beberapa sifat yang berbeda dari selulosa triasetat terutama kemampuannya larut
dalam pelarut organik tertentu. Kelarutan selulosa asetat dalam pelarut organik
dipengaruhi oleh kadar asetilnya. Selulosa diasetat mempunyai kadar asetil sekitar 37
- 42 % dan bersifat larut dalam aseton, sedangkan selulosa triasetat mempunyai kadar
asetil sekitar 42 – 46% dan tidak larut dalam aseton. Pengaturan kadar asetil selulosa
diasetat dilakukan melalui reaksi hidrolisis. Proses hidrolisis dilakukan dengan
menambahkan sejumlah air ke dalam larutan selulosa triasetat dengan atau tanpa
menggunakan katalis. Proses hidrolisis dilakukan selama waktu tertentu hingga
diperoleh selulosa diasetat sesuai kadar asetil yang diinginkan.
Salah satu masalah pada proses hidrolisis adalah penentuan kondisi hidrolisis
dan lama hidrolisis yang tepat untuk bisa menghasilkan selulosa diasetat sesua i kadar
asetil yang diinginkan. Pada pembuatan selulosa diasetat secara komersial, penentuan
lama proses hidrolisis dilakukan dengan cara pengambilan contoh pada selang
waktu tertentu untuk mengetahui kelarutan atau kadar asetil selulosa asetat yang
telah dicapai. Pengukuran kadar asetil selulosa asetat yang dihasilkan pada proses
hidrolisis dengan metoda titrasi (ASTM D 871-96) membutuhkan waktu yang relatif
lama yaitu sekitar 3 – 4 hari. Hal ini menyebabkan pengambilan keputusan untuk
menentukan lama hidrolisis relatif sulit.
Penelitian tentang faktor-faktor yang berpengaruh dan penentuan kondisi
optimum hidrolisis pada proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa triasetat
mikrobial hingga saat ini belum pernah dilakukan. Diharapkan dari penelitian ini
dapat diperoleh informasi tentang faktor-faktor yang berpengaruh pada proses
hidrolisis dan kondisi optimum proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa
triasetat mikrobial.
Membran polimer merupakan salah satu jenis membran yang banyak
digunakan pada berbagai jenis proses pemisahan (filtrasi). Berbagai jenis polimer
dapat digunakan sebagai material pembentuk membran seperti antara lain
polisulfon, polietersulfon, poliakrilonitril, selulosa asetat dan poliamida.
Dibandingkan dengan jenis polimer lain, selulosa asetat memiliki beberapa kelebihan
5
antara lain pembuatan membran relatif lebih mudah, bahan dasarnya dapat diperbarui
(renewable) dan memiliki sifat hidrofilik serta dapat digunakan untuk membuat
berbagai jenis membran. Meskipun demikian terdapat juga kekurangannya yaitu
penggunaan membran yang dihasilkan terbatas pada suhu sekitar 30
oC, pH antara
2- 8 dan tidak tahan terhadap serangan mikroorganisme. Membran berbasis selulosa
merupakan tipe membran yang relatif murah.
Membran ultrafiltrasi selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran
yang dewasa ini banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul.
Pembuatan membran ultrafiltrasi selulosa asetat umumnya dilakukan dengan metoda
inversi fasa. Pada pembuatan membran polimer dengan metoda inversi fasa terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi morfologi membran yang dihasilkan antara lain
jenis polimer, pelarut dan non pelarut yang digunakan, konsentrasi polimer dalam
larutan cetak, komposisi cairan dalam bak koagulasi.
Pembuatan membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial belum
pernah dilakukan. Agar dapat diperoleh selulosa diasetat mikrobial yang berkualitas
baik untuk membran ultrafiltrasi maka perlu dilakukan kajian perancangan proses
pembuatan selulosa asetat yang meliputi optimasi kondisi proses asetilasi pada
pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial dan optimasi kondisi proses
hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat serta pembuatan membran
ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial yang dihasilkan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk (1) me ndapatkan kondisi proses (konsentrasi
asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang
optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat dan
mengetahui pengaruh konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa,
waktu dan suhu asetilasi terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang
dihasilkan, (2) mendapatkan kondisi proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial,
konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses
hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan
mengetahui pengaruh rasio air dengan selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat,
waktu dan suhu hidrolisis terhadap kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan
dan (3) mendapatkan karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.
Hipotesis
Rasio anhidrida asetat dengan selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat,
waktu dan suhu asetilasi diduga berpengaruh nyata terhadap perolehan dan kadar
asetil selulosa triasetat yang dihasilkan karena semakin tinggi rasio anhidrida asetat
terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu asetilasi akan
meningkatkan perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan.
Rasio air terhadap selulosa, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu
hidrolisis diduga berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat yang
7
dihasilkan karena semakin tinggi rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis akan menurunkan kadar asetil selulosa diasetat
yang dihasilkan.
Terdapat perbedaan karakteristik membran ultrafiltrasi yang dibuat dari
selulosa diasetat kadar asetil 37 – 40 % pada konsentrasi selulosa diasetat dalam
larutan cetak (dope) berkisar 12 – 20 % dan suhu air koagulasi 2-26
oC karena
diduga peningkatan kadar asetil selulosa diasetat dan konsentrasi selulosa diasetat
dalam larutan cetak serta peningkatan suhu air koagulasi akan menyebabkan ukuran
pori membran semakin kecil.
Ruang Lingkup Penelitian
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (nata de coco) dilakukan
secara heterogen, dengan media asetilasi asam asetat, pereaksi anhidrida asetat dan
katalis asam sulfat. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi (respon perolehan
dan kadar asetil selulosa triasetat) dilakukan dengan menggunakan Metoda
Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response Surface Methodology-
Central Composite Design).
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa diasetat mikrobial (hidrolisis)
dilakukan secara homogen dengan pereaksi air dan katalis asam sulfat. Penentuan
kondisi optimum proses hidrolisis (respon kadar asetil selulosa diasetat) dilakukan
dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat
Pembuatan membran ultrafiltrasi dilakukan dengan metode inversi fasa–
presipitasi immersi, pelarut dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa
diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37 – 40 %,
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12 -20% dan suhu air
koagulasi berkisar 2-26
oC. Karakteristik membran ultrafiltrasi yang diamati meliputi
fluks dan rejeksi membran dengan menggunakan umpan berupa Bovin Serum
Albumin yang berbobot molekul 67 kDa dan dekstran berbobot molekul 37 kDa.
Pengamatan terhadap morfologi membran dilakukan dengan menggunakan
Scanning Electron Microscope (SEM).
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai Desember 2003 hingga Juni 2005. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Kimia dan Laboratorium Pengawasan Mutu Departemen TIN - FATETA IPB, Laboratorium Kimia dan Fisika T erapan LIPI Bandung.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas (1) bahan untuk pembuatan selulosa triasetat (STA) dan selulosa diasetat (SDA) dan (2) bahan untuk pembuatan membran ultrafiltrasi selulosa diasetat mikrobial. Bahan untuk pembuatan selulosa triasetat dan selulosa diasetat terdiri atas lembaran selulosa mikrobial (nata de coco), NaOH, asam asetat (CH3COOH) (Merck), anhidrida asetat (J.T Baker), asam sulfat (H2SO4) (Merck), HCl, alkohol dan magnesium karbonat (MgCO3). Bahan-bahan untuk analisis selulosa asetat terdiri atas etanol 75%, HCl 0,5 N, NaOH 0,5 N, aseton, indikator fenolftalein dan metil merah. Bahan untuk pembuatan membran ultrafiltrasi adalah selulosa diasetat mikrobial dan selulosa asetat komersial, dimetil formamida (DMF), aseton, Bovin Serum Albumin dengan bobot molekul 67 kDa, dekstran dengan bobot molekul 37 kDa. Bahan-bahan untuk analisis membran terdiri atas H2SO4, fenol, CuSO4.5H2O, Na2CO3-anhidrat, NaOH, Na-K-tartarat dan folin ciocalteu.
Alat-alat untuk pembuatan selulosa asetat yang digunakan adalah alat-alat gelas, mesin penghancur (grinder), penekan hidrolik (hydraulic press), pengaduk bermagnetik, termometer, penangas air bergoyang, oven dan sentrifus.
Alat-alat untuk pembua tan membran yang digunakan adalah alat-alat gelas, pengaduk bermagnet, lembaran kaca, aplikator, termometer dan bak koagulasi. Alat-alat untuk karakterisasi membran terdiri atas alat-alat gelas, modul penyaringan aliran silang (crossflow filtration), spektrofotometer dan
Scanning Electron Microscope.
Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu:
1. Optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat (STA) dari selulosa mikrobial (penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial, penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada asetilasi, pembentukan dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil STA dan penentuan kondisi optimum asetilasi).
2. Optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat (SDA) (penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis, pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil selulosa diasetat dan penentuan kondisi optimum hidrolisis).
3. Pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat (pengaruh kadar asetil selulosa diasetat berkisar 37,21% – 40,22% dan konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12% – 20 % (v/b), pengaruh suhu air koagulasi berkisar 2 - 26 oC)
33
Gambar 4 . Skema tahapan penelitian
Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat dari Selulosa Mikrobial
- Penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik (suhu dan lama aktivasi)
- Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada asetilasi yaitu (1) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (2) konsentrasi H2SO4, (3) waktu dan (4) suhu asetilasi
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil - Penentuan kondisi proses asetilasi yang optimum
Respon : Perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat
Optimasi Proses Hidrolisis Selulosa Triasetat menjadi Selulosa Diasetat
- Penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada hidrolisis yaitu (1) rasio air terhadap selulosa mikrobial, (2) konsentrasi H2SO4, (3) waktu dan
(4) suhu hidrolisis
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil selulosa diasetat
- Penentuan kondisi proses hidrolisis yang optimum
Respon : Kadar asetil selulosa diasetat
Pembuatan dan Karakterisasi Membran Ultrafiltrasi dari Selulosa Diasetat
- Pengaruh kadar asetil selulosa diasetat (37% – 40%) dan
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak (12% – 20% v/b) - Pengaruh suhu air koagulasi 2 - 26 oC
Karakterisasi membran :
Fluks air, fluks dan rejeksi larutan Bovin serum albumin 67 kDa, dekstran 37 kDa, Molecular Weight Cutt Off, morfologi membran
Penelitian I. Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat dari Selulosa Mikrobial
Selulosa mikrobial yang digunakan sebagai sumber selulosa pada penelitian optimasi proses asetilasi ini adalah serbuk selulosa mikrobial kering berukuran 10 mesh. Pembuatan selulosa mikrobial kering dari lembaran selulosa mikrobial basah dilakukan dengan cara membersihkan selulosa mikrobial basah dari sisa media kultivasi dan bakteri (modifikasi Yamanaka et al., 1989). Kondisi aktivasi selulosa mikrobial yang digunakan pada penelitian pembuatan selulosa triasetat ini adalah kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Proses asetilasi selulosa mikrobial dilakukan secara heterogen dengan menggunakan anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis dan asam asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Penelitian optimasi proses asetilasi dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon- Rancangan Komposit Pusat (Response Surface Methodology-Central Composite Design). Pengolahan data yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SAS dan Statistica .
Pembuatan Selulosa Mikrobial Kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989)
Selulosa mikrobial yang digunakan pada penelitian ini dibuat dari lembaran basah selulosa mikrobial hasil kultivasi diam selama 7 hari dengan media utama air kelapa, isolat bakteri Acetobacter campuran. Lembaran basah selulosa mikrobial dipotong-potong dan dicuci. Setelah itu direndam dalam larutan NaOH 1% selama 24 jam pada suhu kamar, kemudian dilanjutkan dengan
35
perendaman dalam larutan asam asetat 1%. Selanjutnya potongan nata dicuci bersih dengan air, dikempa dengan penekan hidrolik dan dikeringkan pada suhu sekitar 40 oC selama 6 jam. Lembaran selulosa mikrobial kering yang diperoleh dihancurkan dengan menggunakan mesin penghancur (grin der) dan disaring dengan penyaring berukuran 10 mesh. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa mikrobial kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989) dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa mikrobial kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989)
Perendaman
(24 jam, suhu kamar ) Perendaman (24 jam, suhu kamar)
Pengempaan (press) Pengeringan (40 oC, 6 jam)
Pencucian
Penghancuran dan Penyaringan (ukuran saringan 10 mesh) Selulosa Mikrobial Basah
(20 kg)
Cairan asam
Air
Serbuk Selulosa Mikrobial Kering (10 mesh)
Cairan NaOH
Larutan NaOH 1% (20 L)
Larutan Asam Asetat 1% (20 L)
Penentuan Kondisi Aktivasi Selulosa Mikrobial Terbaik (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Penelitian penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial bertujuan untuk mendapatkan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik yang selanjutnya akan digunakan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial. Kondisi aktivasi yang terbaik adalah kondisi aktivasi yang dapat menghasilkan perolehan selulosa triasetat tertinggi pada proses asetilasi selulosa mikrobial. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan.
Media aktivasi yang digunakan adalah asam asetat glasial dengan rasio asam asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan adalah 8:1 (v/bk). Proses aktivasi dilakukan dengan cara sebanyak 5 gram serbuk selulosa mikrobial kering dan 40 ml asam asetat glasial dimasukkan kedalam labu erlenmeyer. Aktivasi dilakukan dengan menggunakan penangas air (water bath) pada suhu air 50 oC selama 0, 2, 4, 6, 8 jam dan suhu kamar selama 4, 8, 12, 16 jam. Setelah proses aktivasi selesai selanjutnya dilakukan proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953).
Proses asetilasi dilakukan dengan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial kering yang digunakan sebesar 3 : 1. Sebanyak 15 ml anhidrida asetat, 22,5 ml asam asetat glasial dan 0,05 ml asam sulfat ditambahkan kedalam labu erlenmeyer yang berisi selulosa mikrobial yang sudah diaktivasi. Campuran diaduk hingga rata dengan menggunakan pengaduk bermagnet . Setelah diperoleh campuran yang rata dilanjutkan proses asetilasi di dalam penangas air bergoyang dengan kec epatan 150 rpm pada suhu 50 oC selama 4 jam.
37
Selama proses asetilasi akan terjadi reaksi antara selulosa mikrobial dengan anhidrida asetat sehingga terbentuk selulosa triasetat. Selulosa triasetat yang terbentuk akan larut dalam media asetilasi sedangkan serbuk selulosa mikrobial yang tidak bereaksi akan mengendap. Setelah proses asetilasi selesai dilakukan pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terkonversi dari media asetilasi. Pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terasetilasi dilakukan dengan cara sentrifugasi. Sisa serbuk selulosa mikrobial akan mengendap sedangkan selulosa triasetat terdapat dalam supernatan. Campuran hasil asetilasi disentrifus pada suhu 20 oC selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm.
Selulosa triasetat yang larut dalam supernatan selanjutnya dipisahkan dengan cara menuangkannya kedalam larutan asam asetat 10%. Endapan selulosa triasetat yang diperoleh disaring dan direndam dalam larutan magnesium karbonat 1% selama 2 jam untuk menghilangkan sisa asam. Selanjutnya endapan selulosa triasetat dicuci bersih dengan air , dan dikeringkan dengan oven pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selulosa triasetat kering yang diperoleh selanjutnya ditimbang dan diukur kadar airnya. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan (Lampiran 1g). Diagram alir proses aktivasi dan proses asetilasi pada tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Diagram alir penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik pada pembuatan selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Selulosa Triasetat
Aktivasi(50 oC 0, 2,4,6,8 jam) (suhu kamar, 8,12,16 jam)
Asam asetat (10%)
Cairan
Anhidrida asetat 15 ml Asam asetat 22,5 ml Asam sulfat 0,05 ml
Asam Asetat glasial (40 ml)
Pengendapan
Pengeringan (6 jam, 50 oC)
Perendaman (suhu kamar, 2 jam)
Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit, 20 oC )
Asetilasi
( 4 jam, 50 oC )
Serbuk kering selulosa mikr obial (5 gram) Lar. MgCO3 1% Cairan asam Pencucian Air Cairan Pengukuran kadar air perolehan
39
Penentuan Faktor yang Berpengaruh pada Proses Asetilasi
Proses asetilasi selulosa mikrobial dilakukan secara heterogen dengan menggunakan anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis dan asam asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4 variabel bebas yang diujikan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial yaitu (1) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan (2) konsentrasi katalis H2SO4, (3) waktu reaksi dan (4) suhu asetilasi. Variabel respon yang diamati adalah perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan.
Sebelum dilakukan proses asetilasi terlebih dahulu dilakukan proses aktivasi selulosa mikrobial. Aktivasi selulosa mikrobial dilakukan berdasarkan kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial yaitu sebanyak 5 gram selulosa mikrobial kering (ukuran 10 mesh) dimasukkan kedalam labu erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 40 ml asam asetat glasial dan dibiarkan selama 6 jam pada suhu 50 oC. Selanjutnya dilakukan proses asetilasi.
Asetilasi dilakukan dengan cara menambahkan anhidrida asetat, asam asetat dan asam sulfat kedalam selulosa mirobial teraktivasi. Anhidrida asetat ditambahkan sebanyak 2, 3, dan 4 kali jumlah selulosa mikrobial yang digunakan atau 10 ml, 15 ml dan 20 ml untuk setiap 5 g selulosa mikrobial kering yang digunakan. Asam asetat glasial ditambahkan sebanyak 22,5 ml. Katalis asam sulfat ditambahkan sebanyak 0,025 ml, 0,050 ml dan 0,075 ml atau 0,5%, 1%, dan 1,5%. Proses pencampuran anhidrida asetat, asam sulfat dan asam asetat dengan selulosa mikrobial teraktivasi dilakukan dengan menggunakan pengaduk
bermagnet. Setelah diperoleh campuran yang rata dilanjutkan proses asetilasi di dalam penangas air bergoyang dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 40, 50, dan 60 oC selama 240, 300, dan 360 menit. Setelah proses asetilasi selesai, campuran selulosa triasetat yang diperoleh segera didinginkan dan disentrifus pada suhu 20 oC selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm. Selulosa mikrobial yang tidak bereaksi akan terdapat pada bagian endapan sedangkan selulosa triasetat yang terbentuk terdapat pada supernatan.
Pemisahan selulosa triasetat yang larut dalam supernatan dilakukan dengan cara pengendapan. Pengendapan selulosa triasetat dilakukan dengan cara menuangkan supernatan kedalam larutan asam asetat 10%. Endapan selulosa triasetat yang diperoleh selanjutnya disaring dan direndam dalam larutan magnesium karbonat 1% untuk menghilangkan sisa asam. Selanjutnya selulosa triasetat dicuci bersih dengan air , dan dikeringkan dengan oven pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selulosa triasetat kering yang diperoleh selanjutnya ditimbang dan diukur kadar airnya untuk mengetahui bobot kering selulosa triasetat yang dihasilkan. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan (Lampiran 1g). Selanjutnya dilakukan pengukuran kadar asetil selulosa triasetat. Kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan dihitung dengan metoda titrasi ASTM D 871-96 (Lampiran 1e). Diagram alir proses asetilasi dapat dilihat pada Gambar 7.
41
Gambar 7. D iagram alir proses pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Selulosa Triasetat Aktivasi (50 oC , 6 jam) Asam asetat 10 % 200 ml Cairan Anhidrida asetat 10, 15, 20 ml As. Sulfat 0.025, 0.05, 0.075 ml Asam asetat 22.5 ml
Asam Asetat glasial (40 ml)
Pengendapan
Pengeringan (6 jam, 50 oC)
Perendaman (suhu kamar, 2 jam)
Sentrifugasi (3000 rpm, 15 menit, 20 oC )
Asetilasi
( 240, 300, 360 menit ) ( 40, 50, 60 oC ) Serbuk selulosa mikrobial(ukuran 10 mesh, 5 g) Lar. MgCO3 1% Cairan asam Pencucian Air Cairan Karakterisasi: - perolehan - kadar asetil
Selanjutnya dilakukan penentuan pengaruh variabel bebas terhadap respon perolehan dan kadar asetil. Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh dilakukan dengan menggunakan uji analisis keragaman untuk masing-masing respon yang diamati. Variabel yang berpengaruh nyata selanjutnya digunakan sebagai variabel bebas pada tahap pembentukan model.
Pembentukan dan Pengujian Model
Model yang dibuat dalam penelitian ini adalah model empiris berupa model regresi. Terdapat dua model regresi yang dibuat pada penelitian ini yaitu model regresi perolehan selulosa triasetat dan model regresi kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan pada proses asetilasi. Pengujian terhadap model regresi yang dihasilkan meliputi uji penyimpangan model atau lack of fit, uji determinan (R2 ), uji signifikansi model, dan uji asumsi residual (Box et al., 1978; Box dan Draper, 1987 ; Gaspersz, 1995).
Penentuan Kondisi Optimum Proses Asetilasi
Penentuan kondisi optimum proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial dilakukan dengan menggunakan analisis kanonik, analisis permukaan respon, analisis plot kontur dan ridge analysis. Kondisi proses optimum yang diperoleh selanjutnya diverifikasi di laboratorium.
Rancangan Percobaan
Percobaan dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon- Rancangan Komposit Pusat. Terdapat 4 variabel bebas yang dicobakan pada
43
proses asetilasi yaitu (1) konsentrasi H2SO4 pekat (katalis) yang dikodekan
sebagai X1, (2) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan
yang dikodekan sebagai X2, (3) waktu asetilasi yang dikodekan sebagai X3, dan
(4) suhu asetilasi yang dikodeka n sebagai X4. Faktor, kode dan taraf kode yang
dicobakan pada proses asetilasi dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan asetilasi Taraf kode No Faktor Kode rendah -1 tengah 0 tinggi +1 1 Katalis H2SO4 pekat (% v/bk) (K) X1 0.5 1 1.5
2 Rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (%v/bk) (P)
X2 2 3 4
3 Waktu ,menit (W) X3 240 300 360
4 Suhu (oC) (S) X4 40 50 60
Nilai faktor yang dikodekan dihitung dengan cara seperti be rikut :
X1 = (K – 1,5) X2 = (P - 3) X3 = (W- 300) X4 = (W-50)
0,5 1 60 10
X1 = nilai kode konsentrasi katalis K = nilai konsentrasi katalis aktual (%v/bk)
X2 = nilai kode rasio pereaksi P = nilai rasio pereaksi aktual (%v/bk)
X3 = nilai kode waktu reaksi W = nilai waktu reaksi aktual (menit)
X4 = nilai kode suhu reaksi S = nilai suhu reaksi aktual (oC)
Terdapat dua respon yang diamati pada proses asetilasi yaitu perolehan selulosa triasetat dan kadar asetil selulosa triasetat . Pada tahap penentuan faktor yang berpengaruh dilakukan percobaan faktorial terdiri dari 16 unit percobaan
faktorial dan 4 unit percobaan titik pusat. Pembuatan model regresi linier perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan respon pada percobaan faktorial dan titik pusat. Matriks rancangan percobaan dengan 4 faktor ini dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 . Matriks rancangan percobaan 4 faktor proses asetilasi
Konsentrasi Asam sulfat (%) Rasio Pereaksi Waktu (menit) Suhu (oC)
Nilai kode Respon
Percobaan No X1 X2 X3 X4 X1 X2 X3 X4 1 0.5 2 240 40 -1 -1 -1 -1 2 0.5 4 240 40 1 -1 -1 -1 3 0.5 2 360 40 -1 1 -1 -1 4 0.5 4 360 40 1 1 -1 -1 5 1.5 2 240 40 -1 -1 1 -1 6 1.5 4 240 40 1 -1 1 -1 7 1.5 2 360 40 -1 1 1 -1 8 1.5 4 360 40 1 1 1 -1 9 0.5 2 240 60 -1 -1 -1 1 10 0.5 4 240 60 1 -1 -1 1 11 0.5 2 360 60 -1 1 -1 1 12 0.5 4 360 60 1 1 -1 1 13 1.5 2 240 60 -1 -1 1 1 14 1.5 4 240 60 1 -1 1 1 15 1.5 2 360 60 -1 1 1 1 Faktorial 16 1.5 4 360 60 1 1 1 1 17 1 3 300 50 0 0 0 0 18 1 3 300 50 0 0 0 0 19 1 3 300 50 0 0 0 0 Titik pusat 20 1 3 300 50 0 0 0 0
Pada percobaan pembuatan model kuadratik dengan 2 variabel bebas dilakukan percobaan dengan nilai faktor dapat putar α sebesar ± 1,414. Proses asetilasi dilakukan pada konsentrasi katalis tetap yaitu 1,5% dan suhu 50 oC. Pada tahap pembuatan model kuadratik terdapat 4 satuan percobaan faktorial, 4 satuan percobaan titik pusat dan 4 satuan percobaan titik bintang. Faktor, kode dan
45
taraf kode pada percobaan asetilasi dengan 2 faktor dapat dilihat pada Tabel 6, sedangkan matriks percobaannya dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 6 . Faktor , kode dan taraf kode pada proses asetilasi dengan 2 faktor Taraf kode
No Faktor Kode
-1,414 -1 0 +1 +1,414 1 Rasio Anhidrida Asetat
terhadap selulosa mikrobial (v/bk)
X1 2,293 2,5 3 3,5 3,707
2 Waktu (menit) X2 215,16 240 300 360 384,84
Tabel 7 . Matriks rancangan percobaan 2 faktor proses asetilasi
Taraf faktor aktual Taraf fraktor yang dikodekan No Rasio pereaksi X1 Waktu(menit) X2 X1 X2 Respon 1 2,5 240 -1 -1 2 3,5 240 1 -1 3 2,5 360 -1 1 4 3,5 360 1 1 5 3,0 300 0 0 6 3,0 300 0 0 7 3,0 300 0 0 8 3,0 300 0 0 5 2,293 300 -1.414 0 6 3,707 300 1.414 0 7 3,0 215.16 0 -1.414 8 3,0 384.84 0 1.414
Penelitian II. Optimasi P roses Hidrolisis Selulosa Triasetat menjadi Selulosa Diasetat
Penelitian optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon - Rancangan Komposit Pusat. Pengolahan data yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SAS dan Statistica. Proses hidrolisis selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan air sebagai pereaksi dan asam sulfat sebagai katalis (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4 variabel bebas