Studi kinetika reaksi poliesterifikasi gliserol-asam adipat

HARYANTO, Ir. Rochmadi, SU.,Ph.D

2004 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Reaksi poliesterifikasi gliserol-asam adipat merupakan jenis reaksi polimerisasi kondensasi antara asam karboksilat dengan alkohol. Polimerisasi ini dapat membentuk rantai linier dan rantai cabang karena asam adipat mengandung dua gugus karboksilat ( COOH ) dan gliserol mengandung tiga gugus hidroksi ( OH ). Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari kinetika reaksi poliesterifikasi gliserol-asam adipat dengan variabel pengaruh suhu reaksi dan perbandingan mol awal asam adipat-gliserol terhadap kecepatan reaksi. Penelitian ini menggunakan dua model reaksi yaitu model I dengan anggapan sistem ideal ( berdasarkan teori Flory ) dan model II dengan anggapan sistem non-ideal ( berdasarkan teori Gee and Tre Loar ). Model II menggunakan konsep aktivitas dan nilai koefisien aktivitas diperkirakan dengan menggunakan metode Modified UNIFAC. Polimerisasi gliserol-asam adipat dilakukan dalam reaktor batch berupa labu leher tiga yang dilengkapi dengan pengaduk magnetik, termometer serta pemanas jaket. Asam adipat dimasukkan ke dalam reaktor dan dipanaskan sampai suhu yang diinginkan, kemudian ditambahkan gliserol. Reaksi dijalankan dalam kondisi hampa serta gas nitrogen digelembungkan ke dalam reaktor. Sampel diambil pada menit ke 30 sampai menit ke 240 dengan selang waktu 30 menit dan dianalisa kandungan gugus COOH-nya dengan titrasi. Peubah-peubah yang dipelajari meliputi variasi suhu dari 130°C –180°C dengan interval 10°C pada perbandingan mol COOH/OH dari 1,0 – 3,0 dengan interval 0,5 pada suhu tetap 160°C. Kinetika reaksi poliesterifikasi gliserol-asam adipat dapat dijelaskan dengan baik oleh model I maupun model II. Disamping itu model II dapat memprediksi distribusi berat molekul polimer yang terbentuk. Berdasarkan nilai konstanta kecepatan reaksi pembentukan rantai linier ( k1 ) dan konstanta kecepatan reaksi pembentukan rantai cabang ( k2 ) dapat disimpulkan bahwa kecepatan pembentukan rantai linier lebih besar dari kecepatan pembentukan rantai cabang. Konstanta kecepatan reaksi k1 dan k2 merupakan fungsi suhu menurut persamaan Arhenius sebagai berikut. a. Model I ( ideal ) k1 = 0,0864 exp-2160/T (g/mgek.menit), ralat rata-rata = 2,49% k2 = 0,1806 exp-2876/T (g/mgek.menit), ralat rata-rata = 5,37% b. Model II ( non-ideal ) k1 = 0,3121 exp-3343/T (g/mgek.menit), ralat rata-rata = 1,79% k2 = 2,212.10-7exp-331/T (g/mgek.menit), ralat rata-rata = 0,05% dengan T dalam K dan berlaku untuk kisaran suhu 403°K- 453°K. Kata-kata kunci : Poliesterifikasi, Aktivitas, Non-ideal.

The polyesterification of glycerol with adipic acid is a condensation polymerization, in which carboxylic acid react with hydroxyl group. This polymerization produces linear and branch chains because adipic acid has two carboxyl groups and glycerol has three hydroxyl groups. This aim of this research is study the kinetic of polyesterification with two variables being investigated; temperature and reactant ratio. This research proposed two models : model I for ideal system ( based on Florry Theory ) and model II for non-ideal system ( based on Gee and Tre Loar Theory ). Model II used activity concept and activity coefficient was predicted with Modified UNIFAC method. Experiment was carried out in a three necked flask as a batch reactor equipped with a magnetic stirrer, thermometer and a jacket heater. Adipic acid was charged into the reactor and heated to the desired temperature, then glycerol was added and stirred rigorously. The reaction was carried out in vacuum condition and nitrogen was bubbled through the reaction mixture. Sample was taken at certain time to determine the COOH concentration by titration. The effect of temperature was investigated at mole ratio COOH:OH of 1.5 with temperature range 130°C-180°C (10°C interval). The effect of mole ratio COOH:OH was investigated at constant temperature 160°C with mole ratio range 1.0-3.0 ( 0.5 interval ). Model I and model II could predict well the kinetics of polyesterification glycerol with adipic acid. Beside that, model II could predict the molecular weigth distribution. It can be concluded that the rate of linear chain formation is higher than the branch chain formation based on the rate constants of linear chain (k1) and branch chain (k2). The effect of temperature reaction upon rate constants was expressed as follow : a. Model I ( ideal system approach ) k1 = 0.0864 e(-2160/T) (g/mgek.min), average error = 2.49% k2 = 0.1806 e(-2876/T) (g/mgek.min), average error = 5.37% b. Model II ( non-ideal system approach ) k1 = 0.3121 e(-3343/T) (g/mgek.min), average error = 1.79% k2 = 2.2120x10-7 e(-331/T) (g/mgek.min), average error = 0.05% with T in K and for temperature range from 403°K to 453°K.

Kata Kunci : Kinetika Reaksi,Poliesterifikasi Gliserol,Asam, Polyesterification, Activity, Non-ideal