Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
24
Universitas Indonesia
Penambahan Zat Aditif Asam Borat Untuk Meningkatkan
Performa Pelumasan Pada Gemuk Bio Kalsium Kompleks
Muhamad Rifqul Umam, Sukirno
1. Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok,16424, Indonesia
E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Pada penelitian ini telah berhasil disintesis gemuk bio kalsium kompleks yang ditambahkan dengan aditif asam borat. Gemuk yang dihasilkan berbahan dasar minyak kelapa sawit dan sabun kalsium kompleks sebagai thickening agent-nya. Sintesis gemuk tersebut dilakukan dengan cara melakukan reaksi saponifikasi antara sabun kalsium kompleks secara insitu dalam minyak RBDPO terepoksidasi menggunakan bejana bertekanan. Selanjutnya dilakukan pendinginan dan homogenisasi serta penambahan aditif asam borat yang divariasikan komposisinya: 0%, 1%, 3%, 5%, dan 7% dari berat gemuk. Pengujian terhadap gemuk bio yang dihasilkan meliputi uji penetrasi, uji dropping point dan uji four ball. Gemuk terbaik yang dihasilkan memiliki jumlah keausan terkecil yaitu 0.8 mg, pada penambahan asam borat sebanyak 5% berat. Kata kunci:
Gemuk Bio, Gemuk Bio Kalsium, Aditif Padat Asam Borat, Minyak Kelapa Sawit RBDPO
ABSTRACT In this research, complex calcium bio grease with solid aditif boric acid has been synthesized. Synthesized grease is made by palm oil and complex calcium soap as thickening agent. Synthesizing process of grease has done by doing saponification reaction of complex calcium soap in situ with RBDPO use pressurized vessel. Then, continued by cooling and homogenizing also adding boric acid as aditif which is variated their composition: 0%, 1%, 3%, 5%, and 7% wt. Performance test of produced grease include penetration test, dropping point test, and four ball test. The best grease produced is has minimum wear number: 0.8 mg, for 5% composition of boric acid.
Key words:
Bio Grease, Calcium Bio Grease, Boric Acid Additive, Palm Oil RBDPO
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Pendahuluan
Dewasa ini, perkembangan zaman menuntut terhadap segala hal yang
berhubungan dengan ‘green’ atau ramah lingkungan. Perkembangan pembuatan
gemuk sebagai pelumas semi-solid turut menyesuaikan dengan tuntutan dunia ini.
Berawal dari penggunaan minyak mineral sebagai base oil hingga minyak nabati,
dilanjutkan dengan penambahan zat aditif yang ramah lingkungan.
Salah satu gemuk pelumas yang berhasil disintesis dari minyak natural adalah
gemuk bio dengan base oil minyak kelapa sawit oleh Sukirno pada 2011.
Pemilihan minyak kelapa sawit sebagai base oil daripada minyak nabati lainnya
karena ketersediaanya yang melimpah di Indonesia. Pada tahun 2010 Indonesia
memiliki lahan perkebunan minyak kelapa sawit seluas 7,9 juta hektar dengan
produksi sebesar 21 juta ton pada tahun tersebut.
Penelitian mengenai gemuk bio juga telah dilakukan oleh Wulandari (2009) dan
Septy (2012) di Departemen Teknik Kimia FT UI. Kedua penelitian tersebut
berhasil membuat gemuk bio berbasis epoksida RBDPO (Refined Bleach
Deodorized Palm Oil) dan menggunakan thickener sabun kalsium kompleks.
Gemuk bio yang disintesis pada penelitian tersebut adalah gemuk bio kalsium
kompleks. Disebut gemuk kalsium dikarenakan penggunaan matriks pengikat
base oil yaitu thickener agent-nya berupa sabun kalsium kompleks yang terdiri
dari sabun kalsium tanpa kompleks (kalsium oleat) dan sabun kalsium asetat.
Performa pelumasan dari gemuk bio salah satunya dipengaruhi oleh zat aditif
yang digunakan. Salah satu zat aditif yang digunakan adalah asam borat. Pada
penelitian yang dilakukan oleh Michael R. Lovell diperoleh gemuk bio
menggunakan minyak dasar canola oil dan ditambahkan aditif serbuk asam borat.
Pada penelitian tersebut diperoleh gemuk bio dengan yang memberikan performa
antiwear dan anti friction yang baik. Selain itu, asam borat merupakan salah satu
aditif yang ramah lingkungan dan mudah untuk diperoleh. Oleh karena itu,
penelitian ini akan menggunakan asam borat sebagai zat aditif untuk gemuk bio
berbahan dasar minyak kelapa sawit dengan harapan memperoleh performa
pelumasan yang baik. Pada penelitian ini akan diuji sifat dropping point dan sifat
antiwear dari gemuk bio yang dihasilkan serta tingkat konsistensinya.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Tinjauan Teoritis
1. Pelumas Gemuk
Gemuk pelumas adalah pelumas semi-solid dari bahan dasar minyak pelumas
serta diberikan tambahan thickener agent yang berfungsi untuk mengurangi
gesekan dan keausan antara dua bidang permukaan yang saling bergesekan.
Secara umum, komposisi dari gemuk pelumas terdiri dari minyak dasar (base oil),
agen pengental (thickener agent), dan bahan tambahan (additive). Base oil
merupakan komponen utama yang berperan memberikan pelumasan pada gemuk,
tetapi dibutuhkan agen pengental untuk memberikan sifat konsistensi dan
membangun struktur gel. Thickener agent juga berfungsi untuk memerangkap
minyak (base oil) yang hilang pada kondisi operasi tertentu. Menurut adhvaryu et.
Al, 2004 komposisi campuran dari gemuk pelumas terdiri dari base oil sebesar
60-95%, thickener agent sebesar 5-25%, dan aditif sebesar 0-10%.
Base oil adalah bagian utama minyak pelumas yang berfungsi memberikan
pelumasan sesungguhnya dari gemuk. Thickener agent merupakan komponen
kedua yang berperan penting memberikan karakteristik konsistensi terhadap
gemuk. Jika dilihat secara miskrokopis thickener agent membentuk “jaring-jaring
tiga dimensi” atau “spons” yang menahan minyak pelumas pada tempatnya. Aditif
pada gemuk berfungsi untuk meningkatkan performa gemuk seperti nilai
dropping point, sifat anti wear, sifat anti aus, serta melindungi gemuk dari
permukaan pelumasan.
2. Fungsi Gemuk
Pelumas gemuk memiliki fungsi utama sepertihalnya pelumas pada umumnya
yaitu untuk mengurangi gesekan dan keausan antara dua bidang atau permukaan
yang saling bersinggungan atau bergesekan. Gemuk yaitu pelumas semi solid
memiliki kelebihan dibandingkan pelumas cair karena sifat konsistensinya yang
membuatnya tidak akan bocor karena gaya gravitasi ketika dioperasikan ataupun
akibat gaya sentrifugal. Oleh karena itu, gemuk sering dimanfaatkan sebagai
pelumas untuk benda atau alat yang bersentuhan langsung dengan lingkungan
luar. Selain itu, gemuk umumnya diaplikasikan pada:
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
1. Mesin yang pengoperasiannya tidak continous atau yang disimpan untuk
periode waktu lama.
2. Bagian mesin yang sulit diakses untuk pelumasan berkali-kali.
3. Mesin yang beroperasi pada kondisi ekstrem, seperti suhu dan tekanan
tinggi.
4. Komponen aus.
Selain itu, gemuk juga memiliki beberapa kelebihan dibanding pelumas cair,
seperti:
1. Gemuk dapat mencegah masuknya kontaminan karena fungsinya sebagai
penyekat.
2. Gemuk lebih tahan lama dibanding dengan pelumas cair.
3. Tidak perlu sering melakukan pelumasan ulang (re-lubrication).
4. lebih mudah digunakan dibanding pelumas cair.
5. Mengurangi terjadinya kontaminasi produk
6. Tidak perlu memonitor dan mengontrol ketinggian cairan pelumas
Selain memiliki kelebihan-kelebihan di atas, gemuk juga memiliki kekurangan
sebagai berikut :
1. Gemuk memiliki kemampuan pendinginan yang buruk dibanding pelumas
cair.
2. Tidak long-life storage, sehingga kualitas gemuk setelah penyimpanan
yang cukup lama akan menurun, dapat menjadi lembek, keras, gelap, atau
bau tengik.
3. Lebih mudah teroksidasi sehingga kualitasnya menurun
4. Pembuatan gemuk secara batch menyebabkan hasil yang tidak seragam
karena sulit diprediksi hasilnya.
3. Bahan Dasar Pelumas Gemuk
Bahan dasar penyusun pelumas gemuk terdiri dari base oil, thickener, dan
additive. Pembentukan pelumas gemuk terjadi melalui reaksi saponifikasi.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Gambar 1 Reaksi Saponifikasi Asam Lemak dengan Alkali
a. Base Oil (Lubricating Fluid)
Base oil merupakan komponen paling utama dan memiliki komposisi terbesar
dalam gemuk, yaitu sekitar 75-95%. Base oil yang biasa digunakan dalam
pembuatan gemuk dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis: minyak mineral,
minyak sintetis, dan minyak nabati.
a. Minyak Mineral
Minyak mineral adalah minyak hasil olahan fraksi distilat minyak bumi dan residu
minyak bumi yang memiliki titik didih di atas 300oC. Proses pengolahan minyak
bumi menjadi base oil minyak mineral melewati beberapa tahapan proses yaitu
proses distilasi vakum, ”sweetening”, hidrogenasi, dewaxing, dst. Berikut ini
adalah kelebihan dan kekurangan minyak mineral sebagai base oil.
Tabel 1. Kelebihan dan kekurangan minyak mineral sebagai base oil
Minyak Mineral Kelebihan Kekurangan
1. Rentang suhu operasi yang luas. 2. Memiliki sifat-sifat fisika dan
kimia yang mudah dikontrol 3. Mudah bercampur dengan zat
aditif
1. Ketersediaan yang semakin berkurang terkait dengan berkurangnya persediaan minyak bumi
2. Kurang biodegradable 3. Kecenderungan minyak mineral
membentuk bola-bola di atas permukaan pelat, sehingga menyebabkan terbatasnya suhu minyak mineral
b. Minyak Sintetis
Minyak ini merupakan minyak yang dibuat melewati proses sintesis kimiawi
antara senyawa-senyawa dengan berat molekul dan viskositas yang memenuhi
syarat sebagai base oil. Minyak jenis ini juga memiliki beberapa kekurangan dan
kelebihan sebagai berikut.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Tabel 2. Kelebihan dan kekurangan minyak sintesis sebagai base oil
Minyak Sintesis Kelebihan Kekurangan
1. Dapat dilakukan rekayasa struktur minyak sedemikian rupa sehingga diperoleh minyak sintesis dengan karakteristik sesuai harapan
2. Mempunyai tingkat kestabilan yang tinggi pada temperatur tinggi maupun rendah
1. Biaya proses produksi minyak sintesis yang tinggi
c. Minyak Nabati
Minyak nabati adalah minyak yang dihasilkan oleh tumbuh-tumbuhan. Minyak
jenis ini yang biasa digunakan sebagai base oil meliputi: minyak kelapa sawit,
minyak kacang kedelai, canola oil, minyak biji bunga matahari, minyak zaitun,
minyak jarak, dan sebagainya. Minyak nabati memiliki keunggulan berupa sifat
biodegradable serta foodgrade yaitu aman jika tidak sengaja masuk ke tubuh
manusia.
Salah satu minyak nabati yang paling banyak diproduksi di Indonesia adalah
minyak kelapa sawit. Menurut Sekjen Asosiasi Petani Kelapa Sawit Indonesia
(Apkasindo), Asmar Arsyad, luas area kebun kelapa sawit Indonesia pada 2012
mencapai 9.230 juta hektar dengan produksi CPO 28 juta ton, nilai ekspor 21.3
juta ton setara 23.8 juta dollar AS serta kebutuhan dalam negeri sekitar 10 juta
ton.
d. Epoksida
Epoksida adalah salah satu jenis ester (RO-O-R) yang memiliki cincin ester
beranggota tiga. Di dalam ester terdapat ikatan yang mirip dengan air dan minyak.
Selain itu, ester memiliki jenis ikatan rantai terbuka maupun siklik sedangkan bila
besar cincin (termasuk oksigen) terdiri dari lima anggota atau lebih, ester bersifat
mirip dengan ester terbuka padanannya. Ester bersifat kurang reaktif
dibandingkan dengan epoksida karena epoksida memiliki ukuran cincin yang
lebih kecil.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Reaksi epoksidasi merupakan jenis reaksi yang menyerang ikatan ganda karbon
pada alkena atau trigliserida dalam minyak sawit dan mengubahnya menjadi
epoksida/oksirana. Reaksi ini biasanya memanfaatkan asam format sebagai katalis
serta hidrogen peroksida sebagai oksidator. Reaksi ini memiliki dua tahapan
reaksi. Pada tahap pertama, terjadi reaksi oksidasi asam menjadi asam peroksida
oleh hidrogen peroksida, kemudian pada tahap selanjutnya terjadi reaksi
epoksidasi alkena oleh asam peroksida.
b. Thickening agent
Thickening agent atau thickener merupakan bahan pengental dalam pelumas
gemuk yang berfungsi untuk “memerangkap minyak” pada tempatnya. Ada 3
jenis mekanisme pemerangkapan minyak ini dalam base oil. Pertama,
pemerangkapan minyak terjadi melalui interaksi molekul antara thickening agent
dan komponen polar dari base oil. Mekanisme yang lain adalah terjadinya efek
kapiler dan perangkap mekanik. Menurut Boner (1976) dalam Modern
Lubricating Greases, interaksi antar molekul thickening agent dan base oil hanya
memerangkap sekitar 25% minyak base oil dalam gemuk, yang dapat dihilangkan
dengan pelarut tertentu (Czarny, 1995). Sisa minyak base oil diperangkap oleh
efek kapiler dan perangkap mekanik, yaitu dalam ruang antara jarring-jaring
gemuk. Minyak dalam ruang ini dapat dihilangkan dengan memberikan tekanan
mekanik, karena dimensi ruang di antara jaring-jaring akan berkurang.
Thickening agent bisa berupa sabun (soap) atau bahan bukan sabun (non-soap).
Seperti namanya, thickener berupa sabun merupakan bahan pengental yang
terbentuk melalui reaksi penyabunan (saponifikasi) antara asam lemak dan
alkali.o Asam lemak dapat berasal dari lemak hewani maupun nabati. Sedangkan
alkali yang digunakan pada umumnya adalah alumunium, kalsium, litium, dan
sodium.
Sabun terbentuk ketika asam lemak rantai pankang bereaksi dengan basa ligam
sehingga menghasilkan senyawa garam logam yang polar. Molekul polar pada
gemuk sabun membentuk jaringan berserat yang menahan minyak pelumas.
Penggungaan sabun (soap) sebagai thickener menghasilkan pelumas gemuk yang
mudah mencair. Perubahan yang terjadi pada sabun membuat seluruh struktur
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
gemuk ikut berubah. Suhu titik lebur sabun menunjukkan titik lebur gemuknya,
dan sebaliknya bagi gemuk itu sendiri. Sabun yang digunakan dalam pembuatan
gemuk umumnya berasal dari asam 12-hidroksi stearat (12-HAS). Asam 12-
hidroksi stearat umumnya diperoleh dari reaksi hidrogenasi minyak jarak hingga
hampir semua ikatan rangkap jenuh (Maskaev, 1971)
Thickening agent bukan sabun (non-soap) adalah bahan pengental yang tidak
menggunakan sabun, biasa digunakan untuk aplikasi-aplikasi tertentu.
Penggunaan pelumas gemuk yang berasal dari bahan bukan sabun tidak akan
menghasilkan gemuk yang mudah mencair. Apabila perubahan suhu yang terjadi
terlalu tinggi, pelumas gemuk hanya akan berubah menjadi lembek atau lunak.
c. Aditif
Aditif merupakan senyawa yang ditambahkan ke dalam gemuk untuk
meningkatkan performa pelumasan dari gemuk. Aditif ada yang berperan sebagai
friction modifier dan structure modifier. Aditif sebagai friction modifier
merupakan senyawa yang ditambahkan untuk mengurangi besarnya solid friction.
sedangkan aditif sebagai structure modifier adalah aditif yang berfungsi untuk
mempengaruhi interaksi molekul antara thickener dengan base oil sehingga
diperoleh gemuk dengan struktur yang diharapkan. Selain itu, beberapa aditif
ditambahkan dalam pelumas gemuk untuk meningkatkan karakteristik tertentu
dari gemuk
d. Aditif Asam Borat
Asam Borat (H3BO3) adalah salah satu bahan pelumas padat yang terkenal dan
memiliki kemampuan pelumasan yang baik tanpa membutuhkan teknik perolehan
yang mahal. Asam Borat sangat berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai aditif
pelumas karena keberadaanya yang sangat banyak dan aman bagi lingkungan. US
Environmental Protection Agency telah menetapkan bahwa asam borat tidak
diklasifikasikan sebagai polutan. Beberapa penelitian dilakukan untuk
mempelajari sifat-sifat pelumasan dari asam borat. Penelititan yang dilakukan
oleh Peterson et al., 1960, Johnson; Sliney, 1962, Erdemir et al., 1991 difokuskan
pada performa dari asam borat pada aplikasi temperatur yang tinggi.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Gambar 2.2 Struktur lamellar dari H3BO3
(Sumber: M. R. Lovell et al.)
Penelitian tersebut mengemukakan bahwa struktur datar inter-crystalline
yang unik dari asam borat menjanjikannya sebagai material pelumas padat yang
baik. Dari penelitian tersebut terbukti struktur unik tersebut memberikan
karakteristik high load carrying capacity dan low steady-state friction coefficient.
Penelitian penting lainnya telah menggunakan asam borat sebagai pelumas pada
proses manufaktur seperti forming, drilling, dan machining. Pada aplikasi
pembentukan logam (Branneen et al. 1990; Liang & Jahanmir 1995; Rao & Xie
2006), menunjukan bahwa asam borat memberikan friksi yang rendah (0,04)
antara permukaan alumunium dan alat pembentuk baja.
Asam borat dikenal secara umum sebagai senyawa asam lemah yang biasa
digunakan sebagai antiseptik, insektisida, flame retardant, neutron absorber, atau
precursor bagi senyawa lain. Asam borat bisa ditemukan dalam bentuk kristal
padat tak bewarna atau serbuk putih yang larut dalam air dan pelarut lainnya.
Asam borat juga diaplikasikan dalam pelumasan sebagai pelumas padat.
Oxygen
Boron
Hydrogen
Hydrogen Bond
Weak Interaction Between Lamellae
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Metode Penelitian
Dalam penelitian ini akan dilakukan pembuatan gemuk bio kalsium kompleks
dilanjutkan dengan uji karakteristik gemuk hasil percobaan melalui uji
penetration calue, dropping point, dan uji four ball. Berikut ini adalah diagram
alir penelitian yang akan dilakukan.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Mulai preparasi alat dan bahan
Epoksida RBDPO 90% + Sabun Kalsiumkompleks
Saponifikasi
Pendinginan
Homogenisasi
Penambahan Asam Borat
Uji karakterisasi gemuk bio
Gemuk NLGI #2 Dropping point
260°C, anti wear tinggi
Variasi komposisi aditif
padat
Base Oil RBDPO 10 %
Produk Gemuk bio
tinggi
Yes
No
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Pembuatan Gemuk
1. Penentuan Komposisi Gemuk
Sebelum membahas mengenai pembuatan gemuk, perlu ditentukan terlebih komposisi
gemuk yang akan dibuat. Komposisi gemuk adalah jumlah per satuan massa yang menyusun
gemuk secara keseluruhan dari masing-masing komponen penyusunya meliputi base oil,
thickening agent dan aditif. Thickening agent yang digunakan pada penelitian ini adalah
sabun kalsium oleat terepoksidasi yang berasal dari reaksi saponifikasi dari asam oleat
terepoksidasi dengan kalsium hidroksida digunakan pula pengompleks sabun kalsium asetat
yang berasal dari reaksi saponifikasi asam asetat dan kalsium hidroksida.
Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dibahas bahas sebelumnya diperoleh
komposisi gemuk yang akan diteliti yaitu jumal thickening agent tetap sebanyak 15% berat
komponen penyusunya (tidak termasuk agent pengompleks) dengan perbandingan mol
kalsium asetat dan kalsium oleat terepoksidasi (5:1). Pada penelitian ini variable yang
divariasikan adalah komposisi aditif asam borat yaitu 0%, 1%, 3%, 5%, 7%, dan 9% dari
komposisi penyusunnya. Pada penelitian ini juuga digunakan ekses Ca(OH)2.H2O sebesar 5
% dari berat Ca(OH)2.H2O stoikiometrik. (Wulandari, 2009; Zahir, 2013)
Berikut ini komposisi gemuk bio kalsium kompleks yang akan dibuat disajikan dalam
bentuk tabel.
Tabel 3 Komposisi Gemuk Bio Dengan Variasi Komposisi Aditif Asam Borat
Formulasi Gemuk & aditif asam borat Total Berat (gram) % asam borat 0% berat 1% berat 3% berat 5% berat 7% berat
Gram Gram Gram Gram Gram Base
oil+Thickener 200 198 194 190 186 968
Asam Borat 0 2 6 10 14 32 Total 200 200 200 200 200 1000
2. Prosedur Pembuatan Gemuk
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Pada penelitian ini pembuatan gemuk dilakukan dalam reaktor batch tertutup, yang
terdiri dari tiga tahapan kegiatan yaitu reaksi saponifikasi di dalam reaktor batch tertutup,
pendinginan dalam crystalizer, dan penghalusan gemuk menggunakan homogenizer.
Prosedur pembuatan gemuk melibatkan reaksi saponifikasi terlebih dahulu untuk
mendapatkan sabun kalsium kompleks yang digunakan sebagai thickener dalam
pembentukan gemuk.
Reaksi saponifikasi thickener ini dilakukan secara in situ dengan pendispersian sabun
(thickening agent) yang dihasilkan di dalam base oil. Berikut ini adalah prosedur pembuatan
gemuk secara lengkapnya:
1. Mencampurkan 90% minyak RBDPO terepoksidasi dan asam oleat terepoksidasi ke
dalam reaktor batch tertutup sesuai komposisi gemuk di atas.
2. Setelah itu reaktor ditutup, pengaduk dinyalakan sesuai kecepatan yang diperlukan
dan campuran dipanaskan hingga suhu 55°C. Selanjutnya menambahkan Ca(OH)2.
H2O secara perlahan-lahan.
3. Menaikkan suhu reaktor hingga 80°C kemudian menambahkan asam asetat sesuai
komposisi sampel.
4. Menaikan kembali suhu rekator hingga 165°C, kemudian menjaga temperaturnya agar
konstan selama 15 menit dengan tekanan (3 – 4 bar).
5. Menuangkan campuran sabun kalsium kompleks dengan base oil dari rekator ke
dalam crystalizer.
6. Mengaduk campuran dalam crystalizer, kemudaian memasukkan sisa minyak RBDPO
(10%).
7. Pengadukan terus dilakukan hingga suhu campuran turun menjadi suhu kamar.
Kristalisasi dilakukan dengan menggunakan mixer dengan mengkontrol putaran
pengaduk dari lambat hingga cepat mengikuti sifat konsistensi dari gemuk yang
dihasilkan yang semakin mengental.
8. Menambahkan aditif sesaat sebelum pangadukan dihentikan.
9. Memasukkan produk gemuk kalsium kompleks ke dalam homogenizer. Dalam
homogenizer, produk digiling untuk mendapatkan produk akhir gemuk dengan ukuran
partikel kecil dan homogen.
Hasil dan Pembahasan
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai hasil dan pembahasan yang terkait dengan
gemuk bio kalsium kompleks beraditif asam borat yang telah berhasil disintesa. Gemuk yang
dihasilkan divariasikan komposisi aditif asam boratnya yaitu sebanyak 0%, 1%, 3%, 5%, dan
7% dari berat total. Pembahasan dalam bab ini berkaitan dengan uji-uji yang dilakukan
terhadap gemuk tersebut yaitu meliputi uji tampilan fisik, uji mulur, uji dropping point, uji
penetrasi, serta uji four ball.
1.1 Uji Tampilan Fisik Gemuk
Tampilan fisik adalah karakteristik gemuk yang paling pertama dan mudah diamati.
Tampilan fisik yang diamati meliputi warna dan tekstur dari gemuk yang dihasilkan. Berikut
ini adalah gambar serta hasil pengamatan tampilan fisik dari kelima gemuk yang dihasilkan.
Gambar 4.1 Foto Sampel Gemuk Dengan Variasi Komposisi Asam Borat (a) 0%, (b) 1%, (c) 3%,
(d) 5%, dan (e) 7% Asam Borat
Tampilan warna dari gemuk dapat diamati dengan sangat mudah yaitu cukup
melihatnya dengan mata telanjang. Kelima gambar gemuk di atas menunjukan tampilan
warna yang sama yaitu krem kecoklatan. Kesamaan warna dari sampel gemuk yang
dihasilkan disebabkan oleh perbandingan mol jumlah komposisi agen pengompleks sabun
Ca-asetat dan Ca-oleat yang sama yaitu 5:1. Sedangkan, penambahan zat aditif asam borat
dari 1% hingga 7% berat total gemuk tidak merubah tampilan warna dari gemuk.
Tekstur dari gemuk dapat diamati dan dirasakan perbedaannya ketika sejumlah
sampel gemuk ditekan di antara ibu jari dan jari telunjuk kemudian perlahan-lahan dipisahkan
(Marth, 2008). Dengan cara tersebut masing-masing sampel dari kelima sampel gemuk yang
disintesa diuji tampilan teksturnya. Gemuk yang ketika ditarik sesudah ditekan terasa lengket
dan berserat merupakan gemuk yang lebih dipilih karena sifat lengketnya (tacky) serta
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
memberikan pelumasan yang lebih baik dibandingkan gemuk yang tidak lengket maupun
berserat.
Tekstur berserat dari gemuk merupakan hasil interaksi antara pengompleks sabun Ca-
asetat dengan pengental sabun Ca-oleat terepoksidasi sehingga membentuk jaring-jaring
yang memerangkap minyak dasar. Pada penelitian ini, kelima sampel gemuk memiliki tekstur
yang serupa yaitu lengket dan berserat. Hasil pengamatan menunjukkan tidak adanya
perbedaan tekstur yang mencolok antara kelima sampel tersebut. Komposisi jumlah sabun
Ca-oleat terepoksidasi dan jumlah pengompleks sabun Ca-asetat yang sama antara kelima
sampel tersebut menjadi penyebab tidak adanya perbedaan tekstur yang dimiliki oleh masing-
masing sampel. Sedangkan, penambahan zat aditif asam borat dari 1% hingga 7% berat total
gemuk juga tidak mempengaruhi tekstur dari gemuk.
1.2 Uji Penetrasi Gemuk
Uji penetrasi digunakan untuk mengukur sifat konsistensi dari gemuk. Konsistensi
adalah sifat ketahanan gemuk terhadap terjadinya deformasi yang disebabkan oleh suatu gaya
eksternal. Parameter uji penetrasi dinyatakan dalam bilangan penetrasi dimana semakin besar
bilangan penetrasi semakin berkurang sifat konsitensinya. Hasil dari pengamatan penetrasi
dari gemuk dapat dilihat pada grafik berikut ini.
Gambar 4.3 Grafik Bilangan Penetrasi Terhadap Variasi Penambahano Aditif H3BO3
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya pada pembahansan tekstur gemuk bahwa
struktur matriks dalam gemuk dipengaruhi oleh keberadaan molekul-molekul pengental
sabun Ca-oleat terepoksidasi dan pengompleks sabun Ca-asetat yang memerangkap minyak
dasar. Oleh karena itu, kelima variasi sampel gemuk yang berhasil disintesa memiliki nilai
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
konsistensi yang tidak jauh berbeda dalam rentang grade NLGI #2 karena penggunaan
pengental dan pengompleks dengan komposisi yang sama. Sedangkan, penambahan aditif
padat asam borat sebanyak 1% hingga 7% berat sampel tidak mempengaruhi struktur matriks
gemuk begitu pula tidak terhadap sifat konsistensi dari gemuk.
1.3 Uji Dropping point
Uji dropping point bertujuan untuk mengetahui pada suhu berapa gemuk akan
berubah fasa menjadi cair. Perubahan fasa terjadi akibat rusaknya jaring-jaring matriks pada
gemuk sehingga tidak mampu lagi memerangkap minyak dasar dari gemuk. Gemuk berubah
fasa menjadi cair sangat dipengaruhi oleh komposisi pengental sabun Ca-oleat terepoksidasi
dan pengental sabun Ca-asetat. Semakin banyak komposisi sabun pengental serta
pengompleksnya menyebabkan semakin sukar gemuk berubah fasa menjadi cair akibat
pemanasan. Perubahan fasa ini bersifat ireversible yaitu gemuk sudah tidak dapat digunakan
kembali akibat perubahan fasa yang permanen.
Suhu yang dicapai untuk meluruhkan atau mencairkan gemuk disebut dengan nilai
dropping point. Nilai dropping point gemuk yang dihasilkan dari penelitian ini disajikan
dalam grafik di bawah ini.
Grafik 4.2 Nilai Dropping Point Terhadap Variasi Komposisi Aditif Asam Borat
Nilai dropping point pada grafik di atas secara signifikan tidak berubah atau bisa
dikatakan konsisten. Nilai dropping point yang telah dicapai lebih baik daripada nilai
dropping point dari salah satu gemuk komersial yaitu hanya mencapai 195 °C.
Nilai dropping point dipengaruhi oleh struktur matriks di dalam gemuk yang
dipengaruhi pula oleh keberadaan pengental. Semakin banyak komposisi pengental di dalam
gemuk, semakin keras matriks yang memerangkap minyak dasar pada gemuk. Selain itu,
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
semakin banyak komposisi pengompleks kalsium asetat juga sangat memengaruhi tingkat
kekerasan dari matriks. Pada penelitian ini, komposisi sabun pengental kalsium oleat dan
pengompleks kalsium asetat yang digunakan adalah sama. Sedangkan, penambahan
komposisi aditif asam borat tidak memengaruhi struktur matriks dari asam borat. Oleh karena
itu, nilai dropping point dari masing-masing sampel tidak akan berubah seiring penambahan
aditif asam borat yang divariasikan dari 1% hingga 7% berat total gemuk.
1.4 Uji Four Balls
Uji Four balls dilakukan untuk mengetahui ketahanan aus suatu sampel gemuk.
Kemampuan suatu gemuk untuk memberikan perlindungan pada permukaan logam yang
bergesekan dilihat dari hasil uji four balls ini. Pada penelitian ini, nilai keausan diukur
sebagai selisih massa keempat bola bearing sebelum dan sesudah dilakukan uji. Semakin
kecil selisih pengurangan massa dari keempat bola bearing maka semakin baik kemampuan
gemuk dalam melindungi logam dari keausan. Berikut ini adalah grafik hubungan jumlah
keausan dengan variasi komposisi penambahan aditif asam borat.
Grafik 4.3 Pengaruh Variasi Komposisi Asam Borat Terhadap Jumlah Keausan Pada Uji Four Balls
Grafik di atas menunjukkan jumlah keausan yang semakin menurun seiring
penambahan aditif padat asam borat. Penambahan 5% asam borat tetrhadap berat gemuk
menunjukkan komposisi yang paling optimum. Selain komposisi aditif asam borat terhadap
gemuk, performa pelumasan dari gemuk beraditif asam borat dipengaruhi juga oleh ukuran
partikel dari asam borat yang digunakan.
Hasil dari uji SEM terhadap partikel padat asam borat menunjukkan ukuran partikel
asam borat yang tidak homogen melainkan ukurannya memiliki rentang 40 µm hingga 200
µm. Akan tetapi, jika dilihat dari gambar hasil uji SEM rata-rata ukuran partikel asam borat
adalah ±100 µm.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
(a) (b)
Gambar 4.3 Uji SEM dari Partikel Padat Asam Borat Perbesaran Hingga Skala
(a) 500 µm (b) 20 µm
Mekanisme kerja dari aditif padat asam borat ditinjau dari jenis ikatan antar
molekulnya mirip dengan aditif padat yang lain seperti MoS2, Graphite, serta Hexagonal
Boron Nitride. Keempat senyawa padat tersebut mempunyai ikatan struktur antar molekul
yang berbentuk lapisan-lapisan yang memberikan performa pelumasan sangat baik. Bahkan
sebelum dikenal sebagai aditif pada minyak pelumas atau gemuk mereka sudah biasa
digunakan sebagai pelumas solid.
Struktur lamellar kristal padat asam borat dapat dilihat pada gambar 4.2 (b). Pada
lapisan struktur yang sama terdapat ikatan antar atom berupa ikatan kovalen kuat yaitu ikatan
antar atom boron-oksigen dan hidrogen. Sedangkan ikatan yang terjadi antar lapisan yang
berdekatan adalah ikatan lemah van der Waals sehingga mampu menahan lapisan-lapisan
yang berdekatan tetap bersama pada posisinya. Tipe ikatan yang terjadi pada asam borat
tersebut memungkinkan asam borat untuk larut pada air dan pelarut lainnya. Oleh karena itu,
asam borat dapat berperan sebagai aditif padat yang baik pada gemuk. (M. R. Lovell, 2010)
Sifat pelumasan alami yang dimiliki oleh asam borat dipengaruhi oleh kemampuan
tiap-tiap lapisan untuk tetap meluruskan posisinya. Lapisan-lapisannnya dapat bergeser satu
sama lain sehingga memberikan sifat low friction (friksi yang lemah) dan self-lubricating.
Aditif padat asam borat berperan sebagai partikel yang menahan beban antara dua logam
yang bergesekan. Berikut ini ilustrasi mekanisme kerja dari aditif padat asam borat.
Permukaan Halus
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
(a)
(b)
Gambar 4.3 Skema Kontak Dua Permukaan Logam Dengan Adanya Pelumas Beraditif Asam Borat Dengan
Ukuran (A) Mikro (B) Mikro+ Sub Mikro
Gambar di atas menjelaskan skema pelumasan yang terjadi antara dua permukaan
logam yang bergesekan dimana salah satu permukaan adalah kasar. Gambar a menunjukkan
bahwa untuk aditif padat ukuran mikro belum dapat memasuki asperities atau ruang
kekasaran dari permukaan logam kasar. Sedangkan, gambar b menunjukkan bahwa ukuran
sub-mikro sudah cukup untuk memasuki ruang kekosongan dari lapisan logam kasar
sehingga friksi yang terjadi ketika kedua permukaan logam itu bergesekkan lebih kecil.
Gemuk berperan melumasi agar tidak langsung terjadi gesekan antara permukaan
logam. Partikel-pertikel mikro dari asam borat menambah fungsi gemuk yaitu turut menahan
agar kontak dua permukaan logam tidak terjadi secara langsung. Asam borat juga bersifat
larut terhadap gemuk sehingga keberadaannya tersebar secara merata dan ukuran partikelnya
akan lebih homogen daripada saat berbentuk kristal padat biasa.
Mekanisme yang terjadi ketika kedua permukaan logam itu bergesekan adalah
partikel-partikel mikro asam borat akan menahan kontak antar dua permukaan serta ikut
“menggelinding” sehingga tidak terjadi kontak walaupun permukaan salah satu logam kasar.
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, selain bisa melumasi sebagai partikel padat, asam borat
secara sekaligus mempunyai sifat low friction dan self lubricating dimana memberikan
performa lebih baik dalam melumasi. Kedua sifat tersebut dipengaruhi oleh bentuk struktur
kristal asam borat yaitu struktur lammenar yang memungkinkan lapisan-lapisan molekular
asam borat ikut bergeser ketika terjadi gesekan antar permukaan logam.
Permukaan Kasar
Permukaan Halus
Permukaan Kasar
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Kesimpulan
Hasil dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:
1. Gemuk bio kalsium kompleks dengan thickener asam oleat terbaik diperoleh pada
komposisi penambahan aditif asam borat 5% dengan NLGI grade #2, nilai dropping
point mencapai 285 °C, serta jumlah keausan paling kecil yaitu 0,8 mg.
2. Penambahan sejumlah komposisi aditif asam borat tidak mempengaruhi nilai
konsitensi, dropping point, serta tampilan fisik dari gemuk.
3. Penambahan sejumlah komposisi aditif asam borat meningkatkan performa anti wear
dari gemuk bio dengan komposisi paling optimum pada penambahan 5% aditif asam
borat.
4. Gemuk yang dihasilkan memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan gemuk oleat
atau gemuk stearat tanpa aditif dari penelitian sebelumnya.
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015
Daftar Referensi
[1] Adhvaryu, A., Erhan, S. Z., dan Perez, J. M.. 2004. Preparation of Soybean Oil-Based
Greases: Effect of Composition and Structure on Physical Properties. Journal of Agricultural
and Food Chemistry, 52. 2004.pp. 6456-6459
[2] Anugrah, Ikhsan. 2013. Penambahan Partikel Nano CaF2 sebagai Aditif Padat untuk
Meningkatkan Kualitas Sifat Pelumasan Gemuk Bio Kalsium Kompleks. Skripsi Departemen
Teknik Kimia FTUI, Depok
[3] Czarny, R. 1995. Effect of Changes in Grease Structure on Sliding Fraction. Industrial
Lubrication and Tribology, 47. P. 3-7.
[4] Damera, N. R., Pasam, V. K. 2008. Performance Profiling of Boric Acid as Lubricant in
Machining. India: ABCM.
[5] Landsdown, A. R. 1982. Lubrication: A Practical Guide to Lubricant Selection. United
Kingdom: Pergamon Press.
[6] Lovell, Michael R., Kabir, M. A., Menezes, Pradeep L., Higgs III, C. F. 2010. Influence of
boric acid additive size on green lubricant performance. USA: Royal society publishing.
[7] Maskaev, et al. (1971). Preparation of 12-Hydroxstearic Acid The Raw Material for
Plastic Greases. Khimiya i Tekhnologiya Topliv i Masel, 2. pp.21-24.
[8] Rush, R. E. 1997. A Review of the more Common Standard Grease Test in Use Today.
Journal of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers, 53. pp 17-26.
[9] Stachowiak, G.W.& Batchelor, A. W. 2008. Engineering Tribology 3rd Edition. New
York: Elsivier.
[10] Sukirno. 2011. Pembuatan Gemuk Bio Menggunakan Minyak Sawit Termodifikasi
sebagai Minyak-Dasar. Disertasi Departemen Teknik Kimia FTUI, Depok
[11] Wulandari, Maria. 2009. Pembuatan Gemuk Bio Foodgrade Menggunakan Thickener
Sabun Kalsium Kompleks. Skripsi Departemen Teknik Kimia FTUI, Depok
Penambahan zat..., Muhamad Rifqul Umam, FT UI, 2015