi dari senyawa isosianat disebabkan oleh struktur

elektroniknya yang dapat bereso

Reaktivitas suatu isosianat bergantung pada letak gugus isosianat dan jenis

molekul yang melekat. Prinsipnya umumnya isosia

daripada isosianat alifatis. Reakti

perbedaan reaktivitas dua grup gugus isosianat akibat kenaikan suhu.

Gambar

Reaksi antara isosianat dengan alko

reaksi yang paling penting dalam sintesis


a triisosianat (Thomson 2005).

Gambar 6 Strukur molekul isomer TDI



ena dapat berubah menjadi kuning (yellowing). Untuk aplikasi



aromatis dapat mengakibatkan yellowing, penggunaannya dalam teknologi pelapis


dibandingkan isosianat alifatis.

yang tinggi dari senyawa isosianat disebabkan oleh struktur

elektroniknya yang dapat beresonansi seperti ditunjukkan pada G

suatu isosianat bergantung pada letak gugus isosianat dan jenis

molekul yang melekat. Prinsipnya umumnya isosianat aromatis lebih reaktif

daripada isosianat alifatis. Reaktivitasnya juga bergantung pada suhu dan

itas dua grup gugus isosianat akibat kenaikan suhu.

Gambar 7 Struktur resonansi gugus isosianat

Reaksi antara isosianat dengan alkohol atau gugus hidroksil merupakan

reaksi yang paling penting dalam sintesis poliuretan. Menurut Ionescu (2005),




). Untuk aplikasi



penggunaannya dalam teknologi pelapis


yang tinggi dari senyawa isosianat disebabkan oleh struktur

nansi seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

suatu isosianat bergantung pada letak gugus isosianat dan jenis

nat aromatis lebih reaktif

itasnya juga bergantung pada suhu dan

itas dua grup gugus isosianat akibat kenaikan suhu.

hol atau gugus hidroksil merupakan

. Menurut Ionescu (2005),

reaksi isosianat dengan alkohol menghasilkan uretan termasuk reaksi eksotermis

(Gambar 8).

Isosianat alkohol uretan

Gambar 8 Reaksi isosianat dengan alkohol

Selain bereaksi dengan gugus hidroksil, isosianat juga dapat bereaksi

dengan gugus-gugus lainnya. Isosianat dapat bereaksi dengan asam-asam organik

membentuk senyawa antara yang tidak stabil yang terdekomposisi menjadi amida

dan CO2. (Gambar 9a). Isosianat bereaksi dengan HCl membentuk adduct yang

terdekomposisi kembali pada suhu tinggi (Gambar 9b). Reaksi isosianat dengan

anhidrida menghasilkan imida (Gambar 9c). Isosianat juga bereaksi dengan

epoksida menghasilkan senyawa siklis – oxazolidon (Gambar 9d).

Gambar 9 Reaksi-reaksi isosianat dengan gugus bukan hidroksil

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Isosianat uretan allophanat

∆H (24 Kcal/mol)�

�

Katalis dalam teknologi poliuretan memegang peran penting dalam

mengontrol reaksi poliol dan isosianat. Senyawa yang mengkatalisis reaksi poliol

dan isosianat dapat berjenis nukleofilik (misal: basa amina tersier, garam-garaman

dan asam-asam lemah) atau berjenis elektrofilik (misal: senyawa organometalik).

(Kricheldorf et al. 2005).

Pembentukan kompleks teraktivasi

N C OR'

NR3R3

+ R"OH N C OR'

NR3R3

H O R"

+HN C OR' +

OR"

NR3

Gambar 10 Reaksi pembentukan uretan berkatalis amina

Senyawa amina adalah salah satu jenis katalis yang sering digunakan

sebagai katalis reaksi poliol dengan isosianat. Mekanisme reaksi poliol-isosianat

dengan katalis amine diasumsikan terjadi melalui pembentukan kompleks

teraktivasi antara amina dan isosianat. Kompleks isosianat teraktivasi kemudian

bereaksi dengan alkohol membentuk produk antara. Produk antara selanjutnya

terdekomposisi menghasilkan uretan dan katalis terbentuk kembali (gambar 10).

Pada senyawa-senyawa yang mengandung gugus hidroksil dengan tingkat

keasaman yang tinggi, memungkinkan terjadinya transfer proton dari alkohol ke

amina.

Film Poliuretan

Suatu bahan pelapis (coating) terdiri dari binder (resin polimer), pelarut,

pigmen dan bahan pengisi (filler). Bahan pelapis poliuretan memiliki posisi

khusus di antara binder alami dan sintetik dalam industri bahan pelapis karena

R3N + R'NCO N C OR'

NR3

R3

N C OR'

NR3R3

memiliki daya rekat yang sangat baik terhadap berbagai bahan. Bahan pelapis

poliuretan dan varnisnya dapat dikelompokkan menjadi beberapa grup sebagai

berikut:

1. Sistem dua komponen, dimana satu komponen adalah poliisosianat dan

komponen kedua adalah poliol dengan aditif. Sistem ini dibuat dengan atau

tanpa pelarut.

2. Sistem satu komponen yang dapat kering dengan uap air disekitarnya. Sistem

ini dibuat dengan atau tanpa pelarut.

3. Sistem satu komponen yang mengandung campuran poliol dan blocked

isosianat. Pada temperatur yang lebih tinggi, isosianat teraktivasi dan bereaksi

dengan poliol. Powder coating termasuk dalam kategori ini.

4. Sistem urethan non reaktif yang mengandung poliuretan yang dilarutkan di

dalam pelarut. Sistem menjadi kering setelah pelarutnya diuapkan.

5. Uretan alkyds atau uretan oils.

6. Sistem Poliuretan yang terdispersi di air.

(Petrovic dalam Kricheldorf et al. 2005).

Sistem dua komponen merupakan salah satu kelompok yang cukup

berkembang. Dua komponen dalam sistem yaitu isosianat dan poliol serta aditif

dicampur kemudian dapat diaplikasikan dengan teknik aplikasi seperti kuas,

semprot, roller, dipping dan teknik lainnya. Persyaratan isosianat yang digunakan

dalam formulasi harus memiliki tekanan uap yang rendah, sebagai ganti dari

penggunaan isosianat murni, isosianat terpolimerisasi, isosianurat atau prepolimer

lebih disukai. Metilena diisosianat (MDI), juga digunakan dalam bentuk

monomernya karena memiliki tekanan uap yang rendah. Sebagai contoh isosianat

yang digunakan dalam industri coating adalah Desmodur L dari Bayer, yang

berbasis trimetilol propana dan toluena diisosianat (Kricheldorf et al. 2005).

Hasil aplikasi campuran poliol-isosianat atau lebih dikenal sebagai

poliuretan akan menghasilkan bahan pelapis dengan kualitas yang beragam.

Kualitas lapisan film yang dihasilkan bergantung pada beberapa hal antara lain:

jenis resin poliol, jenis isosianat, aditif yang digunakan, metode aplikasi yang

dipakai, dan bahan yang dilapis. Pengujian kinerja bahan pelapis dapat dilakukan

dengan menggunakan parameter standar yang menjadi acuan industri seperti

ASTM dan JIS (Japanese Industrial Standard). Jenis pengujian lapisan film

bahan pelapis yang sering dilakukan antara lain: daya kilap, tingkat kekerasan dan

daya rekat.

Daya kilap lapisan film pada teknologi bahan pelapis didefinisikan sebagai

banyaknya cahaya yang dipantulkan ke mata pengamat oleh permukaan lapisan

film (Talbert 2008). Semakin banyak cahaya yang dipantulkan oleh permukaan

lapisan film, maka daya kilapnya semakin tinggi. Tingkat kehalusan permukaan

lapisan film menentukan banyaknya cahaya yang dipantulkannya, sehingga

semakin halus permukaan lapisan film, maka daya kilapnya semakin tinggi. Daya

kilap diukur dengan alat fotoelektrik (glossmeter). Sudut refleksi dari glossmeter

dapat bermacam-macam yaitu: 20o, 45o, 60o, 90o, atau beberapa nilai lainnya.

Dalam penelitian ini digunakan glossmeter bersudut refleksi 60 o.

Tingkat kekerasan lapisan film adalah parameter yang penting dari bahan

pelapis. Tingkat kekerasan lapisan film bahan pelapis berhubungan dengan

kerapuhan dan permeabilitas terhadap air (Talbert 2008). Tingkat kekerasan

lapisan film bahan pelapis yang telah dikeringkan atau dalam proses pengeringan

dapat diukur dengan menggunakan pensil hardness (metode yang umum

digunakan). Tingat kekerasan lapisan film bahan pelapis berpengaruh terhadap

ketahanan mekanik dan fleksibilitas.

Selain daya kilap dan tingkat kekerasan lapisan film, daya rekat

merupakan parameter kualitas bahan pelapis yang penting. Tanpa daya rekat yang

cukup, lapisan film bahan pelapis yang memiliki daya kilap, tingkat kekerasan,

ketahanan terhadap bahan kimia yang baik menjadi tidak berguna, sehingga dalam

formulasi bahan pelapis, daya rekat perlu diperhatikan (Arthur 2007). Pengukuran

daya rekat umumnya dilakukan dengan menggunakan metode crosscut test.

Metode pengukuran daya rekat lainnya adalah dengan menggunakan tanda “X”

yang digoreskan pada lapisan film kemudian dihentakkan dengan selotif

berperekat khusus (Talbert 2008).

sintesis poliuretan dari minyak jarak pagar dan ... · perhatian sebagai sumber bahan bakar hayati...

Documents