## Pengaruh Konsentrasi Surfaktan Non-Ionik Terhadap Viskositas Perekat Polivinil Asetat Berbasis Air

## [Effect of Non-Ionic Surfactant on Water-Based Adhesive Viscosity]
Rony Pasonang Sihombing * , Robby Sudarman, Agustinus Ngatin
Department of Chemical Engineering, Politeknik Negeri Bandung
* Corresponding author: rony.pasonang.sihombing@polban.ac.id
ABSTRACT. Substrate combining could be done by using adhesive. In Indonesia, especially industrial field, solvent base  adhesives  were  still  being  developed.  This  kind  of  adhesive  was  not  environmental  friendly  and  not  safe handling. Therefore, Polyvinyl Acetate (PVAc) water-based adhesive was prepared as an outcome of this research as one of solution to overcome the problem above. Effect of surfactant concentration on the viscosity was aimed at this research. Semi continuous polymerization with stirring motor rates on 50 – 500 rpm was used (optional). Pressure of 1 atm, 75 0 C temperature, 5 – 6 hours reaction time for each was used as polymerization operation in this  research.  Vinyl  Acetate  Monomer  (VAM),  partial  hydrolysis  Polyvinyl  Alcohol  (PVOH),  water,  Ammonium Persulfate  (APS)  were  prepared  as  raw  material.  NP-10  and  NP-06  were  non-ionic  surfactants  which  each concentration was varied in this research. Water-based adhesive with NP-06 concentration variation resulting in viscosity  from  98  m.Pa  for  0.17  %wt  concentration  to  213  m.Pa  for    0.68  %wt  concentration.  While  NP-10 concentration variation resulting viscosity from 143 m.Pa  for 0.17 %wt to 321 m.Pa for 0.68 %wt concentration. Therefore, adhesive with NP-10 surfactant concentration variable has a higher viscosity rate than NP-06 ones.
Keywords: Water-based adhesive, non-ionic surfactant, adhesive viscosity
ABSTRAK. Penyatuan substrat dapat dilakukan dengan menggunakan perekat. Di Indonesia, khususnya di dunia industri,  perekat  berbasis  pelarut  organik  masih  banyak  dikembangkan.  Perekat  jenis  ini  tidak  aman  bagi lingkungan dan juga kesehatan. Oleh karenanya, perekat Polivinil Asetat (PVAc) berbasis air dibuat sebagai luaran penelitian  sebagai  salah  satu  solusi  mengatasi  masalah  diatas.  Efek  konsentrasi  surfaktan  terhadap  viskositas dijadikan tujuan penelitian ini. Proses yang digunakan adalah polimerisasi semi kontinyu dengan pengadukan 50 – 500 rpm (opsional). Kondisi operasi yang digunakan antara lain tekanan 1 atm, suhu 75 o C, waktu sintesis 5 - 6 jam  untuk  tiap  variabelnya.  Vinil  Asetat  (VAM),  Polivinil  Alkohol  (PVOH)  jenis  hidrolisis  parsial,  air,  Ammonium Persulfat  (APS)  merupakan  bahan  baku  yang  dipakai  dalam  penelitian  ini.  Sedangkan  NP-10  dan  NP-06 merupakan surfaktan non-ionik yang konsentrasinya divariasikan dalam penelitian ini. Konsentrasi PVAc dibuat mulai 0% wt hingga 0.68% wt. Pada kondisi 0%, viskositas PVAc yang dihasilkan 143 m.Pa. Perekat berbasis air dengan variasi konsentrasi NP-06 memiliki hasil viskositas 98  m.Pa untuk konsentrasi 0.17 %wt hingga 213 m.Pa untuk  konsentrasi  0.68  %wt.  Sedangkan  variasi  konsentrasi  NP-10  memiliki  hasil  viskositas  143  m.Pa  pada konsentrasi  0.17%  wt  hingga  321  m.Pa  pada  konsentrasi  0.68  %wt).  Sehingga  perekat  dengan  variabel konsentrasi surfaktan NP-10 memiliki variasi viskositas lebih tinggi daripada NP-06.
Kata kunci: Perekat berbasis air, surfaktan non-ionik, viskositas perekat
Riwayat artikel: Diterima 8 September 2020, Disetujui 22 Oktober 2020 Cara  sitasi: Sihombing,  R  P.,  Sudarman,  R.,  &  Ngatin,  A.  (2020).  Pengaruh  Konsentrasi  Surfaktan  Non-Ionik    Terhadap  Viskositas Perekat Polivinil Asetat Berbasis Air. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia , 6(3): 165-170. DOI: https://doi.org/10.22487/kovalen.2020.v6.i3.15278

## LATAR BELAKANG
Di  Indonesia,  jenis  perekat  berbasis pelarut  organik  masih  banyak  ditemukan. Berdasarkan  data  statistik,  ada  peningkatan terkait  dengan  industri  perekat  di  Indonesia (Kemenperin 2014). Fenomena adanya peningkatan terjadi pada jumlah pelaku industri perekat  dimana  pada  tahun  2008  terdapat sekitar 40 unit dan berkembang hingga 49 unit pada  tahun  2013.  Hal  ini  berimplikasi  pada jumlah  tenaga  kerja  yang  juga  meningkat  tiap tahunnya,  dimana  pada  tahun  2008  terdapat sekitar  4000  orang  dan  bertambah  rata-rata 5400  orang  tiap  tahunnya.  Dengan  demikian, penelitian terkait perekat ini dilakukan.
Perekat  berbasis  pelarut  organik  tidak aman  bagi  lingkungan  dan  juga  kesehatan. Kandungan  dari  pelarut  organik  tersebut tergolong tidak ramah lingkungan dan menyebabkan berbagai macam penyakit apabila  terhirup  maupun  tertelan.  Penyakit yang  mungkin  terjadi  yaitu  leukemia,  saluran pernapasan,  bronchitis,  kerusakan  lever,  atau gagal ginjal (Susilowati, 2011).
Oleh karenanya, penelitian perekat berbasis  air  dilakukan  dengan  pertimbangan ramah lingkungan dan lebih aman penanganannya.  Dalam  penelitian  ini,  perekat jenis  polivinil  asetat  berbasis  air  dibuat  untuk melihat  bagaimana  pengaruh  surfaktan  non ionik terhadap viskositasnya dengan menggunakan metode polimerisasi emulsi.
Polimerisasi emulsi terdiri dari air, monomer, emulsifier (surfaktan),  dan  inisiator, biasanya 30% monomer, 65% air dan sisanya surfaktan dan bahan aditif lainnya (Wang et al. , 1994). Proses ini merupakan polimerisasi adisi radikal  yang  terjadi  pada  sistem  heterogen. Hasil  akhir  yang  diperoleh  dari  proses polimerisasi emulsi, yaitu cairan berwarna putih
menyerupai susu yang umumnya disebut lateks ataupun  dispersi  koloid  dalam  media  air.  Ciri khas dari partikel-partikel tersebut adalah terdiri dari  1-10.000  makro  molekul.  Masing-masing makro molekul berisi sekitar 100-1.000.000 unit monomer. Proses polimerisasi pada polimerisasi emulsi berlangsung di dalam misel (Helmiyati et  al. ,  2009).  Semakin  bertambah monomer  yang  digunakan  dalam  reaksi polimerisasi,  maka  monomer  yang  berpindah ke  misel-misel  pun  semakin  banyak,  dan kemudian  reaksinya  berlanjut  (Triwulandari, 2014).
PVAc  adalah  salah  satu  polimer  aplikatif yang  digunakan  sebagai  bahan  perekat material.  PVAc  merupakan  salah  satu  polimer yang  dapat  disintesis  melalui  proses  yang disebut  polimerisasi  emulsi.  Secara  umum, polimerisasi  emulsi  PVAc  adalah  cairan  putih susu  mengandung  40-60%  polimer  padat, sisanya adalah air, colloids protective, dan aditif lainnya (Berber et al. , 2018).
PVAc termasuk jenis polimer termoplastis. Polimer  termoplastis  memiliki  sifat  fleksibel, yakni  bila  dipanaskan  dapat  melunak  dan  bila didinginkan  dapat  mengeras  (kaku).  PVAc biasa  digunakan.  Selain  itu  polimer  ini  juga bersifat  sifat  tahan  suhu  tinggi,  memiliki  daya regang tinggi serta larut dalam pelarut organik (Hong et al. , 2018). Dalam pengaplikasiannya,
polimer  ini  dapat  digunakan  sebagai  bahan perekat  material,  cat,  kertas,  tekstil  dan sebagainya.  Reaksi  PVAc  ini  berawal  dari monomer  VAM  yang  dipolimerisasi  dengan menggunakan  inisiator  APS  yang  akan memberikan radikal bebas sehingga memecah ikatan  rangkap  pada  struktur  VAM  menjadi PVAc.
PVAc  berbasis  air  disintesis  dengan polivinil alkohol yang dilarutkan terlebih dahulu
dalam air sebagai proses awal untuk hidrolisis. Selanjutnya  VAM  ditambahkan  dan  diikuti komponen lain, salah satunya adalah surfaktan.
Surfaktan  merupakan  suatu  zat  yang mampu  menurunkan  tegangan  antar  muka dikarenakan  strukturnya  yang  amphifilik,  yaitu adanya  dua  gugus  yang  memiliki  derajat polaritas yang berbeda pada satu molekul yang sama.  Yang  pertama  adalah  gugus  hidrofilik, yang  bersifat  polar  dan  lainnya  adalah  gugus hidrofobik  yang bersifat nonpolar (Hong et a l., 2018).  Surfaktan  dapat  digunakan  sebagai chain  transfer  agent  (CTA)  dalam  polimerisasi sehingga  akan  berpengaruh  pada  panjang rantai  dan  viskositas.  Di  samping    itu  dengan stabilisasi  elektrostatisnya,  surfaktan  mampu menstabilkan  polimer  dalam  sintetisnya  dan dapat  juga  digunakan  untuk  menstabilkan pertumbuhan partikel selama proses polimerisasi (Shahidi, 2009). Dalam aplikasinya,  penggunaan  surfaktan  dalam polimerisasi  tidak  melebihi  6  wt%.  Di  industri, jenis  surfaktan  yang  sering  digunakan  adalah anionik  dan  nonionik(Shahidi,  2009).  Dalam penelitian ini, surfaktan jenis non-ionik digunakan karena berpengaruh dalam peningkatan  stabilitas  kimia  dan  freeze-thaw polimer  (Peter  &  El-Aasser,  1997)  dan pengaruh jenis surfaktan beserta konsentrasinya terhadap viskositas akan dipelajari. Adapun nilai kebaruan pada penelitian  ini  terdapat  pada  pembandingan penggunaan surfaktan nonionik NP-06 dan NP- 10 yang belum pernah dilakukan sebelumnya.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Bahan dan Peralatan
Proses  pembuatan  PVAc  dari  monomer VAM  dengan  reaksi  adisi  radikal  bebas  fase
cair dalam reaktor tangki berpengaduk. Reaksi bersifat eksotermis dan irreversible, karenanya dilengkapi  dengan  koil  pendingin  untuk menjaga stabilitas suhunya. Ammonium persulfat (APS) digunakan sebagai inisiator dan kondisi operasi yang digunakan adalah tekanan 1 atm, suhu 75 hingga  85°C. Selain  itu bahan baku  lain  yang  digunakan  adalah  polivinil alkohol (PVOH) dan air suling.
Alat  yang  digunakan  antara  lain  berupa reaktor, pengukur suhu, penangas air, pengaduk jenis double blade, droping funel dan buret.

## Prosedur Penelitian
Polimerisasi dilakukan dengan pembuatan larutan  PVOH  terlebih  dahulu  di  suhu  90°C  - 94°C  hingga  bubuk  PVOH  larut  sempurna. Setelah  itu  suhu  reaktor  diturunkan  menjadi suhu operasi polimerisasi di angka 75°C - 80°C. Kelengkapan reaktor antara lain adalah kontrol temperatur, kontrol laju alir pengaduk, droping funel dan buret. Setelah suhu mencapai 80°C, surfaktan  masuk  ke  dalam  reaktor  dan dibiarkan 5 menit supaya larut bersama larutan PVOH.  Setelah  itu  proses  pembentukan partikel PVAc dapat dimulai dengan memasukkan tetesan monomer VAM dan APS secara  bersamaan  selama  3 –  6  jam  hingga habis.Setelah  itu,  biarkan  proses  sintesis berjalan  dengan  tambahan  waktu  30  menit hingga  1  jam.  Hal  ini  dimaksudkan  untuk mereaksikan  partikel-partikel  monomer  yang belum  terkonversi  menjadi  polimer.  Setelah tambahan  waktu,  suhu  reaktor  diturunkan  ke suhu kamar dan disaring dengan ukuran mesh tertentu  supaya  kotoran  dapat  terpisah. Selanjutnya karakterisasi dapat dilakukan pada hari berikutnya.
Karakterisasi dilakukan dengan mengukur viskositas  dalam  kondisi  suhu  ruangan  (25°C)
dengan  menggunakan  viskometer  Brookfield. Viskositas  merupakan  parameter  penting  bagi polimer  cair  seperti  PVAc  (Chern,  2006). Kemudian  hal  ini  dapat  dilakukan  lagi  dengan variabel  sintesis  yang  lain.  Secara  umum, gambaran  perlengkapan  polimerisasi  PVAc dapat dilihat pada Gambar 1.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  Surfaktan  Non-Ionik  NP-06  dan

## NP-10
Sintesis  polimer  PVAc  dilakukan  dengan pembuatan  3  jenis  sampel  yang  masing- masing  diberi  label  dengan  nama  sampel  A (tanpa surfaktan), sampel B (dengan surfaktan NP-6) dan sampel C (dengan surfaktan NP-10). Hasil  pengukuran  viskositas  ketiga  sampel tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Terlihat  bahwa  ada  penurunan  viskositas setelah  penambahan  surfaktan  NP-06.  Hal  ini disebabkan karena surfaktan jenis NP memiliki molekul  etilen  oksida  (Bu et  al .,  2019), sedangkan  etilen  oksida  (EO)  dapat  bereaksi dengan gugus OH dari air maupun PVOH untuk membentuk  etilen  glikol  (Dini,  2017)  seperti yang  diilustrasikan  pada  Gambar  3  dan Gambar 4. Hal ini mengurangi sifat hidrofobisitas  polimer  menyebabkan  rantai polimer yang terbentuk menjadi lebih pendek.
Peningkatan viskositas pada NP-10 terjadi karena kandungan EO pada NP-10 yang lebih banyak daripada NP-06.

## Pengaruh  Variasi  Konsentrasi  Surfaktan
Non-Ionik NP-06 dan NP-10
Sintesis PVAc dilakukan dengan membuat variasi  konsentrasi  surfaktannya.  Hasil  dari variasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 1. Polimerisasi PVAc Keterangan:
1)  Pengaduk
2)  Buret 3)  Droping funel 4)  Termometer 5)  Kondensor 6)  Reaktor
7)  Water bath
Gambar 2. Viskositas sampel 0 20 40 60 80 100 120 140 160 A B C Vis k os ita s (m .Pa ) Nama Sampel O + O H 2 HO CH 2 OH CH 2 Gambar 3. Reaksi EO dan air O OH - OH
O - R +
OH
OR CH 2 CH 2
Gambar 4. Reaksi EO dan senyawa OH
Dari  Gambar  5,  didapat  bahwa  semakin tinggi  nilai  konsentrasi,  viskositas  semakin meningkat.  Hal  ini  dikarenakan  semakin  tinggi konsentrasi surfaktan non-ionik akan meningkatkan  jumlah  etilen  oksida  yang  akan menyebabkan  semakin  menurunnya  berat molekul (Sihombing & Ngatin, 2019).
Dampaknya akan menghasilkan partikel polimer yang berukuran lebih kecil (Sarac et al. , 2002). Sehingga jumlah partikel per satuan unit meningkat dan akhirnya viskositas meningkat.

## KESIMPULAN
Homopolimer  PVAc  berbasis  air  telah berhasil disintesis dengan mereaksikan
monomer VAM, PVOH,
APS
dan
menggunakan variasi konsensentrasi surfaktan non-ionik sebagai variabel berubahnya.
Dibandingkan  sampel  tanpa  surfaktan  yang memiliki  viskositas  143  m.Pa,  penggunaan surfaktan  NP-06  menghasilkan  viskositas  98 m.Pa  dan  surfaktan  NP-10  menghasilkan viskositas 152 m.Pa. Sedangkan untuk variasi konsentrasi  surfaktan  NP-06  dari  0.17  %wt hingga  0.68  %wt  menghasilkan  viskositas  98 m.Pa  hingga  213    m.Pa  dan  untuk  variasi
konsentrasi  surfaktan  NP-10  dari  0.17  %wt hingga  0.68  %wt  menghasilkan  viskositas  di 152 m.Pa hingga 321  m.Pa.
Dengan penelitian ini, diharapkan fenomena perubahan viskositas dapat dijadikan  acuan  bagi  para  pelaku  industri perekat,  terutama  perekat  homopolimer  PVAc berbasis air.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada Politeknik  Negeri  Bandung  atas  dukungannya dalam memberikan pembiayaan melalui Penelitian  Mandiri  dengan  Surat  Perjanjian nomor B/ 249.134/ PL1.R7/ PG.00.03/ 2020.

## DAFTAR PUSTAKA
Berber, H., Tamer, Y., & Yildirim, H. (2018). The effects of feeding ratio on final properties of  vinyl  acetate-based  latexes  via  semi- continuous  emulsion  copolymerization.
Colloid  and  Polymer  Science , 296 (1):
211 –221.
Bu,  F.,  Liu,  J.,  Bai,  Y.,  Kanungo,  D.  P.,  Song, Z., Kong, F., & Pan, C. (2019). Effects of the preparation conditions and reinforcement  mechanism  of  polyvinyl acetate soil stabilizer. Polymers , 11 (3): 1 – 15.
Chern,  C.  S.  (2006).  Emulsion  polymerization mechanisms  and  kinetics. Progress  in Polymer  Science  (Oxford) , 31 (5):  443 – 486.
Dini,  R.  I.  (2017).  Pengaruh  penambahan polietilen glikol diakrilat terhadap karakteristik  hidrogel  film  untuk  aplikasi pembalut  luka.  [ Skripsi ].  Universitas Muhammadiyah  Purwokerto,  Purwokerto hlm. 5 –9.
Hong, W., Meng, M., Xie, J., Gao, D., Xian, M., Wen,  S.,  Huang,  S.,Kang,  C.  (2018). Properties  and  thermal  analysis  study  of modified polyvinyl acetate (PVA) adhesive. Journal  of  Adhesion  Science and Technology , 32 (19): 2180 –2194.
0 50 100 150 200 250 300 350 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 v is k o s ita s (m .Pa ) konsentrasi (%wt) NP 10 NP 06
Gambar 5. Pengaruh  konsentrasi  surfaktan terhadap viskositas PVAc
Helmiyati.,  Budianto,  E.,  Arinda,  N,.  (2009).

## Polimerisasi Emulsi Etil Akrilat : Pengaruh
Konsentrasi  Surfaktan .  Inisiator  Dan Teknik . 13 (1): 59 –64.
Kemenperin.  (2014). Perkembangan  Jumlah Unit  Usaha  Industri  Besar  dan  Sedang Indonesia .https://kemenperin.go.id/statisti k/ibs_indikator.php?indikator=1&tahun=2 010, diakses 12 Januari 2020
Peter,  A.  Lovell  &  El-Aasser,  Mohamed  S.. (1997). Emulsion  Polymerization  and Emulsion Polymers. Wiley, New Jersey.
Sarac,  A.,  Yildirim  Erbil,  H.,  &  Yildirim,  H.
(2002). Semicontinuous
emulsion
polymerization  of  vinyl  acetate:  Effect  of ethoxylation degree of nonionic
emulsifiers. Journal  of  Applied  Polymer Science , 86 (4): 844 –851.
Shahidi, F. (2009). Bailey ’ S Industrial Oil and
Fat  Production (Vol.  1).  John  Wiley  & Sons, Ltd., New Jersey.
Sihombing,  R.  P.,  &  Ngatin,  A.  (2019). Modifikasi Homopolimer Poli (Vinil Asetat) dengan Variabel Hidrofobisitas Emulsifier untuk  Aplikasi  Perkayuan. Jurnal  Fluida , 12 (2): 72 –77.
Susilowati,  B.  (2011).  Resiko  Kesehatan
Terhadap Pajanan Benzene Pada Pekerja  Industri  Sepatu  Kulit  di  PIK Pulogadung Tahun 2011. [ Skripsi ]. Universitas Indonesia, Depok.
Triwulandari,  E.  (2014).  Studi  Poimerisasi Antarmuka  Terhadap  Distribusi  Ukuran Partikel  Mikrokapsul  Poliuretan  Berbasis Gliserol.  [ Tesis ].  FMIPA  Universitas Indonesis, Depok.
Wang,  Q.,  Fu,  S.,  &  Yu,  T.  (1994).  Emulsion Polymerization. Prog. Polym. Sci, 19: 703- 753