Submitted : 01 Agustus 2019 Revised : 04 September 2019 Accepted : 12 November 2019

## SINTESIS ESTERIFIKASI – TRANSESTERIFIKASI BIOLUBRIKAN BERBASIS MINYAK JARAK (Jatropha curcas L) DENGAN KATALIS ASAM KLORAT
Agus Rochmat 1* , Aslan Dudayev Alfaruqi 1 , Saefuri 1 , Suaedah 2
1 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Banten 2 MTsN 4 Indramayu Jawa Barat
* Email: agus_rochmat@untirta.ac.id

## Abstrak
Biolubrikan  dibuat  melalui  reaksi  minyak  nabati  dengan  alkohol  berbantu  katalis  asam  kuat  atau  katalis  basa kuat.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  karakteristik  fisika  biolubrikan.  Penelitian  ini dilakukan  dengan  mereaksikan  minyak  jarak  dan  reaktan  campuran  metanol  dengan  asam  perklorat  pada variasi mol methanol:asam perklorat selama waktu esterifikasi 7 jam, setelah itu akan dimurnikan. Hasil dalam penelitian ini memiliki titik nyala tertinggi pada 268 ° C dan terendah pada 242 ° C; viskositas dinamis tertinggi pada 217 cPs dan terendah pada 130,5 cPs. Titik tuang rata-rata dari biolubrikan ini adalah -18,8 ° C. Kandungan senyawa kimia biolubrikan terdiri atas mono-ester 9-Octadecenoic acid (Z) -, 2-hydrox y-1- (hydroxymethyl) ethyl ester.

## Kata Kunci: Asam Perklorat, Biolubrikan, Minyak Jarak

## Abstract
Biolubricants are made through the reaction of vegetable oils with alcohol-based catalysts or strong base catalysts. The purpose of this study was to determine the characteristics of biolubricant physics. This research was carried out by reacting castor oil and reactants of a mixture of methanol and perchloric acid on a mole variation of methanol: perchloric acid during an esterification time of 7 hours, after which it was purified. The results in this study had the highest flash point at 268 o C and the lowest at 242 ° C; highest dynamics viscosity at 217 cPs and lowest at 130.5 cPs. The average pour point of this biolubricant is -18.8 ° o C. The content of the chemical compound biolubricant consists of mono-esters 9-Octadecenoic acid (Z) -, 2-hydrox y-1- (hydroxymethyl) ethyl ester.
Keywords: Biolubricant, Castor Oil, Perchloric Acid

## 1. PENDAHULUAN
Biolubrikan  adalah  minyak  nabati  yang  biasanya terbuat  dari  minyak  kelapa  sawit,  minyak  kelapa, minyak  kedelai,  minyak  jarak,  dan  minyak  bunga matahari.  Keuntungan  biolubrikan  adalah  tidak beracun  atau  merusak  lingkungan,  lebih  aman  dalam hal titik nyala, viskositas konstan, penguapan pelumas mineral  yang  lebih  rendah,  emisi  lebih  rendah,  dan mudah terurai secara hayati.
Peluang  untuk  memproduksi  biolubrikan  yang terbuat  dari  minyak  nabati  cukup  besar  di  Indonesia, yang  merupakan  negara  tropis,  memungkinkan ketersediaan  bahan  baku.  Produksi  jarak  biji
Indonesia  pada  tahun  2009  mencapai  8.013  ton  dari luas 69.315 (Syakir, 2010).
Biolubrikan  dapat  dibuat  menggunakan  metode esterifikasi  dan  transesterifikasi  dengan  bahan  dasar minyak  nabati  dan  alkohol  dengan  bantuan  katalis dengan  metode  pencampuran  pada  suhu  tertentu. Beberapa penelitian sebelumnya menyatakan: penggunaan  bahan  baku  minyak  biji  jarak  dengan katalis HCl yang diperoleh dari titik nyala adalah 302 ° C  (Angelina  et.,  Al.  2016);  dengan  katalis  KOH,  hasil titik nyala masih relatif rendah pada 193 ° C (Pradhan et.al.,  2011);  dan  katalis  asam  sulfat  memperoleh

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
konversi 88% dengan nilai titik nyala 264 ° C (Salimon dan Salih, 2011).
Mekanisme pembuatan biolubrikan menggunakan minyak jelantah melalui reaksi esterifikasi- transesterifikasi menghasilkan nilai titik nyala 278 ° C (Rochmat  et.  al.,  2018).  Maka  penelitian  ini  ingin menggunakan  katalis  asam  perklorat  melalui  reaksi esterifikasi  minyak  jarak  dalam  variasi  katalis  dan variasi  mol  minyak  jarak  untuk  mendapatkan  nilai titik nyala yang tinggi dan dapat dibandingkan dengan pelumas sintetis yang diprediksikan di Indonesia..

## 2. METODOLOGI

## 2.1 Alat dan Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan:  Minyak  Jarak  dari Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi  - IPB Bogor, HClO 4 (Merck), methanol (Merck), air distilasi. Alat  yang  digunakan:  reaktor  labu  leher  tiga, pengaduk  dan  rotor,  hot  plate  and  stirer,  kondensor Liebigh, tachometer, termometer, piknometer (pyrex), viskometer  NDJ-85,  Abel  Closed  Cup  Flash  Point Tester, dan Pour Point Tester Model: SYP1016-1 1B.
2.2 Sintesis Esterifikasi – Transesterifikasi Biolubrikan Proses esterifikasi dilakukan
dengan mencampurkan  minyak  jarak  dengan  alkohol  dengan perbandingan  mol/mol  ke  dalam  labu  leher  tiga  250 ml kemudian dipanaskan sampai suhu 90 ° C selama 1 jam.  Memasukan  silika  jel  (50%  massa  minyak  jarak) dalam  oven  dengan  suhu  180 ° C  selama    1  jam. Selanjutnya,    mencampurkan  silika  gel  dan  katalis asam  perklorat  (mol  katalis/mol  minyak  jarak)  ke dalam  campuran  minyak  jarak  alkohol  lalu  memulai refluks  dengan  suhu  110 ° C  selama  semalaman. Setelah reaksi selesai campuran didiamkan pada suhu ruang selama 12 jam.

## 2.3 Pemurnian dari Silika Gel dan Katalis
Pada  proses  pemurnian  dilakukan  dengan menambahkan  larutan  asam  asetat  0,15  M  sebagai pelarut  silika  gel.  Campuran  kemudian  dicuci  dengan air suling berulang-ulang sampai katalis menghilang.
Langkah terakhir adalah menghilangkan kandungan  pelarut  dari  proses  sebelumnya  dan menghilangkan  alkohol  yang  berlebih.  Kemudian campuran  ditambahkan  magnesium  sulfat  untuk mengeringkan  lapisan  organik.  Langkah  berikutnya memasukan  campuran  dalam  vacuum  evaporator untuk  menghilangkan  pelarut  asam  asetat.  Langkah selanjutnya adalah distilasi untuk menghilangkan sisa alkohol berlebih.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1  Pengaruh  Rasio  Mol  Reaktan  dan  Katalis terhadap Viskositas
Viskositas  adalah  sifat  fisik  yang  terjadi  karena interaksi  molekul  dalam  fluida  sehingga  dapat menahan  aliran  fluida  yang dapat  dinyatakan  sebagai indikator  viskositas  (Warsito,  2011).  Viskositas menentukan  kemudahan  sirkulasi  pelumas  di  dalam
mesin di mana viskositas yang tidak terlalu tebal tidak membebani  mesin  saat  pertama  kali  dihidupkan  dan pelumas  tidak  terlalu  berair  ketika  mesin  panas sehingga masih dapat digunakan sebagai pelumas.
Sifat  kimia  dari  ester  ditentukan  oleh keseimbangan  antara  panjang  rantai  alkil  dan  gugus fungsional  yang  diikat  oleh  ester.  Panjang  rantai  alkil trigliserida  menentukan  viskositas  (pelumasan) pelumas  karena  peningkatan  berat  molekul  di  mana biolubrikan  memiliki  berat  molekul  yang  lebih  stabil yang menyebabkan nilai indeks viskositas (VI) minyak nabati  lebih  besar  daripada  pelumas  mineral (Rochmat,  2018).  Panjang  rantai  alkil  juga mempengaruhi indeks viskositas, yang lebih linier dan panjang,  sehingga  interaksi  antar  molekul  lebih  kuat dengan  meningkatnya  suhu  dibandingkan  dengan rantai  percabangan.  Semakin  lama  rantai  alkil trigliserida,  viskositas,  dan  indeks  viskositas  lebih tinggi.
Tabel 1. Nilai Viskositas Dinamis Viscosity (cP) Sampe l Rasio mol (Oil:Met anol) Katalis 25 ° C 40 ° C 100 ° C BL1 1:1 0,5 540 184,5 27,45 BL2 1:1 0,7 554 196,5 30 BL3 1:1 1 541 201 24 BL4 1:1 1,5 492 166,5 25 BL5 1:2 0,5 523 208,4 25,3 BL6 1:2 0,7 495 223 27 BL7 1:2 1 546 197,5 25,2 BL8 1:2 1,5 580  217,75  26,25 BL9 1:4 0,5 579, 5 208 25 BL10 1:4 0,7 492  217,25 22 BL11 1:4 1 518, 5 130,5 25,25 BL12 1:4 1,5 523 175 24,75 Minyak Jarak 576 202 29 Fastron Semi Synthetic SAE 20W-50 - 151 16,9 Prima XP SAE 20W-50 - 164 17,66
Dari  Tabel  1,  semakin  tinggi  suhunya,  semakin  kecil nilai  viskositasnya.  Ester  yang  terbentuk  sebagai biolubrikan  lebih  stabil  dalam  viskositas  daripada trigliserida. Proses pemanasan menyebabkan komponen-komponen minyak rantai pendek menguap,  meninggalkan  rantai  minyak  yang  panjang. Ini  diperkuat  oleh  analisis  GC-MS  sampel  biolubrikan yang  menghasilkan  66%  ester  dan  senyawa  dominan asam 9-Octadecenoic (Z)-, 2-hydroxy-1-(hydroxymethyl) ethyl ester.
Dari  Gambar  2  menunjukkan  nilai  viskositas biolubrikan  relatif  fluktuatif.  Perbedaan  nilai viskositas  dalam  setiap  sampel  karena  perbedaan komposisi  ester  yang  terbentuk  dilihat  sebagai  hasil produk  dari  perbedaan  rasio  mol  reaktan  dan perbedaan  konsentrasi  katalis  yang  digunakan. Pemanasan  menyebabkan  asam  lemak  rantai  pendek
(berat  molekul  rendah)  menguap  selama  proses reaksi.  Kandungan  ester  yang  tinggi  menyebabkan viskositas  yang  lebih  tinggi  daripada  pelumas komersial.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2. Perbandingan Viskositas antara: (a) Biolubrikan (BL)-minyak jarak (MJ), (b) Biolubrikan (BL)-Fastron, (c) Biolubrikan (BL)-Prima XP, dan (d) Biolubrikan (BL)-Mesran

## 3.2  Analisa  Titik  Nyala  dan  Titik  Tuang  Produk Biolubrikan
Titik  nyala  adalah  angka  yang  menyatakan  suhu terendah bahan bakar minyak yang akan menyebabkan  pengapian  sesaat.  Titik  nyala  tinggi akan memudahkan penyimpanan bahan bakar, karena
minyak  tidak  akan  mudah  terbakar  pada  suhu  kamar (Rahadiningrum,  2016).  Sedangkan  untuk  titik  tuang adalah  tes  untuk  titik  tuang  terendah  dari  minyak. Pour  point  digunakan  sebagai  ukuran  berapa  suhu bahan  bakar  cair  (oli)  masih  bisa  mengalir  jika didinginkan  dalam  kondisi  yang  telah  ditentukan (Ayundari, 2018).
Tabel  2.  Titik  Nyala  dan  Titk  Tuang  Poduk
Biolubrikan dan Lubrikan Komersial Sampel Flash Point (Celsius) Pour Point (Celsius) Bahan Baku 242 -17.3 BL 4 260 -18.8 BL 7 268 -16.8 BL 10 242 -16,6 BL 12 250 -18.9 Fastron (20W-50) 226 -30 Prima XP (20W-50) 227 -27 Mesran (20W-50) 225 -27
Hasil  sintesis  biolubrikan  dari  beberapa  sampel menunjukkan  bahwa  nilai  titik  nyala  telah  meningkat dari  bahan  baku,  dan  memiliki  titik  nyala  yang  lebih tinggi  daripada  titik  nyala  komersial  pelumas.  Dari Tabel 2. titik nyala bahan baku memiliki suhu 242 ° C yang  bila  dibandingkan  dengan  pelumas  komersial memiliki  nilai  lebih  tinggi  daripada  spesifikasi  suka Pertamina  Pelumas:  Fastron  (20W-50),  Prima  XP (20W-50), dan Mesran (20W-50).
Sampel  BL10  memiliki  nilai  terendah  242 ° C sedangkan  nilai  tertinggi  diperoleh  dari  sampel  BL7 yaitu sebesar 268 ° C. Titik nyala sangat erat kaitannya dengan  kandungan  senyawa  kimia  di  dalamnya. Semakin  tinggi  berat  molekul  senyawa  dalam biolubrikan,  semakin  besar  energi  yang  dibutuhkan untuk  memutus  ikatan.  Jika  ikatan  pecah  menjadi senyawa dengan berat molekul rendah, ikatan itu akan mudah terbakar ketika melewati api.
Nilai  titik  tuang  masing-masing  sampel  masih cukup  tinggi. Hasil  terbaik dari  sintesis  menunjukkan nilai titik tuang dari sampel BL4 dan BL12 -18,8 ° C dan -18,9 ° C  secara  berurutan.  Ini  sudah  cukup  baik karena  mensintesis  dapat  mengubah  komposisi  asam lemak  menjadi  ester  dan  mengurangi  titik  tuangnya. Dan itu juga berbanding lurus dengan viskositas yang menebal  pada  suhu  yang  lebih  rendah.  Namun,  titik tuang yang tinggi adalah fokus biolubrikasi ini karena tidak  baik  untuk  daerah  dengan  musim  dingin  yang ekstrim seperti daerah subtropis dan bahan tambahan perlu  ditambahkan  jika  akan  digunakan  di  daerah tersebut.

## 3.3 Analisa GC-MS Produk Biolubrikan
Tabel 3. Hasil Analisa GC-MS Antara Minyak Jarak dan Biolubrican No Minyak Jarak Biolubrikan Senyawa % Kelimpahan Kemiripan Senyawa % Kelimpahan Kemiripan 1 9,12-Octadecadienoic acid- 2-hydroxy-1- (hydroxymethyl)ethyl ester 5.18 99 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)- 2,3- dihydroxypropyl ester 9.66 95 2  9,12-Octadecadienoic acid 2.89 53 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z)- 2-hydroxy- 1- (hydroxymethyl)ethyl ester 2.84 72 3 13- Hexyloxacyclotridec- 10-en-2-one 1.16 52 9-Octadecenoic acid (Z)-, 2-hydrox y-1- (hydroxymethyl)ethyl ester 66.47 49 4  2H-Pyran, 3,4- dihydro-6-methyl 4.61 22 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z) 3.51 50 5  9,17-Octadecadienal 1.06 70 Methyl 9,12- heptadecadienoate 1.12 87 6 Benzene, 1- (chloromethyl)-4-(2- propenyl) 1.4 43 cis-7,cis-11- Hexadecadien-1-yl acetate 1.29 44 7  2-Methyl-Z,Z-3,13- octadecadienol 76 40 1-Butene, 4,4- dichlorohexafluoro 3.96 35 8  10,12-Hexadecadien- 1-ol acetate 7.62 44 9,12-Octadecadienoic acid (Z,Z) 11.07 64

## Gambar 3. Rancangan Resksi Esterifikasi Biolubrikan
Pada  Tabel  3,  kandungan  minyak  minyak  jarak adalah 94,74% yang terdiri dari: 9,12-Octadecadienoic acid,  13-Hexyloxacyclotridec-10-en-2-one,  2H-Pyran, 3,4-dihydro-6-  methyl,  9,17  -Octadecadienal,  Benzene, 1-  (chloromethyl)  -4-  (2-propenyl),  2-Methyl-Z,  Z-3,13- octadecadienol,  dan  10,12-Hexadecadien-1-ol  acetate. Dengan jumlah terbesar dalam senyawa 2-Methyl-Z, Z- 3,13-octadecadienol  pada  76%.  Sedangkan  produk biolubrikan  mengandung  ester  78,97%  yang  terdiri dari:  9,12-Octadecadienoic  acid  (Z,  Z)  -  2,3- dihydroxypropyl ester,  9,12-Octadecadienoic acid (Z, Z) -  2-hydroxy-1  -  (hydroxymethyl)  ethyl  ester,  dan  9- Octadecenoic  acid  (Z)  -,  2-hydroxy-1-  (hydroxymethyl) ethyl ester.
Minyak jarak dapat dimodifikasi menjadi pelumas dengan  mengubah  grup  menjadi  ester.  Alasan  ester dapat  digunakan  sebagai  biolubrikan  karena  ester memiliki sifat unik yang memiliki sifat baik pada suhu rendah  (Santi, 2016).  Konten  78,97%  ini  adalah  hasil tes sampel BL10.
Rancangan  reaksi  yang  mungkin  terjadi  antara 9,12-Octadecadienoic  acid  (Z,  Z)  dengan  methanol menghasilkan  asam  9-Octadecenoic  (Z)  -,  senyawa  2-
hydroxy-1-(hydroxymethyl) ethyl ester dapat dijelaskan seperti pada Gambar 3.
Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa  sintesis biolubrikan menghasilkan senyawa mono-ester tetapi masih  mengandung  gugus  hidroksi.  Senyawa  mono- ester  dari  minyak  jarak  masih  harus  dimodifikasi karena  masih  ada  dua  gugus  reaktif  yaitu  gugus  OH (hidroksil).  Kelompok  alkali  hidroksil  membutuhkan asam untuk membentuk tri-ester (Rochmat, 2018).
Sintesis  menghasilkan  senyawa  ester  rantai panjang  yang  sangat  mempengaruhi  sifat  fisik  dan kimia  dan  sifat  tribologis  pelumas.  Semakin  lama rantai yang diganti menjadi bagian tengah rantai ester akan  memiliki  efek  positif  pada  titik  tuangkan,  titik awan,  dan  titik  beku.  Jika  rantai  ester  utama diperpanjang, itu akan meningkatkan resistensi sterik, sehingga  menghambat  pembentukan  kristal  dan akibatnya  akan  mengurangi  titik  tuang  dan  akan meningkatkan anti-aus yang berlawanan dengan onset suhu (Santi, 2016).

## 4. KESIMPULAN
Karakteristik  yang  diperoleh  dari  biolubrikan terbaik  adalah  sebagai  berikut:  Rasio  mol  minyak
jarak:  metanol  adalah  1:  1,  viskositas  biolubilitas adalah 184,5 cP pada 40 o C dan 27,45 cP pada 100 o C, Titik  tuang  biolubrization  adalah  -18,8 o C,  titik  nyala dari biolubrication diperoleh pada 268 o C,  konsentrasi katalis  yang  digunakan  adalah  0,5  M,  kandungan senyawa  biolubrikan  yang  dominan  adalah  9- Octadecenoic  acid (Z)  -,  2-hydrox  y-1-  (hydroxymethyl) ethyl ester.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Angelina  Debbie,  Irdoni,  Nirwana.  2016.  Sintesis  Bio- Pelumas  Dari  Minyak  Minyak  Biji  Jarak:  Pengaruh Rasio  Mol  Dan  Waktu  Reaksi.    Jom  FTEKNIK Volume 3 No. 2 Oktober 2016.
Ayundari,  Devina  Puteri  Nenzy.  Sutjahjo,  Dwi  Heru. 2018.  Rancang  Bangun  lat  Uji  Pour  Point  Untuk Mengukur  Titik  Tuang  Bahan  Bakar.  Universitas Negeri Surabaya. JRM Volume 05 Nomor 01.
Rahardiningrum,  Sri  Wahyu  Santi  et  al.  2016. Biopelumas  dari  Minyak  Nabati  (Review).  Eksergi Vol XIII. 1410-394X.
Rochmat,  Agus.  Athia  Hasna  Nurhanifah,  Yunita Farviana,  Suaedah.  2018.  Biolubrication  Synthesis
Made  from  Used  Cooking  Oil  and  Bayah  Natural Zeolite  Catalyst.  Journal  of  Scientific  and  Applied Chemistry. 21(3) 2018: 113–117. https://doi.org/10.14710/jksa.21.3.113-117 .
Salimon, Jumat et al. 2011. The effects of Various Acid Catalyst on the Esterification of Jatropha Curcas Oil based  Trimethylolpropane  Ester  as  Biolubricant Base Stock. E-Journal of Chemistry VIII. 0973-4945 Salimon,  Jumat.  Salih,  Nadia.  2011.  Diesters Biolubricant  Base  Oil:  Synthesis,  Optimization,
Characterization, And Physicochemical Characteristics. UKM; Selangor.
Subhalaxmi Pradhan, Jianheng Shen, Shahram Emami, Pravakar Mohanty, SN Nai, Ajay K Dalai, Martin JT Reaney.  2017.  Synthesis  of  Potassium  Glyceroxide Catalyst  for  Sustainable  Green  Fuel  (Biodiesel) Production.  Journal  of  Industrial  and  Engineering Chemistry.  Volume  46, 25  February  2017,  Pages 266-272. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.10.038 . Syakir, M. 2010. Prospek Dan Kendalan Engembangan
Jarak  Pagar  (Jatropha  Curcas  L.  Sebagai  Bahan Bakar Nabati di Indonesia). Litbang: Bogor.
Warsito,  Sri  Wahyu  Suciyati,  dan  Dyan  Isworo.  2011. Desain dan Analisis Pengukuran Viskositas dengan Metode  Bola  Jatuh  Berbasis  SensorOptocoupler dan  Sistem  Akuisisinya  pada  Komputer.  Jurnal Natur  Indonesia  14(3),  Juni  2012:  230-235.  ISSN: 1410-9373.