Rabu, 08 Februari 2012

PENGARUH SURFAKTAN KATIONIK PADA KARAKTERISTIK ADSORBSI SURFAKTAN ANIONIK DIPERMUKAAN SELLULOSA 0leh : Isti Pudjihastuti dan Heny Kusumayanti

Abstrak :
Kesetimbangan dan kinetika adsorbsi tentang natrium dodesilbenzenesulfonat (NaDBS) pada permukaan sellulosa saat ini sedang banyak diteliti. Modifikasi dalam induksi adsorbsi oleh surfaktan kationik cethyltrimethyllammonium bromide (CTAB) saat ini banyak digunakan.Dari segi penggunaan dalam detergensi campuran anionik- kationik sangat menarik untuk dipelajari. Penelitian adsorbsi menunjukkan bahwa pada permukaan sellulostik terdapat baik hidrofobik maupun muatan elektrik yang bermuatan negatif. Fraksi mol CTAB 0,04 mencapai nilai optimum jika salah satu menggunakan campuran surfaktan nilai 0,04 yang tergantung pada panjang rantai surfaktan, laju dan banyaknya adsorbsi sangat berpengaruh dalam penelitian detergensi.
Kata kunci: “adsorbsi”, “surfaktan campuran”


1. Pendahuluan
Adsorbsi surfaktan natrium dodesilbenzene- sulfonat (NaDBS) sangat menarik dalam detergensi karena fenomena ini merupakan bahan utama pada sebagian besar formulasi detergen [1]. Jumlah surfaktan serapan memiliki hubungan searah dengan kebersihan pabrikasi dan metode peningkatan adsorbsi ini akan sangat diterima khalayak.
Salah satu metode untuk mencapainya adalah dengan menyatukan surfaktan- surfaktan lain kedalam proses formulasi[2]. Rancangan system surfaktan campuran untuk aplikasi biasanya dilakukan dengan coba coba [3] dan pada literature umumnya campuran surfaktan anionic-nonionik telah diselidiki [4-8]. Namun demikian, penelitian tentang campuran surfaktan kationik-anionik sangat sedikit dikarenakan “ketakutan pengendapan”. Huang dkk [9] telah menyelidiki adsorbsi surfaktan kationik pada permukaan silica dari campuran anionic-kationik. Mereka mengobservasi bahwa jumlah serapan kationik meningkat dengan adanya surfaktan anionic. Patist dkk [10] mempelajari adsorbsi dari campuran dan menyimpulkan bahwa pada perbandingan 3:1 dan 1:3 komposisi susunan struktur heksagonal padat terbentuk dipermukaan antar muka.
Pada makalah kali ini, kami penyelidiki pengaruh cethyltrimethylammonium bromide (CTAB) pada adsorbsi NaDBS dipermukaan sellulosa. Penelitian ini merupakan wujud ketertarikan pada detergensi dari 2 sudut pandang. Surfaktan kationik dikenal untuk bakteriside [11] dan pelembut pakaian [12] serta rancangan penyatuan 2 karakteristik ini kedalam formulasi detergent akan menarik minat banyak peneliti.

2. Metode Penelitian
1). Bahan
Surfaktan anionic, natrium dodesilbenzene- sulfonat. Surfaktan non-ionik, poly-oxyethylene, glycoltert-octylphenyl eter (TritonX-100 atau TX-100) . NaDBS dan TX-100 digunakan tanpa adanya pemurnian. Surfaktan kationik, cethyltrimethylammonium bromide direktristalisasi 2 kali dari campuran aseton methanol (3:1) sebelum digunakan [13]. Adsorben yang digunakan adalah kertas saring bebas abu whatman- 40 diameter 9 cm. Daerah permukaan BET multipoint (adsorbsi N2) adalah 16,5 m2/gr. Selain itu juga digunakan air destilasi pH 5,6 dengan konduktivitas 1,2μS.

2). Prosedur
Kertas saring dicuci dengan aquadest untuk menghilangkan kotoran dan ion-ion terlarut dari kertas saring hingga konduktivitas air bilasan sebanding dengan konduktivitas aquadest. Kemudian kertas saring dikeringkan dalam oven selama 1,5-2 jam pada temperature 50oC hingga berat kertas saring konstan.Konsentrasi NaDBS ditentukan dengan cara mengukur absorbansi UV pada panjang gelombang 223 nm menggunakan UV-Vis spektrofotometer. Juga digunakan sel kaca kuarsa (Hellma) dengan panjang lintasan 10 mm. Tegangan permukaan diukur menggunakan Du- Nouy ring tensiometer. Konduktivitas diukur dengan auto- ranging konduktivitas meter yang memakai konstanta sel, k = 1.
Untuk penyelidikan adsorbsi, larutan surfaktan tunggal dengan konsentrasi yang diinginkan dipersiapkan dengan mengencerkan larutan pekat yang tersedia. Sejumlah surfaktan kedua lalu ditambahkan kedalam larutan ini pada 12 jam awal di masing masing percobaan adsorbsi untuk mencapai kesetimbangan. Untuk masing masing percobaan, digunakan 0,580 gram kertas saring yang telah dipotong menjadi bagian bagian kecil. 10 ml larutan surfaktan digunakan disetiap percoban. Sistem diaduk pelan dengan cara mengocok botol botol kaca. Seluruh percobaan dilakukan pada temperature 25oC. Percobaan diulang sedikitnya 3 kali dan data rata rata dapat ditentukan.
Perhitungan adsorbsi diselesaikan dalam 5 rasio campuran yang berbeda, 50:1,25:1, 20:1, 15:1 dan 10:1 (mol anionic : mol kationik). Konsentrasi surfaktan dipilih dibawah system surfaktan CMC campuran dan tunggal. Dalam campuran anionic- kationik terdapat tendensi untuk membentuk presipitasi dan hal ini dihindari dengan cara bekerja dibawah CMC, dimana memungkinkan untuk mempelajari pada rentang rasio pencampuran yang lebih luas.
Studi evaporasi dilakukan dengan mengambil 10 ml larutan ke dalam beker glass dan menjaganya pada kondisi tertutup untuk meminimalisasi adanya pengaruh debu. Temperatur ruang dijaga 25oC. kehilangan berat karena evaporasi diukur dengan mengendalikan berat awal dan akhir pada waktu yang diinginkan.

3. Hasil dan Pembahasan.
1). Pengukuran Kinetik
Gambar 1 menunjukkan bahwa jumlah NaDBS yang diserap pada waktu tertentu selama percobaan konstan pada 0,2 mM. Hasil ditentukan dalam mg NaDBS yang diserap per gram kertas saring . Percobaan ini diselesaikan dalam 3 kondisi.
a. NaDBS dan CTAB dicampur untuk mencapai konsentrasi 0,2 dan 0,02 mM, masing masing pada larutan untuk adsorbsi.
b. CTAB di pre-adsorb (menggunakan larutan 0,02 mM) pada kertas saring , cuci
sekali, sebelum NaDBS diserap
c. Kertas saring hasil pre-adsorb CTAB dicuci 10 dan 3 kali menggunakan aquadest awal adsorbsi dari larutan NaDBS


Gambar 1. Perbandingan peningkatan antara NaDBS (0,2mM), NaDBS/CTAB (pada perbandingan mol 10:1) dan NaDBS (0,2mM) dengan kertas penyaring pre adsorpsi dalam larutan 0,02 mM larutan CTAB

Khusus untuk NaDBS, proses adsorbsi berlangsung lemah. Alasannya kemung kinan besar karena permukaan sellulosik bermuatan negative (~ - 28 mv) dan dimana adsorbsi kelompok utama bermuatan negative pada surfaktan bertentangan.
CTAB memiliki muatan positif dan pada proses adsorbsi dimungkinkan untuk mengubah muatan negative menjadi hidrofobik. Kemungkinan ini ditunjukkan dengan perlakuan awal pada permukaan oleh larutan CTAB. Hal ini memberitahukan bahwa laju adsorbsi dan juga jumlah zat terserap pada seketimbangan meningkat. Sungguh menarik untuk diketahui bahwa peningkatan ini tetap terjadi meskipun kertas saring telah dicuci hingga 10 kali.


Gambar 2. Perbandingan peningkatan adsorpsi antara NaDBS (0,2mM), campuran NaDBS TX-100 (perbandingan mol 10:1) dan NaDBS (0,2mM) dengan kertas saring pre adsorpsi dalam larutan 0,02 mM TX-100

Aspek ini memiliki implikasi praktik. Surfaktan kationik yang digunakan sebagai pelembut pakaian akan menarik untuk diteliti apakah effisiensi detergensi pada pencucian selanjutnya setelah proses pelembutan akan meningkat.
Gambar 1 juga menunjukkan peningkatan dalam adsorbsi setelah pencampuran surfaktan NaDBS dan CTAB pada larutan. Peningkatan baik laju maupun jumlah cukup kecil dibandingkan dengan permukaan perlakuan pendahuluan. Alasan utama dari perbedaan ini ialah karena surfaktan kationik dan anionik dalam campuran, membentuk pasangan ion dan memiliki sifat seperti surfaktan yang hampir tidak bermuatan dan oleh karena itu adsorbsi menjadi lebih kecil dari pada CTAB. Kenampakan adsorbsi berhubungan dengan interaksi hidrofobik. Hal ini dapat diketahui dengan studi adsorbsi menggunakan surfaktan non ionikTrition-X (TX-100). Hasil ditunjukkan pada Gambar 2, hal ini menarik untuk diketahui bahwa peningkatan dalam adsorbsi untuk rasio NaDBS : TX-100 sebesar 10:1 (dengan konsentrasi yang sama untuk CTAB pada Gambar 1) hampir sama dan pencucian serta perlakuan pendahuluan telah dilakukan sebelumnya memberikan hasil yang hampir sama juga.
Informasi penting yang kami dapat dari penelitian ini adalah, untuk meningkatkan adsorbsi NaDBS maka akan lebih baik dilakukan perlakuan pendahuluan pada permukaan menggunakan CTAB dari pada mencampur formulasi yang sama. Pada kasus selanjutnya formasi pasangan ion menghambat adsorbsi pada bidang bermuatan.

2). Studi Kesetimbangan.
Studi ini diselesaikan untuk menghitung peningkatan dalam adsirbsi NaDBS oleh surfaktan lain seperti CTAB. Untuk mencapai aspek ini , kami menentukan ”faktor peningkatan (E)”.
τcampuran - τ NaDBS
E = _______________________ x 100
τ NaDBS
Yang diukur dalam persen efisiensi peningkatan τ NaDBS dan τ campuran adalah jumlah kesetimbangan yang diserap dalam mg/gram NaDBS dari larutan yang hanya mengandung NaDBS dan dari larutan yang mengandung campuran.
Gambar 3 menunjukkan peningkatan dalam adsorbsi dipengaruhi oleh CTAB pada konsentrasi yang berbeda yaitu 0,15; 0,2 dan 0,25 mM NaDBS. Peningkatan yang diamati tidak hanya linier namun juga menunjukkan puncak pada fraksi mol CTAB 0,04. Beberapa pengamatan pada sistem lainnya ditandai oleh formasi menyerupai struktur berjenis heksagonal padat diatas permukaan adsorbent [10]. Puncak pada fraksi mol 0,04 tidak bersesuaian dengan struktur padat dan sejauh ini kita tidak memiliki penjelasan apapun. Namun demikian, hal ini menunjukkan bahwa penggabungan CTAB ke dalam formulasi konsentrasi optimum dapat dicapai pada fraksi mol 0,04.

Gambar 3. Peningkatan adsorpsi (E) dari NaDBS pada konsentrasi yang berbeda dari CTAB

Untuk menguji jika nilai 0,04 berhubungan dengan interaksi kelompok utama maka kami menggunakan MTAB dalam percobaan, dimana berada dalam kelompok yang sama dengan CTAB akan tetapi memiliki panjang rantai yang lebih kecil.

Gambar 4. Peningkatan adsorpsi (E) dari NaDBS pada konsentrasi yang berbeda dari MTAB

Gambar 4 memperlihatkan tidak adanya puncak dalam hubungan E vs fraksi mol yang menunjukkan bahwa fenomena ini juga bergantung pada bagian hidrofobik.



Gambar 5. Plot dari tekanan permukaan dari campuran NaDBS/CTAB pada perbandingan campuran NaDBS/ CTAB

Gambar 5 menunjukkan pengaruh penambahan CTAB pada tegangan permukaan dalam konsentrasi yang telah ditentukan 0,2 mM NaDBS. Selain itu juga menunjukkan lonjakan pada rasio 0,04 dan mengindikasikan daerah per molekul rendah.

4. Kesimpulan
Campuran anionik-kationik sangat menarik dari sudut pandang penggunaannya dalam detergensi. Penelitian adsorbsi menunjukkan bahwa pada permukaan selulostik terdapat baik hidrofobik maupun muatan elektrik yang bermuatan negatif. Melakukan perlakuan awal pada permukaan dengan penggunaan kationik untuk meningkatkan baik laju maupun banyaknya adsorbsi kemudian menggunakan campuran surfaktan kationik – anionik pada formulasi. Fraksi mol CTAB 0,04 mencapai nilai optimum jika salah satu menggunakan campuran surfaktan nilai 0,04 ini bergantung pada panjang rantai surfaktan.



5. Daftar Pustaka.
• Shiloach, D. Blankschtein, Langmuir 14 (1998) 1618 [3]
• D. N Rubingh, Ctionic surfactans - physical chemistry, in D.N. Rubingh, P M Holland (Eds), Marcel Dekker, 1991, Chapter 10,p 469. [11]
• H T Patterson, T H Grindstaff, Surface characteristics of fiber and textilis Part II, in M J Shick (Ed), Marcel dekker, New York, 1977 chapter 12, p 448. [10]
• H. Schott, detergency theory and test methods, Part I, in : W.G. Cutler, R.C Davis (Eds), Marcell Dekker, New York, 1972 (chapter 6). [13]
• J.F. Scamehorn, RS Schechter, WH Wade, J Colloid Interf Sci, 85 (1982) 494. [7]
• N William,Fundamentals of Detergency, Reinhold, New York, 1950 [1]
• P. Somasundaran, E.Fu.Q.Xu, Langmuir 8 (1992) 1065. [6]
• P. Somasundaran, L.Huang, Polish J Chem. 71 (1997) 568. [4]
• Q. Xu. T V Vasudevan, P. Somasundaran, J. Colloid Interf. Sci, 142 (1991) 528. [8]
• S. Verma, V.V. Kumar, J.Colloid Interf.Sci.1(1998) 207 [2]
• T. R desai, S. Dixit .J, Colloid interf. Sci, 179 (1996) 544. [12]
• Ygao, C.S.Lu.Gu, T.Gu. J.Colloid Interf. Sci, 100 (1984) 581. [5]
• Z. Huang, Yan T Gu Colloid surf, 36 (1989) 353. [9]

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar