HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 KARAKTERISTIK NANOKRISTALIN SELULOSA
4.2.1 Karakteristik Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Nanokristalin Selulosa (NCC)
Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FT-IR) nanokristalin selulosa dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang ada pada pengisi nanokristalin selulosa dan dibandingkan dengan ampas tebu sebagai bahan baku nanokristalin selulosa. Karakteristik FT-IR dari bahan pengisi nanokristalin selulosa dan ampas tebu dapat dilihat pada Gambar 4.2 di bawah ini.
Gambar 4.2 Karakteristik FT-IR Ampas Tebu dan Pengisi Nanokristalin Selulosa Karakteristik FTIR diatas menunjukkan beberapa puncak serapan (peak) kunci yang dapat mengindikasikan suatu gugus sebagai ciri khusus dari sebuah senyawa. Uji FTIR dengan sampel NCC puncak serapan kunci yang muncul adalah pada bilangan
gelombang 3356, 2885, 2349, 1647, dan 1002 cm-1. Band besar pada bilangan gelombang 3356 cm-1 mengindikasikan keberadaan dari gugus OH (3300-3500 cm-1 merujuk pada O-H stretching) dan pada puncak serapan dengan bilangan gelombang 2885 cm-1 mengindikasikan keberadaan dari gugus CH pada alkana (mendekati 2900 cm-1 merujuk pada C-H stretching). Pada puncak serapan dengan bilangan gelombang 2349 cm-1 yang menunjukan keberadaan dari gugus OH yang merupakan gugus utama dari selulosa. Sisanya yaitu pada puncak serapan dengan bilangan gelombang 1647 dan 1002 cm-1 menyatakan keberadaan gugus fungsi OH dari water absorption dan gugus fungsi CO (ikatan glycosidic) antara unit glukosa didalam senyawa selulosa [3, 19].
Pada hasil uji FTIR dengan sampel ampas tebu puncak serapan yang diperoleh banyak memiliki kesamaan, dikarenakan NCC yang diperoleh merupakan hasil perlakuan kimia terhadap ampas tebu sehingga gugus-gugus yang mengindikasikan keberadaan selulosa terdapat pada puncak serapan dengan bilangan gelombang yang hampir sama. Disamping itu terdapat perubahan gugus yang cukup signifikan dari hasil uji FTIR ampas tebu dan NCC ini. Pada puncak serapan dalam hasil uji FTIR ampas tebu dengan bilangan gelombang 1031 cm-1 menandakan keberadaan gugus C-O ether (1300-1000 cm-1 merujuk pada C-O etherdan ester), gugus ini menunjukan eksistensi ikatan antara lignin dan karbohidrat dan juga menandakan keberadaan lignin dan hemiselulosa pada ampas tebu. Selain itu pada puncak serapan dengan bilangan gelombang 1713 cm-1 mengindikasikan keberadaan dari gugus C=O (1760-1665 merujuk pada gugus C=O karbonil), gugus tersebut merupakan gugus khas yang terdapat pada lignin. Hilangnya puncak serapan pada bilangan gelombang 1031 dan 1731 cm-1 pada hasil uji FTIR pada NCC menunjukan bahwa eksistensi dari lignin dan hemiselulosa pada NCC telah diakhiri dengan baik oleh proses delignifikasi dengan perlakuan asam dan bleaching yang berfungsi untuk menghilangkan lignin dan hemiselulosa dari material lignoselulosa [40].
4.2.2 Karakteristik Transmission Electron Microscope (TEM) Nanokristalin Selulosa (NCC)
Karakterisasi Transmission Electron Microscope terhadap nanokristalin selulosa dilakukan untuk menganalisis bentuk dan ukuran nanokristalin selulosa yang
dihasilkan dari proses hidrolisis asam dan ultrasonikasi. Karakteristik TEM dari nanokristalin selulosa ditunjukkan oleh gambar 4.3 dibawah ini.
Gambar 4.3 Karakteristik Transmission Electron Microscope (TEM) dari Nanokristalin Selulosa (NCC)
Gambar 4.3 merupakan karakteristik Transmission Electron Microscope
(TEM) dari nanokristalin selulosa yang diperoleh dari proses hidrolisis asam dan ultrasonikasi. Selulosa yang dihasilkan dari proses ini memiliki bentuk batang (Rod-
Shaped) dengan ukuran diameter rata-rata 40-100 nanometer dan beberapa ratus
nanometer untuk panjang dari partikel.
Ekstraksi nanokristalin selulosa dari serat selulosa umumnya melibatkan proses pemaksaan perombakan ulang struktur oleh asam. Bagian amorf dari selulosa lebih mudah dihidrolisis dibandingkan dengan bagian kristalin. Selama hidrolisis berlangsung, asam sulfat bereaksi dengan gugus hidroksil permukaan melalui sebuah proses esterifikasi yang menyebabkan percabangan gugus anionik ester sulfat (-OSO3- ). Gugus sulfat ini secara acak terdistribusi pada permukaan nanopartikel selulosa. Keberadaan gugus ester sulfat negatif ini memaksa terbentuknya lapisan elektrostatik negatif yang menutupi permukaan nanokristal dan meningkatkan kemampuan dispersi di dalam pelarut. Proses ini menghasilkan reduksi dari rantai panjang α-selulosa menjadi mikrokristalin selulosa lalu nanokristalin selulosa [19, 41]. Reaksi esterifikasi gugus hidroksil oleh ion sulfat dari selulosa hasil perlakuan asam sulfat ditunjukkan oleh gambar 4.4 dibawah ini [19]
Gambar 4.4 Esterifikasi Gugus Hidroksil oleh Ion Sulfat dari Selulosa Hasil Perlakuan Asam Sulfat
Setelah proses hidrolisis selesai, kelebihan asam sulfat dalam suspensi harus dibuang menggunakan sentrifugasi. Selama proses sentrifugasi, endapan diambil dan dipisahkan dari larutan supernatan dan dinetralkan. Untuk mendapatkan dispersi nanokristalin yang lebih stabil, kemudian dilakukan ultrasonikasi pada suspensi nanokristalin selulosa. Suspensi kemudian dipisahkan menggunakan membran dialisis. Membran dialisis memiliki driving force berupa ukuran partikel. Nanokristalin selulosa akan berdifusi keluar membran dan selulosa yang belum berukuran nano akan tertahan pada membran.
Semakin kecil ukuran dari partikel pengisi maka luas permukaan akan semakin besar dan daya interaksi/adhesi antara kedua bahan akan semakin besar pula sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus [15]. Hasil Transmission Electron Microscope
juga memperlihatkan aglomerasi dari beberapa partikel nanokristalin selulosa. Nanokristalin selulosa memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi akibat besarnya rasio panjang dan lebarnya. Struktur nanoselulosa dengan luas permukaan spesifik yang tinggi (S) meningkatkan potensial termodinamika (G) yang menyebabkan ketidakstabilan objek nano. Berdasarkan hukum termodinamika, untuk memperoleh bentuk yang lebih stabil, objek berukuran nano harus memperkecil permukaan spesifiknya. Oleh sebab itu, fasa nano cenderung membentuk struktur yang lebih besar melalui agregasi dan agromerasi [42].
4.2.3 Uji Kristalinitas dengan X-Ray Diffraction (XRD) Nanokristalin Selulosa (NCC)
X-Ray Diffraction (XRD) digunakan untuk menganalisa kristalinitas dari NCC yang diperoleh. Hasil dari pengujian kristalinitas menggunakan XRD dapat ditunjukan oleh gambar 4.5 dibawah ini.
Gambar 4.5 Karakteristik XRD dari Nanokristalin Selulosa (NCC) dari Ampas Tebu
Penentuan index kristalinitas suatu bahan dapat dilakukan dengan menggunakan metode Segal. Gambar 4.5 memperlihatkan bahwa kristalinitas dari nanokristalin selulosa yang diperoleh adalah sebesar 92,33%, diindikasikan oleh puncak serapan yang tajam (sharp peak) dari spektra yang dihasilkan oleh sampel
NCC. Puncak serapan dari spektra yang dihasilkan oleh sampel NCC adalah pada 2θ
= 11,82o; 19,96o dan 22,17o.
Diameter kristal dapat juga dihitung pada hasil uji kristalinitas dengan XRD, puncak serapan dari spectra yang dihasilkan oleh sampel NCC adalah pada 2θ = 11,82o; 19,96o dan 22,17o. Dengan menghitung diameter kristal dari NCC pada puncak serapan 2θ=22,17o, diperoleh diameter kristal yang dihasilkan adalah sebesar 47,90 nm.
Bagian amorf selulosa lebih rentan dibubarkan akibat hidrolisis dibandingkan dengan bagian kristalin. Indeks kristalinitas yang tinggi mengindikasikan bahwa hemiselulosa dan lignin yang ada pada bagian amorf telah berhasil dipisahkan dari bagian kristalin selulosa melalui perlakuan asam. Hidrolisis pada suhu tinggi
menyebabkan ion hidronium berpenetrasi lebih mudah ke dalam bagian amorf dan kemudian memutus ikatan glikosidik sehingga menghasilkan segmen kristalin individual. Kristalinitas yang tinggi lebih efektif untuk mencapai efek penguatan yang lebih tinggi pada bahan komposit karena sifat mekanik dan termal menjadi lebih baik dengan peningkatan kristalinitas selulosa [43, 44].
4.3 PENGARUH PERLAKUAN AGING PADA FILM LATEKS KARET