PENGARUH RASIO MOLAR FORMALDEHID/UREA (F/U) MENGGUNAKAN

KATALIS NaOH DAN NH4OH TERHADAP PEMBUATAN RESIN UREA

FORMALDEHID SKALA LABORATORIUM

OLEH :

Drs. I Wayan Suarsa, M.Si

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2018

i

Kata Pengantar

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan

anugerah-Nya Karya Ilmiah yang berjudul Pengaruh Rasio Molar Formaldehid/Urea (F/U)

Menggunakan Katalis NaOH dan NH4OH terhadap Pembuatan Resin Urea-Formaldehid Skala

Laboratorium ini dapat terselesaikan.

Karya Ilmiah ini merupakan pelaksanaan Tri Darma Perguruan Tinggi khususnya di

Universitas Udayana.

Penulis menyadari bahwa Karya Ilmiah ini masih banyak kekurangannya, maka saran

dan kritik membangun dari semua pihak sangat diharapkan.

Harapan penulis, semoga karya kecil ini dapat bermanfaat.

Denpasar, 21 Mei 2018

Penulis

ii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... ii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ iii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................. iv

BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 3

1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 4

2.1 Urea ........................................................................................................... 4

2.2 Formaldehida ............................................................................................ 5

2.3 Laju Reaksi ............................................................................................... 7

2.4 Orde Reaksi ............................................................................................... 9

2.5 Resin Urea Formaldehida ......................................................................... 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................................. 17

3.1 Alat Penelitian ........................................................................................... 17

3.2 Bahan Penelitian ....................................................................................... 17

3.3 Prosedur Kerja Penelitian ......................................................................... 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 20

4.1 Pengaruh Variasi F/U Terhadap Densitas ................................................. 20

4.2 Pengaruh Variasi F/U Terhadap Viskositas .............................................. 23

4.3 Penentuan Orde Reaksi ............................................................................. 27

4.4 Proses Curing ............................................................................................ 28

BAB V PENUTUP...................................................................................................... 30

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 30

5.2 Saran ......................................................................................................... 30

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 31

iii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1 Diagram Alir Pembuatan Resin Urea Formaldehida ....................................... 18

Gambar 2 Diagram Alir Anailisa Formaldehida Bebas .................................................... 18

Gambar 3 Garfik Analisa Densitas

(A) Katalis NH4OH ............................................................................................ 21

(B) Katalis NaOH ............................................................................................... 21

Gambar 4 Garfik Analisa Viskositas

(a) Katalis NH4OH ............................................................................................. 24

(b) Katalis NaOH................................................................................................ 24

Gambar 5 Grafik Penentuan Orde

(a) Katalis NH4OH ............................................................................................. 24

(b) Katalis NaOH................................................................................................ 26

iv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1 Perbandingan Sifat Fisik UF Terhadap Nilai Yang Diijinkan ............................. 23

Tabel 2 Perbandingan Nilai K........................................................................................... 28

Tabel 3 Kadar Resin pada berbagai Variasi F/U dan Jenis Katalis .................................. 29

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan bahan perekat sintesis untuk keperluan industri semakin

meningkat. Salah satu yang mendominasi penggunaan bahan perekat sintesis adalah

produk furniture. Meningkatnya kebutuhan akan bahan perekat membuat ilmuan

mencari alternatif lain untuk memproduksi bahan perekat sintesis yang lebih mudah

untuk diproduksi , tidak mengeluarkan biaya mahal dan produk yang dihasilkan pun

mencukupi kebutuhan untuk memproduksi barang pemenuh kebutuhan lainnya.Salah

satu furniture yang banyak digunakan adalah papan kayu. Berdasarkan hasil survey dari

Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil

Hutan (Pustekolah 2011). Konsumsi kayu mengalami peningkatan yang berarti yaitu

338.404 ton pada tahun 2007 menjadi 1.480.824 ton pada tahun 2011. Hal ini akan

berdampak semakin banyaknya penebangan kayu di hutan untuk memasok kayu dalam

rangka memenuhi kebutuhan papan kayu. Oleh karena itu , perlu adanya industri yang

mulai memanfaatkan limbah kayu seperti serutan dan serbuk kayu sebagai bahan baku

untuk pembuatan papan partikel dan MDF (Medium Density Fiber Board ) . Papan

partikel adalah papan buatan yang terbuat dari serpihan kayu dengan bantuan perekat

sintesis kemudianmengalami kempa panas sehingga memiliki sifat seperti kayu.

Beberapa jenis perekat sintesis adalah dekstrin,resin sintesis jenis vinil asetat, urea

formaldehida (UF), melanin formaldehid (MF), dan fenol formaldehid (FF).Bahan

perekat UF adalah salah satu contoh polimer yang meruapakan hasil polimerisasi

kondensasi urea dengan formaldehid. Menurut Rowell (2005) kelebihan perekat jenis

UF yaitu tidak mudah terbakar , tingkat kematangan cepat, berwarna terang dan

harganya murah.

Resin urea formaldehida merupakan material universal yang banyak digunakan

pada bidang teknik seperti industri pelapisan dan untuk memperbaiki sifat kerapuhan

dan ketahanan air. (Barminas dan Osemeahon, 2006). Ureaformaldehida (UF) resin

adalah resin pengikat utama interior papan komposit kayu, seperti; papan serat dengan

kepadatan menengah, dan kayu lapis keras. Hasil reaksi antara urea dan formaldehid

mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa, tidak dapat melarut dan tidak dapat

meleleh yang termasuk kedalam golongan thermosetting.Polimer thermosetting dibuat

dengan menggabungkan komponen-komponen yang bersifat saling menguatkan

2

sehingga dihasilkan polimer dengan derajat cross link yang sangat tinggi. Resin urea

formaldehid biasanya menghasilkan produk unggulan seperti plastik, tetapi hanya dapat

digunakan dalam interior nonstruktural. (Obichukwu, 2006)

Pada pembuatan urea formaldehid dengan kondisi basa terdiri dari reaksi substitusi

dimana formaldehida bereaksi dengan urea untuk membentuk urea metilol dengan

derajat methylolation yang berbeda (derajat substitusi oleh kelompok metilol).

Parameter reaksi dapat diubah untuk mengontrol molekul yang terbentuk, misalnya

derajat percabangan molekul UF.

Parameter yang dapat mengubah hasil produk UF meliputi: pH, waktu reaksi, suhu

reaksi dan rasio molar urea formaldehid pada tahapan yang berbeda dari reaksi.Laju

reaksi urea dengan formaldehidadipelajari secara ekstensif oleh de Jong dan de Jonge

(l952).Meskipun kondisi reaksi mereka hanya sebagian identikdalam pH rendah dan

rentang suhu yang tidak jauh, namun hasil yang diperoleh berbeda dari yang diperoleh

Cedwall dan Lynchuntuk mekanismereaksi yang sedikit berbeda. Juga nilai untuk

konstanta laju yang diperoleh Donally tampaknya sekitar sepertiga dari nilai yang

ditemukan dalam karya de Jongdan de Jong. Penelitian yang dilakukan oleh Scheiber

et al. (l928) menemukan bahwa pada suasana asam diperoleh methylol dan senyawa

―Gold Schmidt’s‖ dari monomethylolurea dengan berat molekul rendah. Studi yang

dilakukan Ivana et. al (2010) dalam jurnal distribusi massa-molar resin ureaformaldehid

dengan perbedaan derajat polimerisasi menggunakan MALDI-TOFF mass-

spectrometry terbatas hanya pada perbandingan F/U = 1,45 dan 2. Studi tentang urea

formaldehid sudah banyak dilakukan. Studi tentang urea formaldehid dengan variasi

perbandingan molar umpan F/U sebesar 1,25 sampai dengan 2,00 dimaksudkan supaya

resin urea formaldehid yang terbantuk tidak kental dan tidak encer. Resin urea

formaldehid yang dihasilkan berwarna putih keruh dengan kekentalan yang cukup

sehingga mempermudah analisis baik analisis densitas, analisis viskositas, analisis

kadar formaldehid bebas, dan analisis curring. Besarnya perbandingan molar umpan

formaldehid dengan urea sangat berpengaruh pada produk resin urea formaldehid yang

dihasilkan, bila perbandingan molar umpan kurang dari 1,25 maka resin urea

formaldehid yang dihasilkan memiliki kadar formaldehid rendah dan menghasilkan

resin urea formaldehid yang kepadatan dan kekerasan rendah, sedangkan bila

perbandingan molar umpan lebih dari 2 maka resin urea formaldehid yang dihasilkan

memiliki kadar formaldehid tinggi dan menghasilkan resin urea formaldehid yang

kepadatan dan kekerasan yang tinggi. (Modric, 2013). Objek pada percobaan ini

3

mengarah kepada pengaruh rasio molar (F/U) dan katalis yang digunakan terhadap

densitas, viskositas serta laju reaksi pembentukan urea formaldehid dalam waktu

percobaan 1 jam dan temperatur konstan pada 85oC dengan kondisi basa. Tujuan dari

studi polimerisasi urea formaldehid adalah untuk mengetahui pengaruh F/U, orde

reaksi, viskositas, densitas dan curring pada polimerisasi urea formaldehid.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka adapun

rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu :

a. Bagaimana pengaruh variasi F/U terhadap densitas ?

b. Bagaimana perngaruh variasi F/U terhadap viskositas?

c. Bagaimana cara menentukan orde reaksi Urea Formaldehid ?

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari dilakukannya penelitian ini ialah sebagai berikut:

a. Untuk mengetahui pengaruh variasi F/U terhadap densitas resin urea fromaldehid

dengan katalis NaOH dan katalis NH4OH

b. Untuk mengetahui pengaruh variasi F/U terhadap viskositas dengan katalis NaOH

dan NH4OH

c. Menegtahui cara penentuan orde reaksi Urea Formaldehid

1.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang ingin diperoleh dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Secara teoritis, hasil penelitian ini dapat memberikan sumbangan pemikiran dalam

menambah ilmu pengetahuan terkait dengan densitas resin urea-formaldehid pada

F/U 2 dengan katalis NaOH dan katalis NH4OH, sedangkan viskositas dengan

katalis NaOH dan katalis NH4OH serta katalis yang digunakan untuk menghasilkan

hasil optimum pembuatan resin urea-formaldehid

b. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi masyarakat sebagai

salah satu masukan dalam pengembangan pembuatan perekat sentetis untuk

mengembangkan produksi papan partikel dengan menggunakan limbah kayu tanpa

harus menebang pohon kayu

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Urea

Urea merupakan pupuk nitrogen yang paling mudah dipakai. Zat ini

mengandung nitrogen paling tinggi (46%) di antara semua pupuk padat. Urea mudah

dibuat menjadi pelet atau granul (butiran) dan mudah diangkut dalam bentuk curah

maupun dalam kantong dan tidak mengandung bahaya ledakan. Zat ini mudah larut

didalam air dan tidak mempunyai residu garam sesudah dipakai untuk tanaman.

Kadang-kadang zat ini juga digunakan untuk pemberian makanan daun. Disamping

penggunaannya sebagai pupuk, urea juga digunakan sebagai tambahan makanan

protein untuk hewan pemamah biak, juga dalam produksi melamin, dalam pembuatan

resin, plastik, adhesif, bahan pelapis, bahan anti ciut, tekstil, dan resin perpindahan ion.

Bahan ini merupakan bahan antara dalam pembuatan amonium sulfat, asam sulfanat,

dan ftalosianina (Austin, 1997).

Urea ditemukan pertama kali oleh Roelle pada tahun 1773 dalam urine.

Pembuatan urea dari amonia dan asam sianida untuk pertama kalinya ditemukan oleh

F.Wohler pada tahun 1828 . Namun pada saat ini pembuatan urea pada umumnya

menggunakan proses dehidrasi yang ditemukan oleh Bassarow pada tahun 1870.

Proses ini mensintesis urea dari pemanasan amonium karbamat. Prinsip pembuatan urea

pada umumnya yaitu dengan mereaksikan antara amonia dan karbondioksida pada

tekanan dan temperatur tinggi didalam reaktor kontinu untuk membentuk amonium

karbamat (reaksi1) selanjutnya amonium karbamat yang terbentuk didehidrasi menjadi

urea (reaksi 2).

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

Reaksi 1 :

2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(g)

Reaksi 2 :

NH2COONH4(g)NH2CONH2(g) + H2O(l)

Sintesis urea dilakukan dengan amonia yang berlebih agar kesetimbangan

dapat bergeser ke arah kanan sehingga dapat dihasilkan produk yang lebih banyak.

(Muliawati, 2007)

5

2.2 Formaldehida

formaldehida (juga disebut metanal, atau formalin), merupakan aldehida

dengan rumus kimia H2CO, yang berbentuknya gas, atau cair yang dikenal sebagai

formalin, atau padatan yang dikenal sebagai paraformaldehyde atau trioxane.

Formaldehida awalnya disintesis oleh kimiawan RusiaAleksandr Butlerov tahun 1859,

tetapi diidentifikasi oleh Hoffman tahun 1867.

Pada umumnya, formaldehida terbentuk akibat reasi oksidasi katalitik pada

metanol. Oleh sebab itu, formaldehida bisa dihasilkan dari pembakaran bahan yang

mengandung karbon dan terkandung dalam asap pada kebakaran hutan, knalpot mobil,

dan asap tembakau. Dalam atmosfer bumi, formaldehida dihasilkan dari aksi cahaya

matahari dan oksigen terhadap metana dan hidrokarbon lain yang ada di atmosfer.

Formaldehida dalam kadar kecil sekali juga dihasilkan sebagai metabolit kebanyakan

organisme, termasuk manusia.

Secara industri, formaldehida dibuat dari oksidasikatalitik metanol. Katalis

yang paling sering dipakai adalah logam perak atau campuran oksida besi dan

molibdenum serta vanadium. Dalam sistem oksida besi yang lebih sering dipakai

(proses Formox), reaksi metanol dan oksigen terjadi pada 250 °C dan menghasilkan

formaldehida, berdasarkan persamaan kimia

2 CH3OH + O2 → 2 H2CO + 2 H2O.

Katalis yang menggunakan perak biasanya dijalankan dalam temperatur yang lebih

tinggi, kira-kira 650 °C.dalam keadaan ini, akan ada dua reaksi kimia sekaligus yang

menghasilkan formaldehida: satu seperti yang di atas, sedangkan satu lagi adalah reaksi

dehidrogenasi

CH3OH → H2CO + H2.

Bila formaldehida ini dioksidasi kembali, akan menghasilkan asam format yang sering

ada dalam larutan formaldehida dalam kadar ppm.

Formaldehida dapat digunakan untuk membasmi sebagian besar bakteri,

sehingga sering digunakan sebagai disinfektan dan juga sebagai bahan pengawet.

Sebagai disinfektan, Formaldehida dikenal juga dengan nama formalin dan

6

dimanfaatkan sebagai pembersih; lantai, kapal, gudang dan pakaian. Formaldehida juga

dipakai sebagai pengawet dalam vaksinasi. Dalam bidang medis, larutan formaldehida

dipakai untuk mengeringkan kulit, misalnya mengangkat kutil. Larutan dari

formaldehida sering dipakai dalam membalsem untuk mematikan bakteri serta untuk

sementara mengawetkan bangkai.

Dalam industri, formaldehida kebanyakan dipakai dalam produksi polimer dan

rupa-rupa bahan kimia. Jika digabungkan dengan fenol, urea, atau melamina,

formaldehida menghasilkan resintermoset yang keras. Resin ini dipakai untuk lem

permanen, misalnya yang dipakai untuk kayulapis/tripleks atau karpet. Juga dalam

bentuk busa-nya sebagai insulasi. Lebih dari 50% produksi formaldehida dihabiskan

untuk produksi resin formaldehida.

Untuk mensintesis bahan-bahan kimia, formaldehida dipakai untuk produksi

alkohol polifungsional seperti pentaeritritol, yang dipakai untuk membuat catbahan

peledak. Turunan formaldehida yang lain adalah metilena difenil diisosianat, komponen

penting dalam cat dan busa poliuretana, serta heksametilena tetramina, yang dipakai

dalam resin fenol-formaldehida untuk membuat RDX (bahan peledak).

Di dalam tubuh, formaldehida bisa menimbulkan terikatnya DNA oleh

protein, sehingga mengganggu ekspresi genetik yang normal. Binatang percobaan yang

menghisap formaldehida terus-terusan terserang kanker dalam hidung dan

tenggorokannya, sama juga dengan yang dialami oleh para pegawai pemotongan papan

artikel. Tapi, ada studi yang menunjukkan apabila formaldehida dalam kadar yang lebih

sedikit, seperti yang digunakan dalam bangunan, tidak menimbulkan pengaruh

karsinogenik terhadap makhluk hidup yang terpapar zat tersebut.

2.3 Laju Reaksi

Laju reaksi merupakan pristiwa perubahan konsentrasi reaktan atau produk

dalam satuan waktu. Laju reaksi juga dapat dinyatakan sebagai suatu laju terhadap

berkurangnya konsentrasi suatu pereaksi. Konstanta laju reaksi merupakan laju reaksi

bila konstanta dari masing-masing jenis larutan (Keenan, dkk, 1984).

7

Kecepatan laju reaksi yang berbanding lurus terhadap konsentrasi dengan satu

atau dua pengikut berpangkat dua akan disebutkan sesuai jumlah pangkat. Reaksi

disebut bertingkat tiga bila kecepatan reaksinya berbanding lurus dengan konsentrasi

tiga pengikut. Biasanya laju reaksi tidak bergantung pada orde reaksi, suatu reaksi yang

merupakan proses satu tahap didefenisikan dengan bedasarkan reaksinya yaitu reaksi

dasar (Bird, 2003 dan Petrucci, 1982)

Faktor – faktor yang mempengaruhi laju reaksi adalah sebagai berikut:

a. Luas permukaan sentuh

Luas permukaan sentuh memiliki peranan yang sangat penting dalam laju

reaksi.Sebab semakin besar luas permukaan bidang sentuh antar partikel maka

tumbukan yang terjadi semakin banyak sehingga laju reaksi berjalan dengan cepat. Dan

bila semakin kecil luas permukaan bidang sentuh,maka semakin kecil tumbukan dan

lajunya semakin lambat. Karakteristik keping juga berpengaruh,semakin halus

kepingan,maka semakin cepat waktu yang dibutuhkan untuk bereaksi. Semakin kasar

keping itu,maka semakin lambat.Suatu reaksi melibatkan pereaksi dalam bentuk

padat.Perubahan laju reaksi semata-mata sebagai akibat perbedaan ukuran

kepingan.dalam hal ini, ukuran kepingan kita sebut variabel bebas (variabel

manipulasi), perubahan laju reaksi (waktu reaksi) sebagai variabel terikat (variabel

respons), semua faktor lain yang dibuat tetap disebut variabel kontrol.

Suatu zat akan bereaksi apabila bercampur dan bertumbukan. Pada

pencampuran reaktan yang terdiri dari dua fase atau lebih, tumbukan berlangsung pada

bagian permukaan zat.Padatan berbentuk serbuk halus memiliki luas permukaan bidang

sentuh yang lebih besar daripada padatan berbentuk kepingan atau butiran.

b. Konsentrasi

Semakin besar konsentrasi zat –zat yang bereaksi maka semakin cepat

reaksinya berlangsung.Makin besar konsentrasi makin banyak zat – zat yang bereaksi

sehingga semakin besar terjadinya tumbukan dan dapat dikatakan kemungkinan

terjadinya reaksi.Pengaruh konsentrasi pada laju reaksi dapat dipelajari dengan

8

mengulangi reaksi magnesium dengan asam klorida.Larutan dengan konsentrasi yang

besar (pekat) mengandung partikel yang lebih rapat.Jika dibandingkan dengan larutan

encer.

Hubungan kuantitatif perubahan konsentrasi dengan laju reaksi tidak dapat

ditetapkan dari persamaan reaksi, tetapi harus melalui percobaan.Dalam penetapan laju

reaksi ditetapkan yang menjadi patokan adalah laju perubahan konsentrasi reaktan.

c. Suhu

Apabila suhu suatu reaksi yang berlangsung dinaikkan,maka menyebabkan

partikel aktif bergerak,sehingga tumbukan yang terjadi semakin sering,menyebabkan

laju reaksi semakin besar. Apabila suhu diturunkan,maka partikel semakin tak

aktif,sehinga laju reaksi semakin kecil.

Pada umumnya reaksi akan berlangsung lebih cepat bila suhu dinaikkan.

Dengan menaikkan suhu maka energi kinetik molekul-molekul zat yang bereaksi akan

bertambah sehingga akan lebih banyak molekul yang memiliki energi sama atau lebih

besar dari Ea. Dengan demikian lebih banyak molekul yang dapat mencapai keadaan

transisi atau dengan kata lain kecepatan reaksi menjadi lebih besar.

d. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu

tertentu,tanpa mengalami perubahan/terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis

berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi atau produk.Katalis memungkinkan

reaksi berlangsung lebih cepat/memungkinkan.Katalis adalah zat yang menaikkan laju

reaksi tanpa dirinya sendiri berubah di akhir reaksi. Hal ini berarti katalis terbentuk

kembali setelah reaksi berakhir. Katalis dapat menaikkan laju reaksi dengan memilih

mekanisme reaksi lain yang energi aktivasinya lebih rendah dari mekanisme semula.

A + B → C + D (tanpa katalis)

A + B → C + D (dengan katalis)

kdengan katalis> ktanpa katalis sehingga vdengan katalis> vtanpa katalis

9

Laju reaksi akan lebih cepat jika puncak energi aktivasinya lebih rendah. Hal ini berarti

reaksi akan lebih mudah terjadi. Total energi reaktan dan produk tidak dipengaruhi oleh

katalis. Hal ini berarti entalpi (∆H) reaksi tidak dipengaruhi oleh katalis

2.4 Orde Reaksi

Orde reaksi adalah banyaknya faktor konsentrasi zat reaktan yang

mempengaruhi kecepatan reaksi.Penentuan orde reaksi tidak dapat diturunkan dari

persamaan reaksi tetapi hanya dapat ditentukan berdasarkan percobaan. Suatu reaksi

yang diturunkan secara eksperimen dinyatakan dengan rumus kecepatan reaksi : v = k

(A) (B) 2 Persamaan tersebut mengandung pengertian reaksi orde 1 terhadap zat A dan

merupakan reaksi orde 2 terhadap zat B. Secara keselurahan reaksi tersebut adalah

reaksi orde 3. Orde reaksi atau tingkat reaksi terhadap suatu komponen merupakan

pangkat dari konsentrasi komponen tersebut dalam hukum laju. Sebagai contoh, v = k

[A]m [B]n, bila m=1 kita katakan bahwa reaksi tersebut adalah orde pertama terhadap

A. Jika n=3, reaksi tersebut orde ketiga terhadap B.. Orde total adalah jumlah orde

semua komponen dalam persamaan laju: n+m+…. Pangkat m dan n ditentukan dari

data eksperimen, biasanya harganya kecil dan tidak selalu sama dengan koefisien a dan

b. Hal ini berarti, tidak ada hubungan antara jumlah pereaksi dan koefisien reaksi

dengan orde reaksi

a) Orde nol

Reaksi dikatakan berorde nol terhadap salah satu pereaksinya apabila

perubahankonsentrasi pereaksi tersebut tidak mempengaruhi laju reaksi. Artinya,

asalkan terdapat dalam jumlah tertentu, perubahan konsentrasi pereaksi itu tidak

mempengaruhi laju reaksi.

Integrasinya diperoleh: [A]t = -kt + [A0] Dengan membuat plot [A] terhadap t akan

diperoleh garis lurus dengan kemiringan (slope) = -k

Reaksi dengan orde nol adalah reaksi dimana laju tidak bergantung pada

konsentrasi reaktan. Penambahan maupun mengurangan konsentrasi reaktan tidak

mengubah laju reaksi. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

A → Produk

10

Laju reaksi dapat dinyatakan dalam persamaan : v = – ∆ [A]/∆ t

Laju reaksi juga dapat dinyatakan dalam persamaan : v = k [A]0 atau v = k

Satuan k dapat diperoleh dari persamaan : k = v / [A]0 = v = M.s

-1 atau M / s

Dengan menggabungkan kedua persamaan laju reaksi : – ∆[A]/∆ t = k [A]0

Dengan menggabungkan kedua persamaan laju reaksi : – ∆[A]/∆ t = k

Penyelesaian dengan kalkulus, akan diperoleh persamaan berikut :

[A]t = -kt + [A]0

Selama reaksi kimia berlangsung, konsentrasi reaktan berkurang seiring peningkatan

waktu reaksi. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk membedakan reaksi orde

nol, orde satu, dan orde dua adalah melalui waktu paruh.

b) Orde Satu

Suatu reaksi dikatakan berorde satu terhadap salah satu pereaksinya jika laju

reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi pereaksi itu. Misalkan, konsentrasi

pereaksi itu dilipat tigakan maka laju reaksi akan menjadi 31 atau 3 kali lebih

besar. Bila persamaan ln [A]t = -kt + ln[A0] dibuat grafik ln [A] lawan t, maka

diperoleh garis lurus dengan kemiringan = -k, sedang jelajahnya (intersep) =ln[A]0

Reaksi dengan orde satu adalah reaksi dimana laju bergantung pada konsentrasi reaktan

yang dipangkatkan dengan bilangan satu. Secara umum, reaksi dengan orde satu dapat

diwakili oleh persamaan reaksi berikut :

A Produk

Laju reaksi dapat dinyatakan dalam persamaan : v = – ∆ [A]/∆ t

Laju reaksi juga dapat dinyatakan dalam persamaan : v = k [A]

Satuan k dapat diperoleh dari persamaan : k = v/[A] = M.s-1

/M = s-1

atau 1/s

Dengan menggabungkan kedua persamaan laju reaksi : – ∆[A]/∆ t = k [A]

11

Penyelesaian dengan kalkulus, akan diperoleh persamaan berikut :

ln { [A]t / [A]0 }= – kt atau

ln [A]t = – kt + ln [A]0

ln = logaritma natural (logaritma dengan bilangan pokok e)

[A]0 = konsentrasi saat t = 0 (konsentrasi awal sebelum reaksi)

[A]t = konsentrasi saat t = t (konsentrasi setelah reaksi berlangsung selama t detik)

c) Orde Dua

Suatu reaksi dikatakan berorde dua terhadap salah satu pereaksi jika laju

reaksi merupakan pangkat dua dari konsentrasi pereaksi itu. Apabila konsentrasi zat itu

dilipat tigakan, maka laju reaksi akan menjadi 32 atau 9 kali lebih besar.

Reaksi dengan orde dua adalah reaksi dimana laju bergantung pada

konsentrasi satu reaktan yang dipangkatkan dengan bilangan dua atau konsentrasi dua

reaktan berbeda yang masing-masing dipangkatkan dengan bilangan satu. Kita hanya

akan membahas tipe satu reaktan yang dipangkatkan dengan bilangan dua. Persamaan

reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

A Produk

Laju reaksi dapat dinyatakan dalam persamaan : v = – ∆ [A]/∆ t

Laju reaksi juga dapat dinyatakan dalam persamaan : v = k [A]2

Satuan k dapat diperoleh dari persamaan : k = v / [A]2 = M.s

-1/M

2 = s

-1/M atau 1/M.s

Dengan menggabungkan kedua persamaan laju reaksi : – ∆[A]/∆ t = k [A]2

Penyelesaian dengan kalkulus, akan diperoleh persamaan berikut :

1 / [A]t = kt + 1 / [A]0

12

Selama reaksi kimia berlangsung, konsentrasi reaktan berkurang seiring peningkatan

waktu reaksi. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk membedakan reaksi orde

nol, orde satu, dan orde dua adalah melalui waktu paruh. Waktu paruh (t1/2) adalah

waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi reaktan menjadi setengah dari konsentrasi

semula. Persamaan waktu paruh untuk masing-masing orde reaksi adalah sebagai

berikut :

Orde Satu : t1/2 = ln 2 / k = 0,693 / k (waktu paruh tidak bergantung pada

konsentrasi awal reaktan)

Orde Dua : t1/2 = 1 / k.[A]0 (waktu paruh berbanding terbalik dengan konsentarsi awal

reaktan)

Orde Nol : t1/2 = [A]0 / 2k (waktu paruh berbanding lurus dengan konsentrasi awal

reaktan)

Agar reaksi kimia dapat terjadi, reaktan harus bertumbukan. Tumbukan ini

memindahkan energi kinetik (energi gerak) dari satu molekul ke molekul lainnya,

sehingga masing-masing molekul teraktifkan. Tumbukan antarmolekul memberikan

energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan sehingga ikatan baru dapat terbentuk.

Pada peristiwa tertentu, walaupun terjadi tumbukan, energi kinetik yang tersedia

tidak cukup untuk dipindahkan sehingga molekul tidak dapat bergerak dengan cukup

cepat. Kita dapat mengatasi hal ini dengan memanaskan campuran reaktan. Suhu adalah

ukuran energi kinetik rata-rata dari molekul tersebut; menaikkan suhu akan

meningkatkan energi kinetik yang ada untuk memutuskan ikatan-ikatan ketika

tumbukan.

Saat tumbukan antarmolekul terjadi, sejumlah energi kinetik akan digunakan untuk

memutuskan ikatan. Jika energi kinetik molekul besar, tumbukan yang terjadi mampu

memutuskan sejumlah ikatan. Selanjutnya, akan terjadi pembentukan kembali ikatan

baru. Sebaliknya, jika energi kinetik molekul kecil, tidak akan terjadi tumbukan dan

pemutusan ikatan. Dengan kata lain, untuk memulai suatu reaksi kimia, tumbukan

antarmolekul harus memiliki total energi kinetik minimum sama dengan atau lebih dari

energi aktivasi (Ea), yaitu jumlah energi minimum yang diperlukan untuk memulai

suatu reaksi kimia. Saat molekul bertumbukan, terbentuk spesi kompleks teraktifkan

(keadaan transisi), yaitu spesi yang terbentuk sementara sebagai hasil tumbukan

antarmolekul sebelum pembentukan produk.

13

A + B → AB* → C + D

reaktan keadaan transisi produk

Konstanta laju reaksi (k) bergantung pada temperatur (T) reaksi dan besarnya energi

aktivasi (Ea). Hubungan k, T, dan Ea dapat dinyatakan dalam persamaan Arrhenius

sebagai berikut :

k = A e –Ea / RT

atau ln k = ln A - Ea / R.T

k = konstanta laju reaksi

Ea = energi aktivasi (kJ/mol)

T = temperatur mutlak (K)

R = konstanta gas ideal (8,314 J/mol.K)

e = bilangan pokok logaritma natural (ln)

A = konstanta frekuensi tumbukan (faktor frekuensi)

Dari persamaan Arrhenius terlihat bahwa laju reaksi (dalam hal ini diwakili konstanta

laju reaksi) semakin besar saat reaksi terjadi pada temperatur tinggi yang disertai

dengan energi aktivasi rendah.

Kadang-kadang, walaupun telah terjadi tumbukan dengan energi kinetik yang cukup,

reaksi tetap tidak menghasilkan produk. Hal ini disebabkan oleh molekul yang tidak

mengalami tumbukan pada titik yang tepat. Tumbukan yang efektif untuk

menghasilkan produk berkaitan erat dengan faktororientasi dan sisi aktif molekul

bersangkutan. Dengan demikian, molekul harus bertumbukan pada arah yang tepat atau

dipukul pada titik yang tepat agar reaksi dapat terjadi. Sebagai contoh, reaksi antara

molekul A-B dengan C membentuk molekul C-A dan B.

A-B + C ——-> C-A + B

Terlihat bahwa untuk menghasilkan produk molekul C-A, zat C harus bertumbukan

dengan molekul A-B pada ujung A. Jika zat C menumbuk molekul A-B pada ujung B,

tidak aka ada produk yang dihasilkan. Ujung A dari molekul A-B dikenal dengan istilah

sisi aktif, yaitu tempat pada molekul dimana tumbukan harus terjadi agar reaksi dapat

menghasilkan produk. Saat zat C menumbuk ujung A pada molekul A-B, akan ada

kesempatan untuk memindahkan cukup energi untuk memutus ikatan A-B. Setelah

ikatan A-B putus, ikatan C-A dapat terbentuk. Persamaan untuk proses tersebut dapat

digambarkan dengan cara berikut :

C∙∙∙∙∙∙∙A∙∙∙∙∙B → C-A + B

Jadi, agar reaksi ini dapat terjadi, harus terdapat tumbukan antara zat C dengan molekul

A-B pada sisi aktifnya. Tumbukan antara zat C dengan molekul A-B harus

14

memindahkan cukup energi untuk memutuskan ikatan A-B (pemutusan ikatan

memerlukan energi) sehingga memungkinkan ikatan C-A terbentuk (pembentukan

ikatan melepaskan energi).

2.5 Resin Urea Formaldehida

Resin urea formaldehida merupakan material universal yang banyak

digunakan pada bidang teknik seperti industri pelapisan dan untuk memperbaiki sifat

kerapuhan dan ketahanan air. (Barminas dan Osemeahon, 2006).

Resin formaldehida digunakan dalam bahan konstruksi seperti kayu

lapis/tripleks, karpet, dan busa semprot dan isolasi, serta karena resin ini melepaskan

formaldehida pelan-pelan, formaldehida merupakan salah satu polutan dalam ruangan

yang sering ditemukan. Apabila kadar di udara lebih dari 0,1 mg/kg, formaldehida yang

terhisap bisa menyebabkan iritasi kepala dan membran mukosa, yang menyebabkan

keluarnya air mata, pusing, teggorokan serasa terbakar, serta kegerahan.Jika terpapar

formaldehida dalam jumlah banyak, misalnya terminum, bisa menyebabkan kematian.

Dalam tubuh manusia, formaldehida dikonversi menjadi asam format yang

meningkatkan keasaman darah, tarikan napas menjadi pendek dan sering, hipotermia,

juga koma, atau sampai kepada kematiannya.

Ureaformaldehida (UF) resin adalah resin pengikat utama dari interior papan

komposit kayu, seperti; papan serat dengan kepadatan menengah, dan kayu lapis keras.

Hasil reaksi antara urea dan formaldehid mempunyai sifat tahan terhadap asam, basa,

tidak dapat melarut dan tidak dapat meleleh yang termasuk kedalam golongan

thermosetting.Polimer thermosetting dibuat dengan menggabungkan komponen-

komponen yang bersifat saling menguatkan sehingga dihasilkan polimer dengan derajat

cross link yang sangat tinggi. Resin urea formaldehid biasanya menghasilkan produk

unggulan seperti plastik, tetapi hanya dapat digunakan dalam interior

nonstruktural.(Obichukwu, 2006)

Pada pembuatan urea formaldehid dengan kondisi basa terdiri dari reaksi

substitusi dimana formaldehida bereaksi dengan urea untuk membentuk urea metilol

dengan derajat methylolation yang berbeda (derajat substitusi oleh kelompokmetilol)

Parameter reaksi dapat diubah untuk mengontrol molekul yang terbentuk, misalnya

derajat percabangan molekul UF.

15

Parameter yang dapat mengubah hasil produk UF meliputi: pH, waktu reaksi,

suhu reaksi dan rasio molar urea formaldehid pada tahapan yang berbeda dari reaksi.

Laju reaksi urea dengan formaldehidadipelajari secara ekstensif oleh de Jong dan de

Jonge (l952).Meskipun kondisi reaksi mereka hanya sebagian identikdalam pH rendah

dan rentang suhu yang tidak jauh, namun hasil yang diperoleh berbeda dari yang

diperoleh Cedwall dan Lynchuntuk mekanismereaksi yang sedikit berbeda. Juga nilai

untuk konstanta laju yang diperoleh Donally tampaknya sekitar sepertiga dari nilai yang

ditemukan dalam karya de Jongdan de Jong.

Penelitian yang dilakukan oleh Scheiber et al. (l928) menemukan bahwa pada

suasana asam diperoleh methylol dan senyawa ―Gold Schmidt’s‖ dari

monomethylolurea dengan berat molekul rendah. Studi yang dilakukan Ivana et. al

(2010) dalam jurnal distribusi massa-molar resin ureaformaldehid dengan perbedaan

derajat polimerisasi menggunakan MALDI-TOFF mass-spectrometry terbatas hanya

pada perbandingan F/U = 1,45 dan 2. Studi tentang urea formaldehid sudah banyak

dilakukan. Studi tentang urea formaldehid dengan variasi perbandingan molar umpan

F/U sebesar 1,25 sampai dengan 2,00 dimaksudkan supaya resin urea formaldehid yang

terbantuk tidak kental dan tidak encer. Resin urea formaldehid yang dihasilkan

berwarna putih keruh dengan kekentalan yang cukup sehingga mempermudah analisis

baik analisis densitas, analisis viskositas, analisis kadar formaldehid bebas, dan analisis

curring.

Besarnya perbandingan molar umpan formaldehid dengan urea sangat

berpengaruh pada produk resin urea formaldehid yang dihasilkan, bila perbandingan

molar umpan kurang dari 1,25 maka resin urea formaldehid yang dihasilkan memiliki

kadar formaldehid rendah dan menghasilkan resin urea formaldehid yang kepadatan

dan kekerasan rendah, sedangkan bila perbandingan molar umpan lebih dari 2 maka

resin urea formaldehid yang dihasilkan memiliki kadar formaldehid tinggi dan

menghasilkan resin. urea formaldehid yang kepadatan dan kekerasan yang tinggi.

(Modric, 2013).

Objek pada percobaan mengarah kepada pengaruh rasio molar (F/U) dan

katalis yang digunakan terhadap densitas, viskositas serta laju reaksi pembentukan urea

formaldehid dalam waktu percobaan 1 jam dan temperatur konstan pada 85ºC dengan

kondisi basa. Tujuan dari studi polimerisasi urea formaldehid adalah untuk mengetahui

pengaruh F/U, orde reaksi, viskositas, densitas dan curring pada polimerisasi urea

formaldehid (formaldehid + urea + katalis + buffer), dan penambahan buffer sebanyak

16

0,25% dari massa total (formaldehid + urea + katalis + buffer). Katalis yang digunakan

adalah NaOH dan NH4OH. Kedua jenis katalis tersebut digunakan pada semua variasi

F/U. Pertama, formalin, katalis dan buffer dimasukkan ke dalam labu ukur. Kemudian

campuran yang terjadi disebut sampel 0. Sampel ini dianalisa viskositas dan

densitasnya. Selanjutnya campuran ini (sampel 0) ditambah urea yang selanjutnya

disebut Sampel 1. Sampel ini dianalisa formaldehid bebas, viskositas dan densitasnya.

Kemudian Sampel 1 dipanaskan selama 10 menit pada suhu 85oC. Setelah itu

campuran didinginkan dan dianalisa formaldehid bebas, viskositas dan densitasnya.

Campuran ini disebut Sampel 2. Begitu seterusnya selama 60 menit.

17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 ALAT

1. Buret

2. Labu Ukur

3. Spatula

4. Cawan Porselin

5. Oven

6. Piknometer

7. Erlenmeyer

8. Reaktor

9. Neraca

10. Gelas Ukur

11. Spatula

12. Gelas Beaker

13. Termometer

3.2 BAHAN

1. Larutan Amoniak (NH4OH)

2. Indikator Fenolptftalein (PP)

3. Larutan Asam Sulfat (H2SO4)

4. Natrium Karbonat (Na2CO3)

5. Larutan Etanol (C2H5OH)

6. Larutan Natrium Sulfit (Na2SO3)

7. Larutan Formalin (CH2O)

8. Urea (CO(NH2)2)

9. Larutan Natrium Hidroksida (NaOH)

10. Akuades

3.3 PROSEDUR KERJA

1. Pembuatan Resin Urea-Formaldehid

Diagram alir pembuatan resin urea-foemaldehid dapat dilihat pada Gambar.

Umpan yang digunakan terdiri dari urea, formalin, dan katalis. Perbandingan molar

antara formaldehid dan urea divariasikan 1,5; 2; 2,5; 3. Penambahan katalis sebanyak

5% dari massa total (formaldehid+urea+katalis+buffer), dan penambahan buffer

sebanyak 0,25% dari massa total (formaldehid+urea+katalis+buffer). Katalis yang

digunakan adalah NaOH dan NH4OH. Kedua jenis katalis tersebut digunakan pada

semua variasi F/U. Pertama, formalin, katalis dan buffer dimasukkan ke dalam labu

ukur. Kemudian campuran yang terjadi disebut sampel 0. Sampel ini dianalisa

viskositas dan densitasnya. Selanjutnya campuran ini (sampel 0) ditambah urea yang

selanjutnya disebut Sampel 1. Sampel ini dianalisa formaldehid bebas, viskositas dan

densitasnya. Kemudian Sampel 1 dipanaskan selama 10 menit pada suhu 85oC.

Setelah itu campuran didinginkan dan dianalisa formaldehid bebas, viskositas dan

densitasnya. Campuran ini disebut Sampel 2. Begitu seterusnya selama 60 menit.

18

2. Analisa Formaldehid Bebas

Diagram alir analisa formaldehid bebas dapat dilihat pada Gambar. Pertama,

mencampurkan 1 cc sampel, 5 cc alkohol, dan 2-3 tetes indikator pp kedalam labu

titrasi tertutup. Kemudian, campuran dititrasi untuk menentukan titik akhir larutan

netral. Menambahkan 25 cc sodium sulfat kedalam labu. Mereaksikan larutan dengan

melakukan pengocokkan selama 10 menit. Lalu, menitrasi larutan dengan asam sulfat

dan melakukannya sebanyak dua kali.

19

3. Analisa Viskositas

Pertama, memasukkan sampel kedalam viskometer ostwald. Kemudian, mencatat

waktu yang diperlukan sampel untuk mengalir dari satu batas ke batas lainnya.

4. Analisa Densitas

Untuk analisa densitas dilakukan dengan menimbang piknometer kosong dalam

neraca analitik.Kemudian menambahkan sampel dengan volume tertentu dan

menimbang massanya. Selanjutnya perbedaan massa dihitung dan diperoleh densitas

sampel.

20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengaruh Variasi F/U terhadap Densitas

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh viskositas sampel resin urea formaldehid

pada Gambar 3. Densitas akan semakin tinggi seiring dengan semakin lama reaksi

terjadi. Hal ini disebabkan oleh resin urea formaldehid yang terbentuk akan semakin

banyak sehingga larutan menjadi lebih kental. Larutan yang semakin kental

menunjukkan bahwa partikelnya semakin rapat sehingga densitasnya akan semakin

besar. Semakin tinggi rasio molarF/U, semakin tinggi konten formaldehida bebas

diresin (Dunky, 1998).

Menurut Jermejeff (2012) tingginya jumlah formaldehida bebas dapat

menghambat reaksi kondensasi seperti menghambat terbentuknya methylol dan

meningkatkan derajat percabangan molekul UF.Semakin banyak cabang pada rantai

polimer maka densitasnya akan semakin kecil. Pada gambar 3 menunjukkan hubungan

antara densitas terhadap sampel yang diambil setiap selang waktu 10 menit.Variasi F/U

pada percobaan ini adalah 1,5; 2,0; 2,5 dan 3. Gambar 3 menunjukkan bahwa semakin

tinggi rasio molar semakin rendah densitasnya.Hal ini sesuai dengan teori yang

dikemukakan oleh Jermejeff (2012).

Pada penelitian dengan menggunakan katalis NH4OH diperoleh densitas urea

formaldehid yang terbentuk pada variasi F/U 1,5 adalah 1370 kg/m3, pada F/U 2 adalah

1370 kg/m3, pada F/U 2,5 diperoleh 1350 kg/m3 dan pada F/U 3 diperoleh 1350 kg/m3.

Nilai F/U=2 memiliki nilai densitas yang tinggi hal ini disebabkan F/U=2 merupakan

perbandingan stoikiometri yang optimum antara formaldehid dan urea. Sedangkan

sampel dengan F/U 2,5 dan sampel F/U=3 memiliki nilai densitasnya rendah karena

nilai konversinya kecil. Hal ini disebabkan nilai reaktan utama lebih sedikit dari nilai

stoikiometrinya sehingga formaldehid mengalami reaksi disproporsionasi.

Hubungan antara sampel 0-7 dengan F/U = 1,5; 2; 2,5; dan 3 terhadap densitas

pada katalis NaOH dipaparkan pada Gambar 3b. Dari grafik (3b) dapat dilihat bahwa

untuk nilai F/U yang sama, densitas sampel semakin meningkat. Sampel 0 memiliki nilai

densitas yang paling rendah karena belum dicampur dengan urea. Sampel 1-7 memiliki

nilai densitas yang meningkat karena pengaruh waktu reaksi dan pemanasan sehingga

21

lebih banyak reaktan yang terkonversi.Pada penelitian dengan menggunakan katalis

NaOH diperoleh densitas urea formaldehid yang terbentuk pada variasi F/U 1,5 yaitu

1360 kg/m3, pada F/U 2 yaitu 1370 kg/m3, pada F/U 2,5 yaitu 1360 kg/m3, dan pada

F/U 3 yaitu 1330 kg/m3. Pada F/U=2 memiliki nilai densitas tertinggi yaitu 1370 kg/m3.

Pada F/U =2 memiliki hasil yang optimum dalam pembentukkan urea formaldehid hal

ini terlihat dari nilai densitas yang dihasilkan mendekati nilai dari literatur yaitu 1,2

g/cm3– 1,45 g/cm3 atau nilai konversinya yaitu 1200 kg/m3– 1450 kg/m3 (Tae lee,

2012).

Gambar 3.Grafik Analisa Densitas dengan (a) Katalis NH4OH, (b) katalis NaOH

Sampel urea formaldehid dengan katalis NaOH memiliki range densitas 1330 kg/m3

sampai 1370kg/m3 dan sampel urea formaldehid dengan katalis NH4OH memiliki range

22

densitas 1350 kg/m3sampai 1370kg/m3. Penggunaan katalis NaOH menghasilkan

densitas yang lebih besar dibandingkan dengan penggunaan katalis NH4OH.Hal ini

dikarenakan katalis NaOH bersifat basa kuat sehingga formaldehid mengalami reaksi

Cannizaro, yaitu reaksi disproporsionasi formaldehid menjadi asam format dan metanol.

2CH2O + H2O HCOOH + CH3OH (Ratnaningtyas, 2012)

Hubungan densitas (kg/m3) terhadap perubahan waktu (detik) pada sampel urea

formaldehid dapat dilihat grafik pada gambar 2. Dari dua grafik tersebut terlihat bahwa

selama reaksi berlangsung, densitas yang diperoleh dengan katalis NH4OH ataupun

NaOH mengalami kenaikkan sesuai dengan teori. Menurut teori, semakin lama reaksi

berlangsung maka akan semakin banyak produk yang dihasilkan, dan akan konstan bila

semua reaktan sudah terkonversi.

(Levenspiel, 1999)

Hasil penelitian pembuatan resin urea formaldehid yang telah dilakukan oleh

Osemeahon et al. (2013) dengan menggunakan katalis NaOH diperoleh densitas 1,168

g/cm3(Tabel 1), sedangkan pada penelitian ini, dengan menggunakan katalis NH4OH

dan juga NaOH diperolehdensitas 1,370 g/cm3dan 1,370 g/cm

3. Adanya perbedaan hasil

densitas yang diperoleh dapat dipengaruhi oleh pH ketika reaksi kondensasi terjadi.

Berdasarkan hasil penelitian ini, katalis NH4OH menghasilkan hasil yang optimum

dalam pembentukan urea formaldehid. Hal ini terlihat dari densitas yang dihasilkan

sesuai dengan literatur yaitu 1280-1290 kg/m3 (Miljkovic et al., 2006).Namun menurut

penelitian Osemeahon et al. (2009) densitas resin hasil penelitian initermasuk ke dalam

standar resin UF yang dapat digunakan pada industri pelapisan. Penelitian yang

dilakukan oleh Ivana et. al. (2010) memperoleh hasil densitas resin UF dengan F/U = 2

adalah 1,24 g/cm3 sedangkan pada F/U=1,45 diperoleh 1.3 g/cm

3.

23

4.2 Pengaruh Variasi F/U terhadap Viskositas

Sama halnya dengan densitas, viskositas juga akan semakin tinggi seiiring

semakin lamanya reaksi terjadi. Hal ini disebabkan karena semakin banyak resin urea

formaldehid yang tebentuk sehingga larutan menjadi semakin kental (Mao et al, 2013).

Semakin kental resin yang terbentuk maka pertikelnya semakin rapat sehingga waktu

yang dibutuhkanlarutan campuran untuk mengalir dalam viscometer menjadi semakin

lama.

Hasil analisa viskositas pada penelitian dengan katalis NH4OH ini diperoleh

viskositas absolut pada rasio F/U 1,5 diperoleh 0,00879 kg/m s, pada F/U 2 diperoleh

0,00827 kg/m s, pada F/U 2,5 adalah 0,00813 kg/m s dan pada F/U 3 adalah 0,00643

kg/m s, sedangkan dengan katalis NaOH diperoleh pada rasio F/U 1.5 nilai viskositas

absolutnya sebesar 0,007347672kg/m.s, pada F/U 2 sebesar 0,007723512kg/m.s, pada

F/U 2.5 sebesar 0,007347672kg/m.s, dan pada F/U 3 sebesar 0,006873174kg/m.s

(Gambar 4). Semakin tinggi rasio molar F/U maka viskositas resin UF yang diperoleh

semakin kecil. Tingginya jumlah formaldehida bebas dapat menghambat reaksi

kondensasi (dengan asumsi nilai pH tidak berubah), seperti menghambat terbentuknya

methylol dan meningkatkan derajat percabangan molekul UF (Jermejeff, 2012).

Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil.

Semakin kecil densitas maka viskositasnya juga akan semakin kecil sesuai dengan

persamaan berikut;

24

Menurut Osemeahon (2013), nilai viskositas resin urea yaitu 0,003 kg/m s –

0,038 kg/m.s, sehingga nilai viskositas yang diperoleh pada sampel dengan katalis NaOH

F/U=1,5 sebesar 0,007347672 kg/m.s, pada sampel dengan katalis NaOH F/U=2 sebesar

0,007616241 kg/m.s, pada sampel dengan katalis NaOH F/U=2,5 sebesar 0,007241184

kg/m.s, dan pada sampel dengan katalis NaOH F/U=3 sebesar 0,006769035 kg/m.s.

Nilai viskositas pada sampel dengan katalis NaOH F/U=2 memiliki nilai

viskositas terbesar. Hal ini dikarenakan, pada sampel dengan katalis NaOH F/U=2

merupakan perbandingan stoikiometri yang optimum antara formaldehid dan urea

sehingga menghasilkan produk hasil samping.

25

berupa asam format dan metanol. Selain itu, viskositas dinamik juga berbanding lurus

dengan densitas seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2), sehingga hasilnya sesuai

dengan analisa densitas yang telah dilakukan, dimana densitas pada sampel dengan

katalis NaOH F/U=2 memiliki nilai terbesar pula.

26

Kisaran viskositas sampel dengan katalis NH4OH lebih besar (0,00643 –

0,00879 kg/m.s) dibandingkan dengan penggunaan katalis NaOH (0,00687-0,00772

kgm.s). Hal ini terjadi karena katalis NaOH bersifat lebih basa dibandingkan dengan

NH4OH, dimana ketika pH reaksi naik pada pH yang lebih basa maka viskositas

resinakan menurun. Pada pH dibawah 4,5 akan menyebabkan reaksi sulit dikendalikan,

akan tetapi ketika pH terlalu tinggi menyebabkan rekasi kondensai tidak terjadi sehingga

kenaikan viskositas tidak dapat terlihat (Jermejeff,2012).

27

4.3 Penentuan Orde Reaksi

Untuk penentuan orde reaksi urea formaldehid dilakukan dengan membuat grafik

orde reaksi mulai dari orde 0, orde ½, orde 1, dan orde 2 seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 5.

Konstanta laju reaksi menunjukkan mudah tidaknya reaksi berlangsung.Setiap

laju reaksi memiliki nilai k tertentu bergantung pada sifat pereaksi. Semakin besar nilai k

maka reaksi akan semakin cepat berlangsung, begitu pun sebaliknya (Azizah, 2004).

Gambar 5 menunjukkan hubungan konsentrasi terhadap waktu. Dari keempat grafik

dapat dilakukan penentuan orde reaksi dengan melak ukan pendekatan masing-masing

orde. Reaksi urea dengan formaldehid adalah reversibel dalam asam, basa dan

larutan netral. Nilai k (orde 2) pada percobaan ini ditampilkan pada table 2. Tabel 2

variasi F/U terhadap nilai konstanta laju reaksi menunjukkan bahwa reaksi berlangsung

cepat dan terjadi peningkatan konsentrasi produk.

Orde reaksi pembentukan resin urea formaldehid merupakan orde 2 dan reaksi

disosiasi urea formaldehida pada orde 1 (Ravendran, 1981). Hal ini ditunjukkan dengan

nilai k (konstanta laju reaksi) pada orde 2 lebih besar daripada yang ditunjukkan pada

orde 0; 1 dan 1,5. Kondisi optimal pembuatan resin urea formaldehid terjadi pada

perbandingan mol reaktan F/U 2. Pada sampel yang menggunakan katalis NH4OH

ditunjukkan dengan persamaan y=0,0179x + 0,1201. Nilai k orde 2 pada persamaan

tersebut adalah 0,0179, dimana nilai ini menunjukkan nilai k terbesar dibandingkan dari

setiap orde reaksi (1,5;2,5 dan 3). Sedangkan pada sampel yang menggunakan katalis

NaOHorde 2 dan F/U 2 ditunjukan dengan persamaany=0,0106x +0,0151. Dengan nilai

k=0,0106.

28

Nilai k dengan menggunakan katalis NH4OH cenderung lebih besar dibandingkan

dengan penggunana katalis NaOH karena ketika pH reaksi semakin tinggi maka energi

aktivasi akan semakin besar sehingga reaksi pembentukan resin urea folmaldehid lebih

sulit terbentuk (Raveendran,1981). Pada sampel dengan katalis NaOH F/U 2 memiliki

nilai k yang lebih besar (k=0,0231) dibandingkan dengan katalis NH4OH (k=0,0179).Hal

ini diduga karena pada reaksipembentkan urea-formaldehid dengan katalis NaOH terjadi

reaksi yang cepat akan tetapi konversi reaksinya tidak hanya menghasilkan produk urea-

formaldehid resin, tetapi terdapat produk intermediet yaitu MonoMetilol-Urea(MMU)

dan DiMetilol-Urea (DMU). Percobaan yang dilakukan oleh Ravendran (1981) dengan

urea 0.25M dan formaldehid 0,25M pada pH 9,4 dan temperature 40 oC dengan nilai k

yang diperoleh adalah 0,0006612. Jika dibandingkan dengan percobaan yang dilakukan

yaitu nilai k=0,0179 dan k=0,0321 pada temperature 85oC. Hal ini terjadi karena reaksi

terjadi pada temperature yang berbeda. Semakin tinggi temperature operasi maka reaksi

akan berjalan lebih cepat dan konversi hasil resin urea formaldehid yang diperoleh lebih

besar pada temperature 85oC.

4.4 Proses Curing

Tujuan dari proses curing yaitu untuk menguapkan air pada sampel. Pada

penelitian ini, hasil massa air yang menguap dapat dilihat di Tabel 3. Massa air yang

menguap paling besar pada sampel dengan katalis NH4OH ada padaF/U = 2. Sedangkan

massa air yang menguap paling besar dengan katalis NaOH ada pada F/U=3. Hal ini

disebabkan pada proses curing, katalis akan menyerap panas sehingga mengatur

penguapan supaya tidak gosong. (Jeremejeff, 2012).

29

Pada sampel urea formaldehid dengan katalis NH4OH F/U=2 lebih besar

dibandingkan dengan F/U=1,5 karena kandungan formaldehidnya lebih banyak

sehingga kandungan airnya lebih banyak juga.Waktu curing yang hanya 1 jam

menyebabkan kandungan air dalam resin urea formaldehid yang terbentuk belum

seluruhnya teruapkan sehinggapersentase air yang menguap hanya 30,9%. Sedangkan

sampel urea formaldehid dengan katalis NaOH F/U=3 lebih besar karena formaldehidnya

lebih banyak sehingga lebih banyak mengikat airnya. Sedangkan sampel urea

formaldehid dengan katalis NaOH F/U=2,5 yang paling kecil nilai presentasinya yaitu

9,45 % dan memiliki nilai k yang paling kecil.

Dari kedua data tersebut Sampel urea formaldehid dengan katalis NH4OH dan

NaOH pada F/U=1,5 dan F/U=2 memiliki presentasi kemurnian hampir sama karena

nilai F/U optimum diantara 1,5 dan 2 sehingga formaldehid tidak berlebih dan sedikit

mengikat air.

Secara teori hal ini mengidentifikasikan perbandingan produk dan reaktan kecil

sehingga reaktan sisanya banyak.Formaldehid sebagai reaktan lebih banyak mengikat air

sehingga air yang diuapkan lebih banyak.

Kadar resin pada katalis NH4OH lebih besar dibandingkan dengan kadar resin

pada katalis NaOH. Hal ini menunjukkan bahwa produk samping yang terbentuk pada

resin dengan katalis NaOH ikut menguap ketika proses curing berlangsung.

30

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Urea-formaldehida (UF) resin adalah resin pengikat utama interior papan komposit

kayu, sepert; papan serat dengan kepadatan menengah, dan kayu lapis keras. Dapat

ditarik kesimpulan berdasarkan hasil percobaan diperoleh densitas resin urea-

formaldehid pada F/U 2 dengan katalis NaOH adalah 1370 kg/m3 dan katalis NH4OH

1370 kg/m3 , sedangkan viskositas dengan katalis NaOH adalah 0,007616241 kg/m.s,

dan katalis NH4OH 0,00827 kg/m.s. Hasil optimum pembuatan resin urea-formaldehid

ditunjukkan pada penggunaan katalis NH4OH.

5.2 Saran

1. Dari penelitian ini dapat dikembangkan lagi khususnya senyawa – senyawa yang

diisolasi dari alam

2. Diharapkan penelitian ini dapat dilanjutkan dengan menggunakan bahan senyawa-

senyawa yang tidak menimbulkan efek toksik dan mencemari lingkungan

3. Diharapkan penelitian ini dapat dilanjutkan dengan metode dengan penggunaan

bahan yang lebih efesiensi.

31

DAFTAR PUSTAKA

Austin B. dan D. A. Austin, 1997, Bacterial Fish Disease In Farmed and Wild Fish Second

edition,Ellis Howard limited, Chichester, England

Azizah, U., 2004, Laju Reaksi. Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.

Bird, Richard M. dan Francois Vaillancourt,2003, Desentralisasi Fiska di NegaraNegara

Berkembang: Tinjaun Umum, dalam Richard M.Bird dan Francois Vaillancourt

(Penyunting), Desentralisasi Fiskal Di Negara-Negara Berkembang (Terjemahan), PT

Gramedia Pustaka Utama, Jakarta

De Jong, J.I.,& De Jonge, J. 1952a,The reaction of urea with formaldehyde.Recuell des

Travaux Chimiques des Pays-Bas Vol. 71 No.7, 643-660.

De Jong, J.I., & De Jonge, J., 1952b, The formation and decomposition of

dimethylolurea.Recuell des Travaux Chimiques des Pays-Bas Vol. 71 No. 7), 661-667.

Dunky, M., 1998, Urea-formaldehyde (UF) adhesive resins for wood.International J.

Adhesion & Adhesives Vol. 18 No. 2, 95-107.

Jeremejeff, J., 2012, Investigationof UF-resins- the effect of the urea formaldehyde/urea

molar ratio during synthesis.KTH Chemical Science and Engineering, Sweden.

Keenan, Charles W.1984.Kimia untuk Universitas .Jakarta , Erlangga.

Ivana, G., Olivera N., Milanka D., 2010,Molar-mass Distribution of Urea-Formaldehyde

Resins of Different Degrees of Polymerisation by MALDI-TOF Mass-Spectrometry.

Levenspiel, O., 1999, Chemical Reaction Engineering 3rd edition, John Wiley and Son, New

York.

Mao, A. Elbarbary, H.& Moon, G.K., 2013, Investigation of Low Mole Ratio UF and UMF

Resins Aimed at Lowering The Formaldehyde Emission Potential of Wood Composite

Boards.Department of Forest Products, Mississipi State University

Miljkoviḉ, Jovan., Grmusa, Ivana-Gavrilovic., Momcilovic, Milanka Diporovic., Popovic,

Mladan., 2006,Some characteristics of urea-formaldehyde powder adhesives, 223-230.

Modric, L.A., 2013, Polimerisasi Urea Formaldehid. Jakarta: Atribution NC.

32

Obichukwu, M., 2006, Ethylated Urea – Ether – Modified Urea-Formaldehid Resins, Part 1:

Structural and Physicochemical Properties. Minna: Federal University Of Technology.

Osemeahon, S.A., Maitera, O.N., Hotton, A.J., Dimas, BJ., 2013, Influence of starch addition

on properties of urea formaldehyde/starch copolymer blends for application sas a

binder in the coating industry. Journal of Environmental and Ecotoxilogy Vol. 5, 181-

189.

Pretucci, R,1982, Kimia Dasar, Erlangga, Jakarta

Ratnaningtyas, R.R., 2012, Pirolisis Pembuatan Asam Cair dari Bonggol Jagung Sebagai

Pengawet Alami PenggantiFormalin. Universitas Diponegoro, Semarang.

Raveendran, B., 1981, Kinetics and Mechanism of UreaFormaldehyde and Related

Reactions. Thesis submitted to the University of Cochin in Partial Fulfilment of the

Requirement of the Degree of Doctor of Philosophy in Chemistry

Rowell, R. M. ,2005, ‟Handbook of wood chemistry and wood composites.‟ Ed. R.M.

Rowell. Florida: CRC Press, 2005. Pages 487. ISBN 978-0-203-49243-7

Sun, Qi-Ning, Hse Chung-Yun., Shupe, Todd. F., 2014, Effect of Different catalyst on Urea

Formaldehyde Resin Synthesis.Journal of Applied Polymer Science, 1-7.

Wang, Dang-Liang., Bai, Han-Ying., Yue, Gao., 2013, Gel Characteristics of Urea-

Formaldehyde Resin UnderShear Flow Conditions.Research Article.