Optimization of Xanthation Temperature on Viscose Quality
Oleh : Novita (22/509757/PTK/14930) – Magister Teknik Kimia
INTISARI
Serat viscose adalah salah satu turunan dari selulosa yang dapat diterapkan untuk berbagai kebutuhan dalam industri tekstil. Serat viscose diproduksi dari reaksi antara Alkali Selulosa (AC) dan CS2. Reaksi antara AC dan CS2 merupakan reaksi eksotermik, yang berarti peningkatan suhu akan menghasilkan produk sampingan Sodium tritiokarbonat (TTC) dan mengonsumsi lebih banyak CS2. Suhu pada proses xanthation adalah parameter penting yang menentukan efisiensi xanthation. Derajat esterifikasi (ED) adalah salah satu parameter yang menunjukkan jumlah CS2 dalam viscose. Nilai ED yang rendah menunjukkan produksi produk sampingan yang tinggi. Menurunkan suhu dapat meningkatkan nilai ED dan mengurangi produk sampingan.
Reaksi dilakukan dalam reaktor batch dengan pengaduk dan dalam kondisi vakum pada rencana pilot standar. Bahan baku yang digunakan adalah kombinasi tetap dari hardwood dissolving pulp (HWDP) dan softwood dissolving pulp (SWDP). Suhu divariasikan dari 20⁰C hingga 35⁰C, sesuai dengan aplikasi di pabrik industri. Karena suhu reaksi akan memengaruhi durasi reaksi, yang berdampak pada produktivitas aplikasi industri, eksperimen dilakukan dengan perubahan suhu selama reaksi untuk mendapatkan produk berkualitas baik tanpa mengurangi produktivitas. Hasilnya menunjukkan bahwa reaksi xanthation lebih menguntungkan pada suhu yang lebih rendah dibandingkan suhu yang lebih tinggi; namun, suhu yang lebih rendah menyebabkan durasi reaksi yang lebih panjang. Produksi TTC terbukti lebih rendah pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan suhu yang lebih tinggi, yang berarti konsentrasi CX lebih tinggi pada suhu yang lebih rendah. Menariknya, kombinasi suhu tinggi dan rendah menghasilkan kualitas viscose yang baik, yang dapat mengurangi konsumsi CS2 dan memberikan dampak positif bagi lingkungan karena produksi sulfur yang lebih sedikit selama proses pemintalan. Namun, menjalankan reaksi pada suhu lingkungan memberikan keuntungan pada biaya daya.
Reaksi xanthation dianggap sebagai reaksi heterogen yang melibatkan CS2 dalam fase uap, natrium hidroksida (NaOH) dalam fase cair, dan selulosa dalam fase padat. Transfer massa adalah parameter penting untuk menentukan reaksi xanthation. Model kinetik yang diusulkan digunakan untuk menggambarkan reaksi dalam sistem batch. Hasil menunjukkan bahwa koefisien transfer massa dalam sistem batch berkisar antara 4,00×10⁻⁴ hingga 4,20×10⁻⁴ menit⁻¹. Hasil ini menunjukkan bahwa reaksi terbatas oleh transfer massa dalam lapisan gas selama reaksi berlangsung.
Kata kunci: Xanthation; Viscose; Suhu; Sodium Trithiocarbonate; Kualitas
ABSTRACT
Viscose fiber is one of the derivates of cellulose which can be applied to various needs in the textile industry. Viscose fiber was produced from the reaction between Alkali Cellulose (AC) and CS2. The reaction between AC and CS2 is an exothermic reaction which means that the increasing temperature will produce the byproduct Sodium trithiocarbonate (TTC) and consume more CS2. The temperature of the xanthation is a crucial parameter that governs the efficiency of xanthation. The esterification degree (ED) is one of the parameters to show the quantity of CS2 in the viscose. Low ED value indicates the high side product production. Having a lower temperature may improve the ED value and lower the side products.
The reaction was performed in a batch reactor with an agitator and under vacuum conditions at a standardized pilot plan. The raw material is a fixed combination of hardwood dissolving pulp (HWDP) and softwood dissolving pulp (SWDP). The temperature varied from 20⁰C to 35⁰C, as is applicable in industrial plants. Since the temperature reaction will affect the period of the reaction, which impacts the productivity of industrial applications, the experiment was conducted with a temperature change during the reaction to obtain a good-quality product without impacting productivity. The results indicated that the xanthation reaction has an advantage at lower temperatures compared to higher ones; however, having a lower temperature led to a longer reaction period. The TTC was shown to be lower at lower temperatures than at higher temperatures, which means that the CX was at a higher percentage at lower temperatures. Interestingly, the combination of higher and lower temperatures gave good viscose quality, which may lead to less consumption of CS2 and improve the environment due to less sulfur production during spinning. However, running in the environment temperature is beneficial to the power cost
The xanthation reaction is considered a heterogeneous reaction involving CS2 in a vapor phase, sodium hydroxide (NaOH) in a liquid phase, and Cellulose in a solid phase. Mass transfer is an important parameter to define the xanthation reaction. A proposed kinetic model to describe the reaction in a batch system. The results showed that the mass transfer coefficient in batch system 4.00×10-4 to 4.20×10-4 min-1. The results indicated that the reaction was limited by the mass transfer in gas film during the reaction.
keywords: Xanthation; Viscose; Temperature; Sodium Trithiocarbonate; Quality