Detergen

 Pengertian

Detergen berbeda dengan sabun dalam kerjanya pada air sadah. Sabun membentuk senyawa tidak larut dengan ion air sadah (Ca dan Mg) yang menyebabkan endapan dan mengurangi busa dan cleaning actionnya. Detergen bereaksi dengan ion air sadah yang hasil produknya larut atau terdispersi secara koloid dalam air.
Detergen dibagi dalam 4 kelompok utama, yaitu anionik, kationik, nonionik dan amfoterik. Kelompok terbesarnya adalah anionik yang biasanya adalah garam natrium dari sulfonat (organik sulfat).

Pengotor dapat dihilangkan melalui proses pembasahan, pengemulsian, pendispersian dan atau pelarutan noda oleh cleaning agent. Molekul detergen yang berkelompok dalam air dinamakan micelles. Bagian hidrokarbon dari molekul detergen berkelompok dengan micelles  dinamakan hidrofobik (tidak suka air) sedangkan bagian polar berada di luar micelles dinamakan hidrofilik (suka air). Senyawa yang tidak dapat larut dalam air kemudian terlarut ke dalam bagian tengah micelles yang ditarik oleh grup hidrokarbon. Proses ini dinamakan solubilisasi.

Dewasa ini, komposisi detergen diubah ke komposisi yang lebih ramah lingkungan. Hal ini dikarenakan detergen memiliki fosfat yang menyebabkan eutrofikasi dalam air alam.

2.3.2. Raw Material (Bahan Mentah)

Bahan aktif detergen adalah surfaktan. Kebanyakan menggunakan bahan inorganik, seperti oleum, caustic soda, natrium fosfat dan additives yang 3% dari detergen.

          

2.3.2.1. Surfaktan

Surfaktan adalah bahan yang dapat meningkatkan sifat rambatan suatu cairan pada suatu objek. Sifat zat seperti ini dimanfaatkan untuk menurunkan tegangan permukaan suatu cairan atau pada larutan dimana antara dua larutan memiliki efek interfacial tension.

Proses pencucian meliputi :

    Dengan membasahi kotoran dan permukaan kotoran yang ingin dicuci dengan larutan detergen
    Memindah kotoran dari permukaan
    Memelihara kotoran pada larutan stabil

Dalam air cucian, detergen mempunyai wetting agent yang dapat mempermudah menembus ke serat pakaian dan mengangkat kotoran. Setiap molekul larutan pencuci dapat dianggap sebagai rantai panjang. Ujung rantainya adalah hidrofobik dan ujung yang lainnya adalah hidrofilik. Bagian hidrofobik bekerja menyelubungi dan mengikat noda. Pada waktu yang bersamaan, bagian hidrofilik dari detergen berikatan dengan air sehingga noda dapat terangkat dari serat pakaian mengikuti aliran air.

Klasifikasi surfaktan :

    hydrofobik merupakan hidrokarbon dengan jumlah 8 hingga 18 atom karbon yang berbentuk lurus ataupun bercabang. Ada juga benzene yang mengganti ikatan atom karbon tersebut, contohnya C12H25-, C9H19.C6H4-.
    hydrofilik dapat berupa anionik, contohnya –OSO4- atau SO32-; kationik, contohnya –N(CH3)3+ atau C5H5N+; atau nonionik –(OCH2CH2)nOH. Pada senyawa anionik, senyawa yang paling banyak dipakai adalah linear alkylbenzene sulfonate (LAS) dari minyak bumi dan alkyl sulfates dari lemak hewan dan tumbuhan. Anionik dan kationik tidak cocok untuk sabun. Kondensasi etilen oksida dari fatty alkohol adalah contoh non-ionik surfaktan. Non-ionik lebih efektif dari anionik dalam mengangkat kotoran pada temperatur yang lebih rendah untuk serat kain.

Rantai Lurus Alkil Benzen

n-Alkana dipisahkan dari kerosin dengan mengadsropsinya menggunakan saringan molekular. Alkana bercabang dan siklik mempunyai diameter cross-sectional yang lebih besar dari rantai lurus sehingga memungkinkan pemisahan menggunakan saringan. Metode pemisahan senyawa parafin dari rantai alkana bercabang dan rantai siklik yang bereaksi dengan urea atau thiourea. Urea akan bereaksi dengan rantai lurus hidrokarbon (≥7 atom karbon) untuk memberikan crystalline adduct yang dipisahkan dengan filtrasi. Pengadukan dapat diperoleh dengan memanaskan air pada 80 sampai 900C. Sebaliknya, thiourea akan bereaksi dengan rantai hidrokarbon bercabang tetapi tidak akan membentuk adduct dengan rantai lurus atau aromatik. Parafin yang terpisah diubah menjadi benzene alkylates atau  diretakkan untuk menghasilkan α-olefin.

Olefin rantai lurus dihasilkan dari dehidrogenasi parafin, polimerisasi etilen ke α-olefin menggunakan katalis aluminum trietil (katalis pada proses perombakan lemak Ziegler), meretakkan lilin parafin atau dengan dehidrohalogenasi alkil halida. α-Olefin atau alkana halida dapat digunakan untuk alkylate benzena melalui reaksi Friedel-Crafts dengan memperkerjakan asam hidrofluorik atau aluminum florida sebagai katalis.



2.3.2.2. Fatty Alcohol

Pembuatan fatty alkohol : Prosedur katalis Ziegler untuk mengubah α-olefin menjadi fatty alkohol dan proses hidrogenasi metil ester adalah metode penting untuk menyiapkan fatty alkohol.

Gambar 1. Proses alfol

Sumber: Austin, 1984

Fatty alkohol dibuat dari golongan organometallic yang memiliki panjang rantai karbon berkisar antara 6 sampai 20 karbon. Proses alfol digunakan oleh Conoco dimulai dengan mereaksikan logam aluminium, hidrogen, dan etilen pada tekanan tinggi untuk memproduksi aluminium trietil. Senyawa ini kemudian dipolimerisasikan dengan etilen ke bentuk alumunium alkil. Kemudian dioksidasi dengan udara untuk membentuk alumunium alkoxides. Saat pemurnian, alkoxides dihidrolisis dengan 23-26% asam sulfat untuk memproduksi bahan mentah dan utama, alkohol rantai lurus. Kemudian dinetralisasikan dengan NaOH, dicuci dengan air dan dipisahkan dengan fraksinasi. Setiap grup etil dari aluminium trietil dapat ditambahkan etilena untuk membentuk aluminium trialkil dari 4 hingga 16 atom karbon per grup alkil.

Gambar 2. Hidrogenolisis metil ester untuk mendapatkan fatty alkohol dan gliserin.

Sumber: Austin, 1984

2.3.2.3. Suds Regulator

            Adalah zat tambahan untuk membuat kerja surfaktan efektif pada mesin pencuci pakaian.

          

2.3.2.4. Builders

            Kompleks fosfat, seperti natrium tripolifosfat banyak digunakan karena dapat mencegah menempelnya kembali noda dari air cucian ke serat kain. Polifosfat mempunyai aksi sinergis dengan surfaktan sehingga meningkatkan efektifitas dalam proses pembersihan dan mengurangi biaya keseluruhan. Peningkatan cepat produksi detergen dikarenakan penggunaan polifosfat. Selama tahun 1960-an, pertumbuhan alga dan eutrofikasi di danau berhubungan dengan adanya fosfat di detergen sehingga banyak negara menganjurkan zat pengganti fosfat. Senyawa yang pertama kali disarankan untuk mengganti fosfat adalah nitrilotriacetic acid (NTA), tetapi senyawa tersebut dinyatakan karsinogen pada tahun 1970.      Builders lainnya aalah sitrat, karbonat, dan silikat. Pengganti fosfat terbaru yang menjanjikan adalah zeolit. Di tahun 1982, 136 kt/tahun zeolit digunakan sebagai builders detergen. Di tahun 1980, builder mengandung 50% fosfat, 12% zeolit, 13% silikat, 12% karbonat, serta NTA dan sitrat masing-masing 2%.

2.3.2.5. Aditif

Penghambat korosi, seperti natrium silikat melindungi logam dan alat pencuci dari kerja detergen dan air. Karboksimetil selulosa digunakan sebagai antiredeposition. Penghilang noda, contohnya benzotriazole bekerja bersama penghambar korosi untuk melindungi logam seperti stainless steel. Zat untuk membuat serat kain lebih bercahaya adalah pewarna fluorescent karena memiliki kemampuan untuk mengubah sinar ultraviolet ke cahaya tampak. Bluings meningkatkan putihnya kain dengan menangkal kencenderungan kain untuk menjadi kuning secara alami. Agen antimikroba meliputi carbanilides, salicylanilides, dan kationik. Type pemutih peroxygen (sejenis enzym) digunakan untuk menguraikan kotoran dan membuat partikel kotoran tersebut lebih mudah untuk terangkat dari serat pakaian.

2.3.3. Proses pembuatan detergent

    Sulfonasi Alkylbenzene
        Reaksi utama

R                + H2SO4.SO3 à    R                SO3H + H2SO4        H = -420 kj/kg

Alkylbenzene     oleum       alkylbenzene sulfonat    asam sulfat

    SO3H

    Reaksi ke dua

R                SO3H + H2SO4.SO3 à R                    SO3H + H2SO4

Alkylbenzen sulfinat    oleum                 disulfonat          asam sulfat
R                 SO3H + R1                    à R                      SO2                                R1 + H2O

Alkylbenzene sulfonat

Alkyl benzene            sulfone 1%                               water

Proses pembuatan detergen dapat dijelaskan melalui gambar berikut ini.

Gambar 3. Proses pembuatan detergen

Sumber: Austin, 1984

2.3.3.1  Fatty Alcohol Sulfonation

    Reaksi utama

R-CH2OH + SO3.H2O      R’OSO3H + H2O                   H = -325 sampai -350 kj/kg

    Reaksi sekunder

R-CH2OH + R’-CH2-OSO3H à R-CH2-O-CH2-O-CH2-R’ +H2SO4

R’-CH2-CH2OH + SO3 à R’-CH=CH2 + H2SO4

R-CH2OH + SO3 à RCHO + H2O + SO2

R-CH2OH + 2SO3 à RCOOH + H2O + 2SO2

Susunan proses pembuatan detergen adalah sebagai berikut:

    Sulfonation-sulfation

Alkilbenzen yang dimasukkan ke dalam sulfonator dengan penambahan sejumlah oleum, menggunakan dominant bath principle (yang ditunjukanpada gambar 29.8) untuk mengontrol panas pada proses sulfonasi dan menjaga temperature tetap pada 550C. di dalam campuran sulfonasidimasukkan fatty tallow alcohol dan oleum. Semuanya dipompa menuju sulfater, beroperasi juga dalam dominant bath principle untuk menjaga suhu agar tetap pada kisaran 500 hingga 550C, pembuatan ini campuran dari surfactant.

    Netralization

Produk hasil dari sulfonasi-sulfasi dinetralisasi dengan larutan NaOH dibawah temperature yang terkontrol untuk menjaga fluiditas bubur surfaktan. Surfaktan dimasukkan  dalam penyimpanan.

Berikut ini merupakan diagram alir pembuatan surfaktan:

Gambar 4.  Pembuatan surfaktan

Sumber: Austin, 1984

Bubur surfaktan, sodium tripolipospat , dan bermacam-macam bahan aditif masuk ke dalam crutcher. Sejumlah air dipindahkan, dan pasta campuran ini menebal oleh tripolipospat yang terhidrasi.

Na5P3O10                +           6H2O      à          Na5P3O10.6H2O

Sodium tripolipospat                              sodium tripolipospat hexahydrate

Campuran ini dipompa ke upper story, dimana campuran ini disemprotkan dibawah tekanan tinggi ke dalam high spray tower setinggi 24m, melawan udara panas dari tungku api. Butiran kering ini adalah bentuk yang dapat diterima, ukuran dan densitas yang sesuai dapat dibentuk. Butiran yang sudah dikeringkan di alirkan ke upper story lagi melalui lift yang dapat mendinginkan mereka dari 1150C dan menstabilkan butiran. Butiran ini dipisahkan dalam goncangan, dilapisi, diharumkan dan menuju pengemasan.