3) Asetilasi
Biofoam
Pengujian karakteristik Biofoam
Selulosa tandan kosong sawit (STKS)
Nanoselulosa tandan kosong sawit (NSTKS)
Selulosa asetat tandan kosong sawit (SATKS)
Sifat fisik : Warna (Lightness, ΔE*) kadar air, daya serap air dan densitas Sifat mekanik: Kuat tekan Sifat morfologi Sifat
thermal kristalinitasSifat
Sifat biodegradabilitas Analisis kadar air, rendemen, αselulosa Analisis morfologi, dan kadar air Analisis kadar asetil, derjat substitusi, rendemen, gugus
fungsi, kadar air dan morfologi
Gambar 1 Diagram alir penelitian Pengembangan produk biofoam
Pembuatan biofoam menggunakan metode rekomendasi dari Iriani et al. (2013). Pertama dilakukan dengan penimbangan dan pencampuran bahan-bahan seperti serat modifikasi , pati tapioka, PVA 10%, Mg stearat 5% lalu ditambahkan air dan diaduk sampai kalis. Selanjutnya adonan dicetak dengan alat thermopressing selama 4 menit dengan suhu tertentu (±50 gram untuk satu cetakan biofoam).
10
Selulosa tandan kosong sawit (STKS)
Nanoselulosa tandan kosong sawit (NSTKS)
Selulosa asetat tandan kosong sawit (SATKS) Penimbangan
(1%, 3%, 5%) 3000 rpm, 15 menitSentrifugasi Penimbangan (1%, 3%, 5%)
Tapioka (84%, 82%, 80%) Penimbangan bahan kering
(60%)
Pencampuran adonan sampai kalis Air 40% Penimbangan (1%, 3%, 5%) PVA (10%) Mg tearat (5%) Pengurangan air
Pencetakan adonan dengan Thermopressing
Pendinginan 30 menit Biofoam Suhu mesin bagian atas 177
ºC dan bagian bawah 166 ºC selama 4 menit
± 50 gram untuk satu cetakan
Gambar 2 Diagram alir proses pembuatan biofoam Tabel 1 Formula adonan biofoam
KODE
Perlakuan Faktor
Bahan kering (60) Bahan basah (40) Tapioka Selulosa PVA Stearat Mg Air
a b (%) (%) (%) (%) (ml) STKS 1% STKS 1 84 1 10 5 40 STKS 3% STKS 3 82 3 10 5 40 STKS 5% STKS 5 80 5 10 5 40 NTKS 1% NSTKS 1 84 1 10 5 40 NTKS 3% NSTKS 3 82 3 10 5 40 NTKS 5% NSTKS 5 80 5 10 5 40 SATKS 1% SATKS 1 84 1 10 5 40 SATKS 3% SATKS 3 82 3 10 5 40 SATKS 5% SATKS 5 80 5 10 5 40 Keterangan :
STKS : Selulosa tandan kosong sawit NTKS : Nanoselulosa tandan kosong sawit SATKS : Selulosa asetat tandan kosong sawit *Perhitungan tersebut untuk 100 gram adonan
11 Pengujian Karakteristik Biofoam
a) Analisis sifat fisik diantaranya :
Warna
Sampel ditempatkan di wadah transparan. Pengukuran menggunakan Chromameter Minolta CR 300. Hasil pengukuran chromameter dikonversi dalam sistem CIE LAB yang mempunyai lambang L*, a* dan b*. Nilai L atau Lightness menyatakan tingkat kecerahan dimana nilai 0 mewakili warna hitam dan 100 putih. Nilai a positif menunjukkan warna merah sedangkan a negatif menunjukkan warna hijau, nilai b positif menggambarkan warna kuning dan nilai b negatif menggambarkan warna biru. Untuk menghitung perbedaan warna ΔE*, instrumen chromameter dikalibrasi dengan standar L= 97,3, a= 0,14 b= 1,71. ΔE* dihitung dengan rumus :
ΔE* = (ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2)1/2
Kadar air (AOAC 2012)
Cawan yang akan digunakan terlebih dahulu dikonstankan dengan memanaskannya di dalam oven 105 °C selama satu jam atau lebih, lalu ditimbang. Potongan biofoam ukuran 2,5x5 cm ditimbang dan dimasukkan kedalam oven dengan suhu 105 °C selama 5 jam. Persentasi kadar air adalah persentase berat yang hilang setelah pengeringan. Kadar air dihitung dengan rumus :
Kadar air (%) = (berat sampel awal-berat sampel akhir)
berat sampel awal
x
100% Daya serap airABNT NBR NM ISO 535 (1999)
Daya serap air dihitung dengan prosedur ABNT NBR NM ISO 535 (1999). Potongan biofoam ukuran 25 x 50 mm2 ditimbang lalu dicelupkan ke dalam air selama 1 menit dan sisa air pada permukaan dikeringkan menggunakan tissu. Sampel ditimbang kembali dan dihitung pertambahan berat sampel.
DSA (%) = (berat sampel setelah dicelup-berat sampel awal)
berat sampel awal
x
100%Untuk mengetahui hidrofobisitas pada permukaan biofoam dilakukan pengujian mengikuti metode dari alat contac angle goniometer. Sampel biofoam ditetesi dengan air pada permukaannya kemudian dilakukan pemotretan setiap satu menit sekali selama sepuluh menit untuk melihat banyaknya air yang menyerap.
Densitas (Polat et al. 2013)
Dilakukan dengan cara menghitung massa dan volume sampel. Pengukuran massa dilakukan dengan menimbang sampel potongan biofoam ukuran 3cm x 3cm pada timbangan analitik. sedangkan volume dihitung dengan cara mengalikan panjang, lebar dan tebal sampel yang sebelumnya diukur dengan jangka sorong. Dengan rumus:
ρ = mv
12
b) Analisis sifat mekanik (kuat tekan)
Dilakukan dengan menggunakan texture analyzer (TA). Sifat mekanik yang diukur adalah kuat tekan. Pengukuran kuat tekan dilakukan dengan cara memotong sampel ukuran 1x 5cm ditekan dengan menggunakan probe TA18 pada kecepatan 1 mm/s.
c) Analisis struktur morfologis dengan SEM (ASTM E-2015)
Sampel biodegradable foam dipotong menjadi potongan kecil (2mm x 2mm) dan dipasang pada penampang visualisasi perunggu dengan menggunakan double side tape kemudian dilapisi dengan lapisan emas dengan waktu coating ± 30 detik. Sampel yang telah dilapisi, diamati menggunakan SEM dengan tegangan 5-15 kV.
d) Analisis sifat termal (ASTM D-3418)
Analisis sifat termal dilakukan dengan menggunakan DSC Perkin Elmer Termal analysis. Sampel ditempatkan pada DSC pan sebanyak 5-6 mg. Analisa dilakukan dengan pemanasan sampel pada suhu 25-200°C dengan kecepatan pemanasan 10°C/menit pada atmosfer nitrogen. Pan kosong digunakan sebagai referensi.
e) Analisis Kristalinitas
Kristalinitas setiap sampel foam diuji dengan menggunakan XRD Bruker D8. Sampel dipotong sesuai dengan bentuk holder dengan diameter 4 cm lalu ditembak dengan sinar-X (panjang gelombang Kα Cu = 1,54060 Å) sehingga diperoleh gambaran pada difraksi sinar-X dalam grafik hubungan antara intensitas dengan 2θ. Dari pola difraksi tersebut dapat diukur nilai kristalinitas biofoam.
f) Analisis sifat biodegrabilitas (ASTM G-2170)
Analisis biodegradabilitas biofoam secara kualitatif dilakukan berdasarkan ASTM G-2170. Sampel berukuran 3x3 cm2 ditempatkan pada media PDA (Potato Dextrose Agar) dan diinokulasikan dengan kapang Aspergillus niger. Sebagai pembanding juga diletakkan lembaran styrofoam. Sampel diinkubasikan pada suhu ruang 29°C Pengamatan dikakukan setiap 5 hari sekali selama 2 minggu.
Analisis Statistik Pembuatan selulosa asetat tandan kosong sawit
Pembuatan selulosa asetat tandan kosong sawit (SATKS) menggunakan rancangan acak faktorial 3x3 dengan dua faktor yaitu faktor waktu asetilasi dengan tiga taraf (30, 60 dan 90 menit) serta faktor rasio (selulosa : asam asetat anhidrat) terdiri dari tiga taraf (1:3, 1:4 dan 1:5) dengan ulangan sebanyak 2 kali. Analisis statistik menggunakan analisis sidik ragam (ANOVA) dengan taraf signifikan 5% kemudian dilanjutkan dengan uji DMRT (Duncan Multiple Range Test) menggunakan bantuan program IBM SPSS Statistics (Statistical Package for service solutions) versi 22.0. Model umum untuk rancangan tersebut adalah sebagai berikut;
13 Yijk = μ + Ai + Bj+(AB)ij+ɛ ijk
Keterangan:
i = 1, 2, 3 (taraf waktu asetilasi)
j = 1, 2, 3 (taraf rasio selulosa dan asam asetat anhidrat) k = 1, 2 (ulangan)
Yijk = Variabel respon/ hasil pengamatan pada perlakuan pengaruh taraf ke-i dari rasio selulosa dan asam asetat anhidrat pada faktor ke j
μ = rataan umum
Ai = pengaruh taraf waktu asetilasi ke-i
Bj = pengaruh rasio selulosa dan asam asetat anhidrat ke-j
(AB)ij = pengaruh interaksi antara faktor waktu asetilasi taraf ke-i dan faktor rasio selulosa dan asam asetat anhidrat taraf ke-j
ɛ ijk = galat percobaan pada ulangan ke-k Pembuatan biofoam
Pembuatan biofoam menggunakan rancangan acak faktorial 3x3 dengan dua faktor, yaitu faktor jenis serat modifikasi terdiri dari tiga taraf (STKS, NSTKS dan SATKS), serta faktor konsentrasi serat (1%, 3% dan 5%) dengan ulangan sebanyak 3 kali. Kemudian biofoam yang dihasilkan dari ketiga jenis serat modifikasi tersebut diuji dengan beberapa parameter pengujian. Biofoam yang dihasilkan dari serat modifikasi dan konsentrasi serat terbaik kemudian dibandingkan dengan styrofoam komersial sebagai kontrol. Analisa statistik menggunakan analisis sidik ragam (ANOVA) dengan taraf signifikan 5% kemudian dilanjutkan dengan uji DMRT (Duncan Multiple Range Test) menggunakan bantuan program IBM SPSS Statistics (Statistical Package for service solutions) versi 22.0. Model umum untuk rancangan tersebut adalah sebagai berikut ;
Yijk = μ + Ai + Bj+(AB)ij+ɛ ijk Keterangan:
i = 1, 2, 3 (taraf jenis serat modifikasi) j = 1, 2, 3 (taraf konsentrasi serat) k = 1, 2, 3 (ulangan)
Yijk = Variabel respon/ hasil pengamatan pada perlakuan pengaruh taraf ke-i dari konsentrasi serat pada faktor ke j
μ = rataan umum
Ai = pengaruh taraf jenis serat modifikasi ke-i Bj = pengaruh konsentrasi serat ke-j
(AB)ij = pengaruh interaksi antara faktor jenis serat modifikasi taraf ke-i dan faktor konsentrasi serat taraf ke-j
14
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi serat modifikasi Selulosa tandan kosong sawit (STKS)
Tujuan proses isolasi atau ekstraksi serat tandan kosong sawit dengan metode pulping process adalah untuk memisahkan selulosa dari lignin dan hemiselulosa yang mengelilingi dan mengikatnya. Selulosa dari serat tandan kosong sawit yang dihasilkan pada penelitian ini berupa bubuk berwarna putih (Gambar 3b). Selulosa tandan kosong sawit (STKS) dihasilkan dari beberapa tahap yaitu preparasi, prehidrolisis atau pemasakan, delignifikasi, dan bleaching (Harahap et al. 2012; Sumada et al. 2011). Proses prehidrolisis bertujuan untuk menghilangkan bagian dari komponen penyusun serat berupa minyak-minyak, lemak dan kotoran-kotoran sehingga proses selanjutnya seperti delignifikasi dan bleaching dapat berlangsung lebih cepat. Proses delignifikasi bertujuan menghilangkan kandungan lignin yang terikat pada serat tandan kosong kelapa sawit.
Gambar 3 (a) Serat tandan kosong sawit (b) Hasil isolasi selulosa tandan
kosong sawit (STKS)
Delignifikasi disebabkan oleh terputusnya ikatan eter dalam molekul lignin yang ada pada larutan pemasak NaOH ditandai dengan perubahan larutan menjadi coklat dan perubahan serat menjadi pulp (Sarkanen 1990). Perubahan warna larutan pemasak menjadi coklat merupakan indikasi terlarutnya senyawa yang memiliki gugus kromofor yang menyebabkan suatu senyawa memiliki warna. Perendaman dalam larutan NaOH dapat melarutkan jenis selulosa lain yaitu β-selulosa dan γ -selulosa yang ternyata bukan merupakan -selulosa melainkan gula-gula sederhana namun tidak melarutkan α-selulosa. Besarnya kadar α-selulosa merupakan indikator kemurnian selulosa (Tanaka dan Daud 2002). Menurut Saleh et al. (2009) penambahan NaOH sebesar 10% (b/v) merupakan konsentrasi terbaik pada proses pulping dari sabut kelapa muda, Surest dan Satriawan (2010) juga mengatakan bahwa konsentrasi NaOH 10% (b/v) menghasilkan α-selulosa tertinggi pada pembuatan pulp dari batang rosella, oleh karena itu penelitian ini menggunakan NaOH 10% (b/v) pada proses delignifikasi.
15 Bleaching bertujuan menghilangkan sisa lignin yang masih tersisa dalam pulp. Pada proses ini molekul penyerap warna (mengandung kromofor) akan dioksidasi sehingga menjadi polar dan larut dalam air. Proses bleaching akan membuat warna pulp menjadi lebih cerah atau putih dengan menggunakan reagen pemutih. Bleaching dilakukan dengan menambahkan larutan hipoklorit untuk menghasilkan warna yang lebih putih pada selulosa yang dihasilkan. Sebagian besar reagen pemutih adalah oksidator kuat, dan reagen pemutih lebih menyerang lignin daripada selulsoa, karena lignin banyak mengandung gugus kromofor atau ikatan rangkap yang kaya akan elektron (Suyati 2008).
Kadar α-selulosa pada penelitian ini sebesar 88,46% (Tabel 2) yang dihasilkan dengan menggunakan NaOH 10% pada proses delignifikasi, nilai tersebut lebih kecil daripada penelitian Bahmid (2014) yang membuat pulp tandan kosong sawit dengan NaOH 17,5% menghasilkan kadar α-selulosa sebesar 94,8% namun lebih besar dari penelitan Anggraini dan Roliadi (2011) yang membuat pulp tandan kosong sawit dengan NaOH 10% menggunakan metode semi kimia hanya menghasilkan α-selulosa sebesar 43-44%. Menurut Sumada et al. (2011) semakin besar konsentrasi NaOH maka α-selulosa yang diperoleh semakin besar, hal ini dikarenakan semakin besar konsentrasi NaOH maka kadar lignin yang terlarut semakin besar sehingga menghasilkan α-selulosa yang murni. α-selulosa pada penelitian ini kurang murni karena hanya menggunakan NaOH 10%.
Rendemen merupakan perbandingan antara bobot selulosa yang diperoleh dengan bobot serat yang digunakan pada proses isolasi. Rendemen selulosa tandan kosong kelapa sawit yang dihasilkan pada penelitian ini sebesar 34,5% (Tabel 2). Jika dibandingkan dengan penelitian lain seperti Bahmid (2014) menghasilkan rendemen yang lebih rendah (29,77%) namun menghasilkan kadar α-selulosa yang tinggi (94,8%). Penelitian Anggraini dan Roliadi (2011) menghasilkan nilai rendemen yang lebih tinggi (60,17%) dengan kadar α-selulosa yang rendah (43-44%). Nilai rendemen yang lebih tinggi pada penelitian ini (34.5%) dan penelitian Anggraini dan Roliadi (2011) (60,17%) kemungkinan dikarenakan selulosa masih mengandung selulosa jenis lain berupa β-selulosa dan γ-selulosa. Hal ini menunjukkan bahwa semakin murni selulosa maka nilai rendemennya akan semakin kecil karena komponen lain seperti β-selulosa dan γ-selulosa telah larut pada proses isolasi dan menghasilkan selulosa yang murni (Bahmid 2014).
Tabel 2 Karakteritik hasil isolasi selulosa tandan kosong sawit
Karakteristik Keterangan Warna Putih Bentuk Serbuk Rendemen (%) 34,5 Kadar air (%) 4,4 Kadar α-selulosa (%) 88,46
Kadar air STKS yang dihasilkan pada penelitian ini adalah 4,4%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa kadar air STKS pada penelitian ini memenuhi syarat untuk memproduksi selulosa asetat yaitu sekitar 4-7 % (Ullman 2008). Kadar air yang relatif rendah tersebut dimungkinkan karena metode pengeringan yang
16
dilakukan pada suhu 50°C selama 10 jam. Kemudian STKS yang diperoleh dijadikan bahan tambahan dalam pembuatan biofoam.
Nanoselulosa tandan kosong sawit (NSTKS)
Nanoselulosa diproduksi menggunakan metode penggilingan basah (wet milling) dengan Ultra Fine Grinder (Masuko Corp, Japan). Prinsip Ultra Fine Grinder adalah pemecahan struktur ikatan hidrogen dan pemisahan fibril-fibril sehingga partikel selulosa menjadi lebih kecil dikarenakan kekuatan gaya gesek antara dua batu gerinda (Lavoine et al. 2012). Pengecilan ukuran serat menggunakan metode grinding biasanya tidak memerlukan pretreatment dan pembengkakan serat selulosa terlebih dahulu, hal ini merupakan keuntungan utama dari metode grinding yaitu dapat mengurangi konsumsi energi (Spence et al. 2011).
Selulosa hasil isolasi sebanyak 2% dari bobot keringnya dicampur dengan aquades lalu dimasukkan dalam Ultra Fine Grinder (Masuko Corp, Japan)dengan beberapa kali putaran gap (Iriani et al. 2015).
Nanoselulosa tandan kosong sawit (NSTKS) yang diperoleh dari proses wet milling diamati struktur morfologinya (Gambar 4a). Hasil analisis SEM NSTKS memperlihatkan bahwa morfologi selulosa berbentuk lembaran benang serabut halus berukuran 92,07 nm. Nilai tersebut menunjukkan bahwa proses penggilingan basah (wet miling) pada selulosa dapat mengecilkan ukuran partikel selulosa menjadi nanoselulosa (kurang dari 100 nm). Taniguchi dan Okamura et al. (1998) memperoleh nanoselulosa 20-90 nm dari sumber daya alam seperti pulp kayu, chitosan, serat sutra dan kolagen menggunakan grinder. Iwamoto et al. (2007) menunjukkan bahwa pengecilan ukuran serat pada bubur serat setelah 30 kali penggilingan tidak cukup untuk memberikan ukuran nanoselulosa. Penggilingan pada penelitian ini dilakukan dengan kecepatan 1500 rpm pada gap 10, gap 5, gap 0, gap -5 dan gap -10 secara berurutan dan dilakukan sebanyak 10-15 kali pada masing-masing tingkat gap (± 50-75 kali penggilingan). Gap merupakan pengaturan jarak antara kedua batu gerinda yang bergesekan pada perangkat ultrafine grinder. Dengan peningkatan siklus (sampel melewati grinder) dari suspensi dengan grinder dapat mengurangi ukuran nanoselulosa sehingga menghasilkan ukuran nanoselulosa yang semakin kecil (Iwamoto et al. 2007).
Gambar 4 (a) Analisa SEM NSTKS dan (b) Nanoselulosa tandan kosong sawit (NSTKS)
17 Nanoselulosa yang dihasilkan berupa gel berwarna putih (Gambar 4b) Kadar air nanoselulosa yang dihasilkan pada penelitian ini adalah 97%. Tingginya nilai kadar air kemungkinan yang menyebabkan struktur nanoselulosa kurang kental. Kekentalan dan distribusi ukuran nanoselulosa yang dihasilkan dapat dipengaruhi oleh sumber serat, teknik pembuatan dan jenis perlakuan sebelum proses grinder (Abe et al. 2007; Lahtinen et al. 2014). Pada penelitian Lahtinen et al. (2014) nanoselulosa yang lebih kental dihasilkan pada perlakuan yang mengandung total lignin 2,6% dan 1%, sedangkan perlakuan dengan total lignin 20,6 dan 25,6 menghasilkan nanoselulosa yang lebih encer. Hal tersebut menunjukkan bahwa kandungan lignin pada pulp juga dapat mempengaruhi viskositas nanoselulosa. Lignin yang tersisa pada pulp hasil isolasi dapat menghambat reaksi antara molekul selulosa dalam larutan sehingga serat-serat dalam suspensi air menjadi lebih renggang (Lahtinen et al. 2014). Nanoselulosa dengan kadar air yang tinggi (97%) kurang baik jika ditambahkan pada adonan biofoam. Kadar air yang terlalu tinggi pada adonan biofoam dapat menyebabkan tekanan yang tinggi karena berfungsi sebagai blowing agent yang dapat meningkatkan ekspansi adonan, sehingga sifat aliran adonan menjadi terlalu encer dan tidak sesuai untuk proses pembentukan foam (Cinelli et al. 2006; Shogren et al. 1998). Penelitian ini mengikuti formulasi adonan dari Iriani (2013) membuat biofoam dengan perbandingan padatan cairan (60:40). Oleh karena itu perlu dilakukan pengurangan air pada NSTKS dengan cara sentrifugasi kemudian air yang terpisah dikurangi sesuai dengan kebutuhan kadar air pada campuran adonan sehingga membentuk adonan yang sesuai.
Selulosa asetat tandan kosong sawit (SATKS)
Pembuatan selulosa asetat terdiri dari tiga tahap utama yaitu swelling (pengembangan), asetilasi, dan hidrolisis (Lindu et al. 2010). Pelarut yang digunakan dalam proses swelling adalah asam asetat glasial yang bertujuan untuk membuat permukaan serat membengkak dan terbuka sehingga dapat meningkatkan reaktivitas selulosa terhadap pereaksi asetilasi. Penambahan pereaksi asetilasi berupa asam asetat anhidrat pada campuran menghasilkan larutan berwarna coklat gelap (Gambar 5a). Perubahan warna tersebut dikarenakan perubahan oksidatif pada molekul-molekul selulosa sehingga menghasilkan senyawa-senyawa yang berwarna selama proses asetilasi (Fengel dan Wegner 1995). Selanjutnya proses hidrolisis dilakukan untuk menghilangkan sebagian gugus astil sehingga meningkatkan stabilitas termal, serta mencegah terjadinya penggumpalan selulosa asetat (Kirk dan Othmer 1993). Selulosa asetat yang dihasilkan pada penelitian ini berupa bubuk berwarna putih kekuningan (Gambar 5b).
Penentuan kadar asetil bertujuan mengetahui jumlah asam asetat yang diesterifikasi pada rantai selulosa. Penentuan kadar asetil ini didasarkan pada reaksi safonifikasi, yaitu mereaksikan suatu basa dengan ester membentuk sabun dan gugus asetat yang lepas sebagai asam (Suyati 2008). Kadar asetil yang diperoleh pada penelitian ini disajikan pada Tabel 3. berkisar antara 33,12%- 41,61%. Hasil uji keragaman menunjukkan bahwa waktu asetilasi dan rasio (selulosa : asetat anhidrat) berpengaruh nyata tehadap kadar asetil, namun tidak ada interaksi antara kedua faktor tersebut (taraf signifikan 5%).
18
Gambar 5 (a) Proses asetilasi (b) Selulosa asetat tandan kosong sawit
Berdasarkan Tabel 3 dapat diketahui bahwa kadar asetil selulosa asetat meningkat dengan semakin lamanya waktu asetilasi dan banyaknya rasio (selulosa : asetat anhidrat), hal ini sejalan dengan penelitian Syamsu dan Kuryani (2014) yang membuat selulosa asetat dari selulosa microbial nata de cassava yang juga mengalami peningkatan kadar asetil dengan semakin lama waktu asetilasi dan semakin banyaknya rasio asetat anhidrat. Berdasarkan uji duncan, faktor waktu asetilasi 30 menit menghasilkan kisaran kadar asetil yang lebih kecil daripada waktu asetilasi 60 menit dan 90 menit. Faktor rasio (selulosa : asetat anhidrat) 1:3 juga menghasilkan kisaran kadar asetil yang lebih kecil daripada rasio 1:4 dan 1:5. Waktu asetilasi yang lebih lama dan rasio penambahan asetat anhidrat yang semakin banyak memberikan kesempatan bagi selulosa untuk bereaksi membentuk selulosa asetat. Semakin banyak selulosa yang terkonversi menjadi selulosa asetat semakin tinggi pula kadar asetilnya (Syamsu dan Kuryani 2014; Rivera et al. 2012).
Tabel 3 Karakterisasi selulosa asetat
Sampel Kadar asetil
DS Rendemen Kode waktu asetilasi (menit) Rasio % % A1B1 30 1:3 33,12Aa ± 1,98 1,84Aa ± 0,16 106,9Aa ± 12,86 A1B2 1:4 36,71 Ab ± 2,07 2,15Ab ± 0,19 119,9 Aa ± 17,67 A1B3 1:5 39,41 Ab ± 2,19 2,41Ab ± 0,21 113,7Aa ± 16,82 A2B1 60 1:3 36,54 Ba ± 0,28 2,14Ba ± 0,02 114,6Aa ± 16,12 A2B2 1:4 40,68 Bb ± 1,44 2,54Bb ± 0,15 121,7Aa ± 6,36 A2B3 1:5 41,49 Bb ± 1,78 2,62Bb± 0,19 100,8Aa ± 2,82 A3B1 90 1:3 40,10 Ba ± 1,88 2,48Ba ± 0,19 119,6Aa ± 15,27 A3B2 1:4 41,11 Bb ± 0,17 2,58Bb ± 0,02 121,5Aa ± 5,79 A3B3 1:5 41,61 Bb ± 0,65 2,64Bb ± 0,07 128,5Aa ± 3,53
Ket: - Huruf besar (A, B) yang berbeda pada kolom yang sama menunjukkan perbedaan yang nyata pada waktu asetilasi (30, 60 dan 90 menit)
- Huruf kecil (a, b) yang berbeda pada kolom yang sama menunjukkan perbedaan yang nyata pada rasio selulosa : asetat anhidrat (1:3, 1:4 dan 1:5).
19 Kadar asetil menunjukkan jumlah gugus asetil yang tersubstitusi ke dalam selulosa asetat yang akan menentukan nilai derajat substitusi (DS). DS adalah jumlah rata-rata atom H pada gugus hidroksil yang diubah menjadi gugus asetil (Arifin 2004). Nilai DS pada penelitian ini berkisar antara 1,84-2,64 (Tabel 3). Hasil uji keragaman menunjukkan bahwa waktu asetilasi dan rasio (selulosa : asetat anhidrat) berpengaruh nyata terhadap nilai derajat substitusi (DS), namun tidak terdapat interaksi antara kedua faktor tersebut (taraf signifikan 5%).
Niali DS pada penelitian ini meningkat dengan semakin lamanya waktu asetilasi dan semakin banyaknya rasio (selulosa : asaetat anhidrat). Berdasarkan uji duncan, faktor waktu asetilasi 30 menit menghasilkan kisaran nilai DS yang lebih kecil daripada waktu asetilasi 60 menit dan 90 menit. Faktor rasio (selulosa : asetat anhidrat) 1:3 juga menghasilkan kisaran nilai DS yang lebih kecil daripada rasio 1:4 dan 1:5. Hal ini sejalan dengan penelitian Winarti et al. (2014) yang menyatakan bahwa proses asetilasi dengan perlakuan 60 menit menghasilkan derajat substitusi yang lebih besar dari pada perlakuan asetilsi selama 30 menit pada pati garut. Rivera et al. (2012) juga mengatakan bahwa derajat substitusi akan meningkat dengan penambahan konsentrasi reaktan asetilasi karena penambahan reaktan akan memperbesar kemungkinan interaksi antara reaktan dengan sampel, sehingga mempengaruhi kecepatan reaksi asetilasi.
Rendemen dihitung berdasarkan perbandingan antara bobot akhir selulosa asetat dengan bobot awal selulosa bedasarkan basis kering. Analisis keragaman menyatakan bahwa waktu asetilasi dan rasio (selulosa : asetat anhidra) tidak berpengaruh terhadap rendemen dan tidak ada interaksi antara kedua faktor (taraf signifikan 5%). Tabel 3 menunjukkan bahwa rendemen yang dihasilkan pada penelitian ini menghasilkan niai yang fluktuatif. Kondisi waktu asetilasi 90 menit dan rasio (selulosa : asetat anhidrat) (1:5) menghasilkan rendemen tertinggi 128,5%.
Nilai rendemen pada penelitian ini berada pada kisaran 100,8%-128,5% (Tabel 3). Nilai rendemen yang tinggi juga dihasilkan pada penelitian Pasla (2006) menghasilkan rendemen sebesar 148,33% pada selulosa asetat dari selulosa bakteri dari limbah nanas, serta rendemen pada penelitian Bahmid (2014) berkisar antara
57,26%-189,70% pada selulosa asetat tandan kosong sawit. Asetat anhidrat yang ditambahkan dapat bereaksi dengan selulosa melalui penggantian gugus hidroksil menjadi gugus asetil pada selulosa sehingga mempengaruhi nilai rendemen. Nilai rendemen yang tinggi dikarenakan lebih besarnya bobot selulosa asetat yang diproleh jika dibandingkan dengan selulosa yang digunakan (Pasla 2006).
Spektrum infra merah selulosa asetat merupakan cara untuk mengetahui keberhasilan reaksi asetilasi secara kualitatif dengan mengidentifkasi serapan-serapan khas dan gugus fungsi yang terdapat dalam selulosa dan selulosa asetat. Pola karakteristik selulosa terdiri dari regangan gugus O–H pada bilangan gelombang (wave numer) 3100-3700 cm-1, gugus C–H pada bilangan gelombang 2850-3000 cm-1 dan peregangan gugus C–O pada bilangan gelombang 1025-1160 cm-1 (Meenakshi et al. 2002).
Gugus pembentuk selulosa TKS sebelum dilakukan asetilasi dan setelah asetilasi diperlihatkan dari hasil analisis gugus fungsi menggunakan FTIR (Gambar 6). Gambar 6a memperlihatkan selulosa TKS sebelum di asetilasi terdapat gugus O– H pada daerah 3280,92 cm-1, gugus C–H pada daerah 2902,87cm-1 dan gugus C–O muncul pada bilangan gelombang 1037,7, 1056,99 dan 1111 cm-1. Pengamatan terhadap spektrum inframerah selulosa setelah proses asetilasi pada perlakuan A3B3
20
terlihat pada Gambar 6b. Tabel 4 memperlihatkan hasil analisis FTIR semua sampel yang menunjukkan perubahan serapan inframerah gugus O–H pada bilangan gelombang sebesar 3302,13- 3624,25 cm-1.
Gambar 6 Hasil FTIR (a) STKS (b) SATKS A3B3 Tabel 4 Hasil analisis FTIR
Kode faktor kadar DS O–H C=O
waktu rasio asetil Peak intensitas Peak intensitas
STKS - - - - 3280,92 61,39 - - A1B1 30 menit 1:3 33,12 1,84 3302,13 66,30 1745,58 48,31 A1B2 30 menit 1:4 36,71 2,15 3504,66 50,02 1743,65 28,75 A1B3 30 menit 1:5 39,41 2,41 3483,44 57,13 1743,65 32,81 A2B1 60 menit 1:3 36,54 2,14 3485,37 55,38 1751,36 32,14 A2B2 60 menit 1:4 40,68 2,54 3496,94 57,27 1745,58 27,00 A2B3 60 menit 1:5 41,49 2,62 3522,02 55,41 1743,65 28,08 A3B1 90 menit 1:3 40,10 2,48 3624,25 61,91 1732,08 41,05 A3B2 90 menit 1:4 41,11 2,58 3558,67 68,19 1751,36 56,95 A3B3 90 menit 1:5 41,61 2,64 3622,32 75,52 1751,36 62,02 Umumnya spektrum selulosa asetat memberikan bukti asetilasi dengan menunjukkan pengurangan intensitas gugus O–H dan munculnya gugus serapan baru dari kelompok ester asetil pada peregangan gugus karbonil dari selulosa asetat (C=O
O–H C=O O–H C–H C–H C–O C–O
a
b
21 ester) (Elidrissi et al. 2012). Tabel 4. menunjukkan masih ditemukan gugus O–H pada semua perlakuan. Hal ini diduga karena gugus hidroksil dari selulosa tidak seluruhnya tersubstitusi oleh gugus asetil dari asam asetat anhidridat. Gambar 6 menunjukkan timbulnya puncak serapan gugus C=O dari gugus asetil dengan bilangan gelombang antara 1732,08- 1751,36 cm-1 pada selulosa asetat, sedangkan pada selulosa sebelum asetilasi tidak ditemukan gugus C=O. Kadar asetil dan nilai DS tertinggi dihasilkan pada perlakuan waktu asetilasi 90 menit dan rasio 1:5 (A3B3) dihasilkan pada bilangan gelombang 1751,36 cm-1 dengan nilai intensitas tertinggi. Hal ini sejalan dengan penelitian Xu et al. (2004) yang mengatakan bahwa terjadi peningkatan nilai intensitas gugus C=O yang tinggi pada FTIR dari nilai DS 0,57 ke 2,23 pada pati asetat. Pengujian FTIR dapat membuktikan bahwa proses asetilasi selulosa tandan kosong sawit menjadi selulosa asetat telah berhasil dilakukan karena