## PEMBUATAN METIL ESTER SULFONAT DARI REFINED BLEACHED DEODORIZED STEARIN MINYAK SAWIT MENGGUNAKAN OLEUM
Dieni Mansur, Nuri Astrini, Tasrif dan Wuryaningsih S. R.
Pusat Penelitian Kimia (P2K) - LIPI Kawasan Puspiptek Serpong 15314, Tangerang

## ABSTRAK
PEMBUATAN METIL ESTER SULFONAT DARI REFINED BLEACHED DEODORIZED STEARIN MINYAK SAWIT MENGGUNAKAN OLEUM. Telah dilakukan proses pembuatan metil ester sulfonat dengan menggunakan oleum sebagai sumber SO 3 . Beberapa variabel proses seperti suhu dan perbandingan mol antara SO 3 dan metil ester telah dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimal untuk proses sulfonasi yang menggunakan reaktor falling film . Kondisi proses yang optimal diperoleh pada suhu antara 80 0 C hingga 90 0 C. Perbandingan mol reaktan 1,2 menghasilkan kandungan bahan aktif sebesar 93%. Metil ester sulfonat yang diperoleh dengan bilangan iod 1,15, tegangan permukaan 29 dyne/cm dan 180 klett sebagai indikasi warna.
Kata kunci : Metil ester sulfonat, refined bleached deodorized stearin , metil ester, sulfonasi

## ABSTRACT
SYNTHESIZING PROCESS OF METHYL ESTER SULFONATE FROM REFINED BLEACHED DEODORIZED STEARIN PALM OIL USING OLEUM. S ynthesizing process of methyl ester sulfonate required sulfuric acid fuming 65% SO 3 as SO 3 source. Several processing variables such as temperature and mole ratio between SO 3 and methyl ester was varied to get the optimal condition of sulfonation process using falling film reactor. Optimal condition of the process was obtained at range temperature of 80 to 90 0 C. At 1.2 of mole ratio of reactant gave active matter as 93%. The quality of methyl ester sulfonate had iod value 1.15; surface tension 29 dyne/cm; and 180 as color indication.
Key words : Methyl ester sulfonate, refined bleached deodorized stearin, methyl ester, sulfonation

## PENDAHULUAN
Kebutuhan surfaktan anionik di Indonesia rata-rata masih dipenuhi dengan bahan impor. Sejalan dengan makin tinggi kebutuhan manusia akan bahan pembersih, maka kebutuhan bahan kimia ini juga akan meningkat. Metil Ester Sulfonat (MES) adalah salah satu surfaktan anionik, yang banyak digunakan untuk produk-produk pembersih seperti sabun dan deterjen dapat berperan sebagai pengganti anionik surfaktan Linear Alkyl Benzene Sulfonate ( LABS ) dan Branch Alkyl Benzene Sulfonate ( BABS ) yang terbuat dari bahan petrokimia [1].
Banyak penelitian saat ini yang bertujuan mengembangkan surfaktan dari minyak alami karena mempunyai keunggulan seperti bahan baku bersifat terbarukan, dan teknologi pembuatannya lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan surfaktan yang menggunakan bahan baku petrokimia. Sumber bahan baku dari alam yang dapat digunakan dalam pembuatan surfaktan diantaranya adalah minyak sawit, minyak kelapa, minyak kacang kedelai dan lemak sapi. MES dapat dibuat dari metil ester (ME) asam lemak.
Asam lemak yang mempunyai atom C 12 -C 14 berperan terhadap pembusaan, sedangkan asam lemak yang mempunyai atom C 16 -C 18 berperan terhadap kekerasan dan deterjensi. Komposisi asam lemak metil ester seperti di atas dimiliki oleh stearin sawit seperti pada Tabel 1 [2].
MES dapat dibuat melalui proses sulfonasi. Proses sulfonasi menghasilkan produk turunan
Asam lemak Kelapa
C 12 -C 14 Inti sawit C 8 -C 18
Stearin sawit C 16 -C 18
Tallow C 16 -C 18 Kaprilat (C 8 ) - 5,2 - - Kaprat (C 10 ) - 4,4 - - Laurat (C 12 ) 71,5 51,0 0,2 - Miristat (C 14 ) 28,0 15,0 1,5 3,1 Palmitat (C 16 ) 0,6 7,2 65,4 31,6 Stearat (C 18 ) - 17,2 32,2 63,6 Arakidat (C 20 ) - - 0,7 1,8 Sumber : Chemington 2
Tabel 1 . Perbandingan komposisi asam lemak pada ME dari beberapa jenis minyak.
yang terbentuk melalui reaksi kelompok sulfat atau sulfonat dengan minyak, asam lemak (fatty acid) , ester dan alkohol lemak (fatty alcohol) .
Proses sulfonasi dapat dilakukan terhadap minyak yang mempunyai ikatan jenuh dan tak jenuh ataupun gugus hidroksil pada molekulnya. Pada dasarnya reagent yang bekerja pada reaksi sulfonasi adalah -SO 3 , yang dapat diperoleh pada reagent gas SO 3 , oleum (SO 3 .H 2 SO 4 ), NaHSO 3 ataupun H 2 SO 4 [3,4]. Teknologi yang digunakan dalam pembuatan
MES adalah teknologi yang dikembangkan oleh Chemithon [2]. Pada teknologi Chemithon ini pembuatan MES dilakukan dengan mereaksikan ME asam lemak dengan gas SO 3 . Ditinjau dari bahan bakunya, khusus dalam pengadaan gas SO 3 di Indonesia sulit dilakukan, maka perlu menggunakan oleum.
Refined Bleached Deodorized ( RBD )
stearin merupakan hasil samping pembuatan minyak goreng dari Crude Palm Oil ( CPO ) yang terdiri dari asam lemak jenuh dan mempunyai atom C 16 -C 18 dominan yang berperan terhadap kekerasan dan sifat deterjensi. Oleh karena itu untuk memanfaatkan hasil samping/limbah tersebut yang hingga saat ini belum pernah dilakukan penelitiannya, sehingga
akan dicoba sebagai bahan baku pembuatan MES. Ada beberapa penelitian
yang beberapa tahun belakangan ini juga mencoba membuat MES diantaranya menggunakan metil ester minyak inti sawit ( CPO ) dan NaHSO 3 sebagai bahan baku pembuatan MES dengan Al 2 O 3 sebagai katalis [7]. Hasil yang diperoleh belum mencantumkan konversi produk MES yang terbentuk. Karakteristik produk MES yang dihasilkan hanya mencakup pH,
penurunan tegangan
permukaan, peningkatan stabilitas emulsi, dan peningkatan daya tahan busa [7]. Proses
pembuatan MES juga dilakukan menggunakan bahan baku palm oil yang diproses menjadi metil ester dan kemudian dihidrogenasi untuk mengurangi derajat kejenuhan metil ester.
Pembuatan MES dengan menggunakan metil ester yang dihidrogenasi terlebih dahulu, akan memperbesar biaya produksi karena hidrogenasi membutuhkan energi tambahan [8]. Selain itu pemakaian MES untuk komposisi hand dishwashing detergent [9].
Dengan pengembangan teknologi proses pembuatan MES dari RBD stearin, diharapkan surfaktan anionik ini dapat digunakan sebagai alternatif pengganti surfaktan anionik dari bahan petrokimia.

## METODE PERCOBAAN

## Peralatan
Peralatan yang dipakai dalam penelitian ini adalah reaktor falling film yang dilengkapi dengan jaket pemanas. Sebagai sumber pemanas digunakan water bath yang mensirkulasikan air pemanas ke dalam jaket reaktor.

## Bahan
RBD stearin sebagai hasil samping pembuatan minyak goreng dipakai sebagai bahan baku mentah. RBD stearin ini diesterifikasi menjadi ME. ME tersebut dipakai sebagai salah satu reaktan pembuatan MES. Selain itu sebagai sumber -SO 3 digunakan oleum. Bahan-bahan lain yang digunakan dalam proses ini adalah metanol, hidrogen peroksida, dan natrium hidroksida.

## Cara Kerja
Pembuatan MES dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan SO 3 dari oleum di dalam reaktor falling film dengan membuat variasi suhu dan variasi perbandingan mol reaktan. Variasi suhu yang dilakukan adalah 60 0 C, 70 0 C, 80 0 C, dan 90 0 C, sedangkan variasi perbandingan mol oleum terhadap ME adalah 1 ; 1,2 ; 1,4 ; dan 1,6. Proses sulfonasi dilakukan selama 2 jam. Proses kemudian dilanjutkan dengan penambahan metanol untuk menghambat pembentukan disalt sebagai produk samping [6, 10]. Kemudian dilanjutkan dengan proses bleaching serta penetralan hasil produk MES [11]. Proses bleaching dilakukan dengan menambahkan H 2 O 2 ke dalam MES yang baru selesai disulfonasi. H 2 O 2 yang ditambahkan pada berbagai suhu bleaching sebanyak 40%.
Parameter analisis yang dilakukan terhadap produk MES adalah identifikasi gugus SO 3 H yang bereaksi dengan metil ester dengan mengamati pola spektrum FT-IR menggunakan alat IR Prestige 21 FT-IR Shimadzu, kandungan bahan aktif dengan analisis menggunakan kromatografi gas GC-14A Shimadzu, kolom DB-5-MS 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm, suhu kolom 80 0 C diprogram dengan kecepatan 5 0 C/menit hingga 160 0 C, detektor FID pada suhu 280 0 C, gas pembawa He 4 mL/menit, analisis tegangan permukaan menggunakan alat Torsion Balance for Surface & Interfacial , penentuan bilangan iod berdasarkan pada ASTM D 2075-92 yang reapproved tahun 1998, serta pengamatan warna menggunakan Spektofotometer UV/VIS Hitachi Type pada panjang gelombang 420 nm.
Proses pembuatan MES dapat digambarkan sebagai berikut :

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Terjadinya proses sulfonasi dapat dibuktikan atau diidentifikasi dengan berbagai cara diantaranya dengan menganalisis sampel menggunakan FT-IR yaitu dengan meneteskan larutan sampel pada pelet KBr. Terbentuknya gugus sulfonat dapat dilihat dengan munculnya puncak SO 3 H pada angka gelombang 1781,34 cm -1 yang tidak ditemui pada senyawa metil ester RBD stearin, seperti terlihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Puncak pada 3467,20 cm -1 disebabkan oleh adanya vibrasi gugus -OH yang kemungkinan disebabkan oleh adanya kandungan air (H 2 O) di dalam produk MES. Puncak-puncak pada 2923cm -1 hingga 2925 cm -1 menunjukkan adanya vibrasi senyawa –CH 3 dan –CH 2 - baik di dalam metil ester RBD stearin maupun di dalam senyawa MES. Ini membuktikan kalau senyawa –CH 3 dan –CH 2 - sebagai ester tidak terbakar menjadi karbon.
Disamping pengukuran dengan FT-IR , dilakukan juga analisis dengan menggunakan kromatografi gas ( GC ) terhadap metil ester dan MES.
Gambar 1 . Reaktor falling film dan unit proses pelengkap pembuatan MES. 1 2 3 4 5 6 7 Keterangan gambar 1: 1. Sumber air panas
2. Metil ester
3. Sumber gas SO 3
4. Metil ester asam sulfonat
5. Unit proses metilasi dan bleaching
6. Unit pemisahan MES dengan komponen lain
7. Unit netralisasi
Gambar 2 . Spektrum FT-IR metil ester
Pembuatan Metil Ester Sulfonat dari Refined Bleached Deodorized Stearin Minyak Sawit Menggunakan Oleum (Dieni Mansur)
Dari kromatogram GC , Gambar 4 dan Gambar 5, diperoleh data banyaknya metil ester yang bereaksi dengan SO 3 . Banyaknya metil ester yang bereaksi dengan SO3 diistilahkan dengan kandungan bahan aktif. Nilai kandungan bahan aktif ini diperoleh dengan cara membandingkan data kromatogram metil ester RBD stearin dengan data kromatogram MES yang dihasilkan pada berbagai kondisi operasi.
Berdasarkan data kandungan bahan aktif yang diperoleh pada tiap-tiap kondisi operasi dapat ditinjau dari dua sisi yaitu pada suhu tertentu (Gambar 6) dan pada perbandingan mol tertentu (Gambar 7).
Ditinjau dari suhu operasi, pada suhu 60 0 C, 70 0 C, 80 0 C, dan 90 0 C diperoleh kandungan bahan aktif
masing-masing adalah 46 %, 62 %, 81 %, dan 93 %. Hal ini dapat dikatakan bahwa semakin tinggi suhu sulfonasi maka kandungan bahan aktif yang diperoleh juga semakin besar. Suhu proses mempengaruhi energi aktivasi. Semakin tinggi suhu maka energi aktivasi semakin menurun, maka semakin cepat terjadi reaksi antara reaktan untuk membentuk produk.
Dari hasil yang diperoleh kenaikan kandungan bahan aktif dari 80 0 C sampai dengan 90 0 C tidak begitu signifikan terutama untuk perbandingan mol yang besar seperti 1,4 dan 1,6. Ini dapat dijelaskan bahwa reaksi sulfonasi ini bersifat eksotermis. Reaksi eksotermis merupakan reaksi yang dapat berlangsung dengan atau tanpa panas pada awal proses tetapi panas yang di input kan itu harus dibatasi karena reaksi itu sendiri juga menghasilkan panas. Apabila terjadi akumulasi kelebihan panas akan menyebabkan ledakan. Hal ini dapat disimpulkan bahwa suhu 90 0 C merupakan batas yang sesuai untuk proses sulfonasi MES selain kenaikan kandungan bahan aktif sudah tidak signifikan, dari segi proses masih termasuk aman. Apabila dilakukan pada suhu yang sangat tinggi, lebih dari 100 0 C akan menyulitkan dalam mengontrol jalannya reaksi. Selain itu jika proses sulfonasi dilakukan pada suhu yang lebih tinggi maka ME akan terbakar menjadi karbon. Dari hasil kandungan bahan aktif yang diperoleh dapat dikatakan bahwa suhu optimal untuk proses sulfonasi ME menggunakan oleum dicapai pada suhu 90 0 C karena pada saat itu terjadi reaksi optimum.
Gambar 7 di bawah ini menggambarkan pengaruh perbadingan mol reaktan yang kaitannya dengan kandungan bahan aktif dan suhu sulfonasi.
Terlihat bahwa dengan perbandingan 1 mol antara oleum dengan ME memberikan kandungan bahan aktif yang lebih rendah dibandingkan dengan perbadingan mol reaktan yang lain pada setiap suhu reaksi. Untuk perbandingan mol reaktan 1,2 ; 1,4 dan 1,6 kandungan bahan aktif untuk setiap suhu hampir sama terlihat dari grafiknya yang hampir berimpit. Dari data percobaan ini dapat disimpulkan perbandingan
30 40 50 60 70 80 90 100 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Mol ME : Oleum K a n d u n g a n B a h a n A k ti f (% ) T = 60 C T = 70 C T = 80 C T = 90 C
Gambar 6 . Kurva pengaruh perbandingan mol reaktan terhadap kandungan bahan aktif MES pada suhu tertentu
Gambar 4 . Kromatogram metil ester RBD strearin
Gambar 5 . Kromatogram metil ester sulfonat
Gambar 7 . Kurva pengaruh suhu sulfonasi terhadap kandungan bahan aktif MES pada perbandingan mol reaktan tertentu
30 40 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 Suhu ( 0 C) K a n d u n g a n B a h a n A k ti f (% ) 1 mol 1,2 mol 1,4 mol 1,6 mol
mol yang paling baik adalah 1,2 mol antara oleum terhadap ME dengan kandungan bahan aktif MES sebesar 93%. Hal ini dapat dijelaskan bahwa dengan memperbesar jumlah oleum tidak membuat gugus sulfat terikat lebih banyak ke metil ester. Kalau terjadi kelebihan mol oleum dalam reaksi sulfonasi maka akan terbentuk produk samping yaitu di-sodium  -sulfo fatty acid (di-salt) [6].
Ditinjau dari segi bilangan iod maka hasil yang diperoleh dapat digambarkan seperti pada Gambar 8.
Analisis bilangan iod hanya dilakukan untuk MES yang menghasilkan kandungan bahan aktif paling besar pada suhu sulfonasi 60 0 C, 70 0 C, 80 0 C, dan 90 0 C. Gambar 8 memperlihatkan semakin besar kandungan bahan aktif maka bilangan iodnya semakin kecil. Bilangan iod mengindikasikan ikatan rangkap yang terdapat dalam metil ester. Apabila bilangan iodnya menurun berarti semakin banyak metil ester yang mengandung ikatan rangkap (seperti metil oleat) yang telah bereaksi dengan gugus solfonat membentuk MES.
Jika ditinjau dari segi tegangan permukaan MES yang dihasilkan pada penelitian ini mempunyai tegangan permukaan yang lebih rendah dari LABS . Hal ini dapat digambarkan pada Gambar 9.
MES yang diukur tegangan permukaannya adalah MES yang memiliki kandungan bahan aktif yang paling besar pada suhu sulfonasi 60 0 C, 70 0 C, 80 0 C, dan 90 0 C. Semakin tinggi kandungan bahan aktif yang terdapat dalam MES maka tegangan permukaan semakin menurun, sesuai dengan fungsinya bahwa
surfaktan adalah senyawa penurun tegangan permukaan. Jika dibandingkan dengan LABS yang mempunyai tegangan permukaan 31,6 dyne/cm maka MES mempunyai tegangan permukaan yang lebih rendah yaitu 29 dyne/cm.
Kualitas MES yang baik selain mempunyai kandungan bahan aktif yang tinggi, bilangan iod yang rendah, dan mempunyai tegangan permukaan yang rendah juga harus mempunyai warna yang putih. Semakin putih suatu produk, apabila diaplikasikan untuk pembuatan deterjen, maka tidak akan menimbulkan efek terhadap pakaian yang berwarna terang seperti putih saat dicuci. Hasil analisis warna MES pada berbagai suhu sulfonasi sebelum dilakukan bleaching tertera pada Gambar 10.
Terlihat bahwa dengan semakin tinggi suhu sulfonasi, maka warna yang dihasilkan semakin gelap yang ditandai dari nilai klett number semakin tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, dilakukan proses bleaching dengan menggunakan H 2 O 2 pada suhu ruang (+ 30 0 C) dan suhu 55 0 C hingga 85 0 C terhadap produk MES dengan kandungan bahan aktif 93 %. Proses bleaching pada suhu ruang, MES tidak mengalami perubahan warna dengan klett number tetap pada 480. Pada saat suhu bleaching dinaikkan ke 55 0 C, kemudian divariasikan sehingga mencapai suhu 85 0 C, dihasilkan warna MES seperti yang tertera pada Gambar 11.
Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa dengan dilakukan bleaching pada berbagai variasi suhu 55 0 C hingga 85 0 C maka warna MES menurun dari 480 menjadi 180 dengan suhu bleaching 55 0 C.
40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 Bilangan Iod (g I 2 /g sampel) K a n d u n g a n B a h a n A k ti f (% ) Gambar 8 . Kurva pengaruh kenaikan kandungan bahan aktif terhadap penurunan bilangan iod 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 Kandungan bahan aktif (%) T e g a n g a n p e rm u k a a n (d y n e /c m ) MES LABS
Gambar 9 . Kurva pengaruh kandungan bahan aktif terhadap tegangan permukaan MES 0 100 200 300 400 500 600 50 60 70 80 90 100 Suhu sulfonasi ( 0 C) K le tt N u m b e r
Gambar 10 . Kurva pengaruh suhu sulfonasi terhadap warna MES
Gambar 11 . Kurva pengaruh suhu bleaching terhadap warna MES
0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Suhu bleaching ( 0 C) K le tt n u m b e r

## KESIMPULAN
Proses pembuatan MES dengan menggunakan metil ester dan oleum diperoleh kandungan bahan aktif sebesar 93 %. Nilai ini diperoleh dari suhu proses sulfonasi 90 0 C dan perbandingan mol antara oleum dan metil ester 1,2. Untuk membuktikan bahwa telah terbentuk MES dilakukan analisis menggunakan FT-IR dan GC . Selain itu juga dilakukan analisis bilangan iod dan tegangan permukaan. Bilangan iod MES diperoleh sebesar 1,15 dan nilai ini turun dari 38,76 untuk metil ester. Sementara tegangan permukaan MES diperoleh sebesar 29 dyne/cm. Produk MES yang diinginkan berwarna terang dan lebih disukai berwarna putih, maka dilakukan proses bleaching pada suhu 55 0 C dan diperoleh warna sebesar 180 klett .

## DAFTAR ACUAN
[1]. COLIN A. HOUSTON and ASSOCIATES,
Methyl Ester Sulfonates – a New
Life ,
www.caharesearch.comLAB.January.2001.pdf
(2001)
[2]. W. BRAD SHEATS and NORMAN C. F, Methyl Ester Sulfonate Product, The Chemithon Corporation
[3]. SADI, S, Buletin PPKS 2 (3) (2005) 155-164
[4]. BERNARDINI, E., Vegetable Oil and Fats Processin,. II . Interstampa, Rome, (1983)
[5]. LOW COST, Renewable Resource Surfactant ,
In: Technology Transfer (P&G) www.pgtechnologytransfer.com/global/techacg/
techacg.nsf
[6]. OGOSHI T., MIYAWAKI Y., JAOCS , 62 (2) (1985)
[7]. SURYANI A.E. HAMBALI dan K. SYAMSU, Optimalisasi Proses Produksi Surfaktan Anionik Metil Ester Sulfonat Berbasis Minyak Sawit pada
Skala Pilot Plant , IPB (2003)
[8]. AHMAD S., ISMAIL Z, MURAD Z, A. A. HALIZA and K. Y. CHEAH, Palm-based Methyl Ester Sulphonates , Malaisian Palm Oil Board, Ministry of Primary Industry, Malaysia, (2001)
[9]. LEVITT D., OLSON K. E, SANDERS L. M and HODGE C. A., Hand Dishwashing Detergent Composition and Methods for Manufacturing and Using , US Patent 20040029757, (2004)
[10]. PRIOR R., HOESEL R, PANTHEL G, HAAN, SCHMID K. H, METTMANN, COLIGNON D, ERKRATH, ROMMERSKIRCHEN H. J, ELLER D, SCHMID W, MONHEIM, RITTERBEX H and DUSSELDORF, Control of Disalt in á-Sulfofatty
Acid Ester Surfactants , US Patent 4.695.409, (1987)
[11]. PRIOR R, HOESEL R, ROMMERSKIRCHEN H. J, DUSSELDORF and JOST F, Process for the Production of Mobile Pastes of Washing Active a-Sulfofatty Acid Ester Salts of High Solid
Content , US Patent 4.820.451, (1989)