HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2. Kopolimerisasi Cangkok N,N’-Metilendiakrilamida (MDA)
Selulosa hasil isolasi dicangkok dengan N,N’-Metilendiakrilamida (MDA) dengan konsentrasi monomer yang digunakan yaitu 5% (b/b). Angka tersebut didapatkan dari penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Husni (2008), yang menggunakan MDA untuk mencangkok pada selulosa dengan tehnik ozonasi.
46 Menghasilkan data derajat pencangkokan pada konsentrasi 5% merupakan derajat pencangkokan yang maksimum.
Sedangkan untuk inisiator menggunakan radiasi sinar gamma dari Irradiator Co-60 (irradiator karet alam, IRKA) dengan variasi dosis yaitu 10, 20, 30 dan 40 kGy. Alasan pemilihan sinar gamma sebagai inisiator dikarenakan inisiator ini ramah lingkungan, karena tidak menimbulkan residu bahan kimia, Proses yang dilakukan menggunakan radiasi juga lebih optimal, karena semua sampel terkena paparan sinar yang dapat menembus sampel. Sedangkan untuk tehnik pencangkokan menggunakan teknik iradiasi simultan. Pada proses pencangkokakan terjadi tiga tahap, pertama adalah inisiasi, dimana monomer dan polimer diradiasi sehingga keduanya membentuk radikal.
Gambar 16. Proses inisiasi pencangkokan MDA pada Selulosa
Menurut Kiatkamjornwong yang dikutip dalam Maya (2012), dengan inisiator sinar gamma, senyawa selulosa akan mengalami pemutusan ikatan antara
47 C-2 dan C-3 sehingga terbentuk radikal bebas. Hal tersebut juga digambarkan oleh Basuki (2013) yang meiradiasi senyawa kitosan dimana kitosan tersebut merupakan senyawa turunan glukosa sama seperti selulosa, pada kitosan terjadi pemutusan pada ikatan C-2 dan C-3. Sehingga cincin selulosa terbuka.
Reaksi pemutusan menggunakan radiasi dapat dilihat pada Gambar 16.
Selain itu terbentuk pula radikal bebas pada gugus vinyl senyawa MDA yang diiradiasi. Dimana pada posisi radikal ini, senyawa MDA akan berikatan dengan atom C-2 atau C-3 pada glukosa dari selulosa (Gambar 17).
Gambar 17. Proses pencangkokan MDA pada Selulosa
Kemudian terjadi propagasi atau biasa disebut dengan perpanjangan.
Dimana selulosa radikal akan bereaksi dengan MDA sehingga MDA akan
48 menjadi radikal dan mengikat MDA yang lain dan seterusnya hingga terjadi terminasi atau biasa disebut proses penghentian. Reaksi kopolimerisasi ini dikatakan terminasi ketika tidak ada lagi reaksi (Gambar 18).
Gambar 18. Proses propagasi dan terminasi pencangkokan MDA pada Selulosa
4.2.1. Derajat Pencangkokan Selulosa-co-MDA
Analisis yang pertama dilakukan adalah menghitung derajat grafting dari selulosa hasil isolasi yang telah diradiasi. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui seberapa besar monomer yang tercangkok seiring bertambahnya dosis radiasi. Karena tidak seluruh monomer tercangkok sempurna pada selulosa.
Kemudian derajat pencangkokan selulosa hasil isolasi dibandingkan dengan
49 selulosa komersil yang dicangok sehingga didapatkan grafik hubungan pengaruh dosis radiasi terhadap derajat pencangkokan.
Gambar 19. Grafik perbandingan derajat pencangkokan dengan dosis radiasi.
: selulosa isolasi, : selulosa komersil
Berdasarkan Gambar 19 di atas, grafik yang dihasilkan selulosa hasil isolasi memiliki kenaikan derajat grafting berbanding lurus dengan kenaikan dosis radiasi dosis radiasi. Dimana hasil derajat pencangkokan terbaik terjadi ketika dosis 30 kGy yaitu 13,06 %. Namun ketika dosis mencapai 40 kGy, derajat pencangkokan turun drastis hingga 0,52 %. Hal ini dapat disebabkan karena semakin tinggi dosis radiasi maka akan meningkatkan derajat pencangkokan oleh monomer sehingga meningkat-kan pula tingkat kristalinitasnya yang dapat menyebabkan penurunan kecepatan difusi monomer pada polimer induk. Dengan demikian, dosis yang tinggi akan menurunkan efisiensi inisiasi radikal pada reaksi pencangkokan (Hegazy, 2001).
Selain itu, semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan dapat membuat senyawa selulosa yang tidak tercangkok secara sempurna mengalami degradasi
0
50 (Razzak, 1990). Sehingga mengurangi pengurangan berat ketika penghitungan derajat pencangkokan.
Bila dilihat grafik dari selulosa komersil, grafik tidak menunjukkan perbedaan yang jauh atau signifikan. Dimana derajat pencangkokan tertinggi pada dosis 30 kGy sebesar 7,26 % dan derajat pencangkokan terendah pada dosis 20 kGy dengan dosis sebesar 5,57 %. Bila dibandingkan dengan selulosa komersil, selulosa hasil isolasi memiliki derajat pencangkokkan yang lebih tinggi.
Perbedaan yang cukup tinggi ini dapat disebabkan karena bentuk dari sampel selulosa yang berbeda dan berdasarkan analisa kualitatif dengan kasat mata.
Seperti pada selulosa hasil isolasi yang berbentuk amorfus, sehingga monomer dapat berdifusi kedalam selulosa hasil isolasi dibandingkan dengan selulosa yang berbentuk serbuk dan memiliki kristalinitas yang tinggi yang menyebabkan monomer sulit untuk berdifusi (Soebianto). Hal ini sering disebut dengan swelling. Menurut Wojnarovits, yang dikutip dalam Rahmawati (2013), bahwa swelling dapat meningkatkan mobilitas monomer ke pusat aktif pada kerangka polimer untuk menginduksi pencangkokan. Hal ini terjadi karena kemampuan grafting berkaitan dengan difusibilitas monomer, dimana monomer tersebut akan berdifusi ke dalam matriks polimer induk (Christina et al., 2008).
4.2.2. Gugus Fungsi Selulosa-co-MDA dengan FTIR
Identifikasi gugus fungsi ini dilakukan untuk mengetahui perubahan-perubahan gugus fungsi yang terjadi pada selulosa akibat adanya modifikasi melalui kopolimerisasi cangkok oleh monomer MDA dengan menggunakan spektrofotometer FTIR.
51 Selulosa yang telah selesai diisolasi kemudian dianalisa menggunakan instrument FTIR.
Gambar 20. Perbandingan kurva FTIR selulosa dengan selulosa-co-MDA
Dari kurva FTIR pada Gambar 20, terjadi pergesaran peak bilangan gelombang pada selulosa sebelum dan sesudah pencangkokan. Pada kurva FTIR selulosa-co-MDA pada bilangan gelombang 3438,26 cm-1 muncul peak. Dimana pada bilangan gelombang tersebut terdapat vibrasi ulur dari ikatan H pada gugus OH yang bila dibandingkan dengan peak pada kurva FTIR selulosa sebelum tercangkok, gugus OH muncul pada bilangan gelombang 3437,30 cm-1. Dari sini kita dapat melihat pergeseran bilangan gelombang yang terjadi setelah selulosa mengalami pencangkokan. Namun masih terdapat gugus OH pada sampel yang telah tercangkok.
52 Kemudian pada bilangan gelombang 2902,99 cm-1 dari kurva selulosa mengalami pergeseran pada kurva selulosa-co-MDA menjadi bilangan geolombang 2911,67 cm-1 dimana pada kisaran bilangan gelombang tersebut terdapat serapan ulur merupakan vibrasi dari gugus alkana CH2.
Selanjutnya pada bilangan gelombang 1635,71 cm-1 dari kurva selulosa terdapat vibrasi dari rantai C=C pada cincin selulosa. Sedangkan ketika dibandingkan dengan kurva selulosa-co-MDA terdapat pergeseran Pada bilangan gelombang 1629,92 cm-1 terdapat peak yang berasal dari serapan ulur beberapa gugus fungsi, seperti C=C yang berasal dari cincin selulosa serta gugus yang berasal dari senyawa MDA akibat pencangkokan, seperti C=O dan N-H yang terdapat pada senyawa amida.
Pada kurva selulosa bilangan gelombang 1139,01 cm-1 terdapat vibrasi ulur dari gugus –C-O- dari gugus alkohol yang terdapat pada cincin selulosa. Dan pada kurva selulosa-co-MDA peak pada range bilangan gelombang tersebut tidak dominan terlihat dikarenakan –C-O pada gugus alkohol telah mengalami modifikasi pencangkokan sehingga pada kurva selulosa-co-MDA mengalami pergeseran peak pada bilangan gelombang 1016,53 cm-1 yang diperkirakan berasal dari vibrasi C-N pada monomer MDA.
4.2.3. Ketahanan/Degradasi Panas dengan DSC
Pengukuran temperatur degradasi panas menggunakan instrument DSC untuk melihat perubahan fase yang berbanding dengan perubahan temperaturnya.
Pada instrument DSC ini diatur alat agar menghasilkan panas mulai 60oC hingga
53 600oC dan dilihat kurva perubahan yang terjadi. Untuk sampel yang diukur adalah selulosa hasil isolasi dan didapatkan kurvanya pada Gambar 21.
Gambar 21. Perbandingan kurva DSC selulosa dengan selulosa-co-MDA DSC ini sebenarnya difungsikan untuk senyawa dengan bentuk kristalin.
Namun pada penelitian ini digunakan sampel selulosa yang umumnya memiliki bentuk amorf. Walaupun berbentuk amorf, sampel tersebut juga memiliki termogram yang dapat kita baca sehingga dapat disimpulkan perubahan fasa yang terjadi.
Dari kedua kurva diatas dimana kurva dengan garis merah merupakan hasil DSC dari selulosa sedangkan kurva garis hitam merupakan hasil DSC dari selulosa-co-MDA. Bila kita bandingkan keduanya akan terlihat pergeseran puncak degradasi selulosa ke suhu yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan selulosa-co-MDA. Degradasi selulosa terjadi pada suhu sekitar 440oC, sedangkan degradasi selulosa-g-MDA terjadi pada suhu sekitar 470oC. dari data termogram
54 tersebut dapat disimpulkan pergeseran yang terjadi disebabkan adanya penambahan dari MDA. Dimana senyawa MDA ini pada dasarnya berbentuk kristalin, sehingga dibutuhkan panas yang lebih tinggi untuk mendegradasi selulosa yang tercangkok dengan MDA tersebut.
Selain itu, pencangkokan MDA pada selulosa meningkatkan suhu degradasi sehingga dibutuhkan energi lebih tinggi untuk mendegradasi selulosa tercangkok dibandingkan selulosa biasa: dengan kata lain proses pencangkokan dapat meningkatkan ketahanan degradasi sampel, dalam kasus ini ketahanan sampel terhadap suhu degradasi.
4.2.4. Kemampuan Serap Ion Logam Cu2+
Sampel yang telah tercangkok dilakukan pengukuran kemampuan daya serap. Sampel yang digunakan adalah sampel dengan dosis 30 kGy. Karena pada sampel pencangkokan dosis 30 kGy tersebut menunjukkan derajat pencangkokan yang tinggi. Sehingga didapatkan daya serap sampel seperti pada Tabel 6. berikut.
Tabel 6. Daya Serap Ion Cu2+
No m (g) % menyerap ion logam sebesar 37,5 mg ion Cu2+ pada 1 gram adsorben (perhitungan pada Lampiran 6). Sedangkan, menurut hasil penelitian yang dilakukan oleh Rahmawati (2013), yang melakukan pengukuran adsorben ion logam Cu2+ dengan
55 sampel selulosa, didapatkan hasil kemampuan serap selulosa terhadap ion logam Cu2+ sebanyak 14,5 mg/g. Dari data diatas terlihat peningkatan kemampuan daya serap ion logam Cu2+ antara sampel sebelum dicangkok MDA dan setelah MDA.
dimana dari data tersebut menunjukkan bahwa proses pencangkokkan MDA dapat meningkatkan daya serap selulosa terhadap ion logam dibandingkan dengan selulosa sebelum dicangkok monomer.
Kemampuan adsorpsi terhadap larutan ion Cu2+ terserap ke dalam sampel adsorben karena adanya situs aktif dari sampel tersebut. Pada senyawa selulosa terdapat gugus hidroksil (-OH) sedangkan pada sampel yang telah tergrafting terdapat situs aktif lain seperti vinyl (C=C) gugus amina NH-) dan karbonil (-C=O) yang dapat bereaksi dengan ion Cu sepanjang rantai molekulnya. Interaksi antara situs aktif dengan ion logam berupa ikatan kovalen koordinasi, atau membentuk ion logam dalam bentuk hidratnya melalui ikatan hidrogen dalam pori adsoorben (Erizal, 2010). Adanya pasangan elektron bebas pada atom O dan N serta ikatan π pada gugus vinyl dapat menyebabkan terjadinya ikatan kovalen koordinasi tersebut atau dapat disebut dengan kompleks chelate.
56 BAB V