Konsep dasar dari adanya modifikasi selulosa adalah untuk mengenalkan gugus fungsi yang ada pada selulosa. Biasanya dicapai dengan mengganti proton dalam kelompok hidroksil selulosa sampai batas tertentu (Kontturi,2015).
Saat ini selulosa telah menjadi material yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Secara langsung ini berhubungan dengan industri kertas dimana selulosa diolah secara konvensional, seperti kertas dan karton. Namun, walaupun kertas dan karton menjadi produk utama dari selulosa, tidak berarti membatasi penggunaan selulosa untuk kegunaan yang lain. Selulosa dapat dimodifikasi secara kimia untuk menciptakan turunan yang lebih luas yang mana digunakan dalam sektor industri.
Turunan ini lebih jauh dijadikan sebagai agen coating, laminating, film optis juga sebagai adsorben. Sebagai tambahan, turunan selulosa juga dapat dijumpai sebagai
bahan aditif dari bahan bangunan, farmasi,makanan serta produk-produk kosmetik (Ganstrom,2009).
2.3.1 Esterifikasi Selulosa
Modifikasi ester selulosa dengan asam orgnik dan asam anorganik membentuk turunan selulosa bersifat kovalen yang pertma kali disintesis dalam laboratorium.
Selulosa nitrat, selulosa asetat dan seluloosa xantogenat telah diproduksi dalam skala indusrti pada pertengahan abad yang lalu an saat ini telah mencakup lebih dari 90%
total produksi selulosa. Diawali dengan estre selulosa dari asam onorgnaik, hingga asam orgnaik telah dipersiapkan dalam esterifikasi konvensional, demikian juga reaksi yang dirancang secara khusus (Klemm,1998).
Dalam Kontturi (2015), esterifikasi selulosa dibagi menjadi 2 , yaitu : anorganik ester dan organik ester. Anorganik ester mencakup selulosa xantogenat, selulosa karbamat, selulosa sulfat dan selulosa nitrat. Sedangkan organik ester adalah selulosa format dan selulosa asetat.
a. Selulosa Xantogenat Cell-OH Cell-O-
Cell-O- + CS2 Cell-O-CSS-Na+
Reaksi diatas terjadi antara ion alkoksi selulosa dan karbon disulfida dalam medium alkali. Selulosa xantogemat larut dalam air karena bersifat polielektrolit. Selulosa xantogenat dan garamnya tidak memiliki penggunaan secara teknis, tetapi bdigunakan sebagai bahan dasar untuk memproduksi sutera buatan (untuk tekstil ) dan rayon ( serta ban ) (Muladi, 2013 ).
b. Selulosa Karbamat
Reaksi terbentuknya selulosa karbamat sebagaimana pada gambar 2.3.1
Gambar 2.9 Reaksi Pembentukan Selulosa Karbamat (Kontturi, 2015)
Pada reaksi digunakan katalis berupa garam metal, biasanya digunakan zink sulfat, pada suhu sekitar140oC. Selulosa karbamat dengan derajat substitusi 0,2-0,3 larut dalam larutan NaOH.
c. Selulosa sulfat
Cell-OH + SO3 Cell-OSO3H
Cell-OH + XSO3H Cell-OSO3H + HX Selulosa sulfat memiliki derajat substitusi 0,2-0,3.
d. Selulosa Nitrat
Cell-OH + HNO3 Cell-O-NO2 + H2O
Purnawarman (2010), membuat nitrat selulosa dari serat sagu dengan proses yaitu proses delignifikasi dan proses nitrasi. Proses nitrasi menggunakan campuran asam nitrat dan asam sulfat sebagai katalisator. Pada pembuatan selulosa nitrat dan asam sulfat sebagai katalisator. Pada pembuatan selulosa nitrat ini diperoleh hasil sebesar 151,22% dengan kandungan nitrogen sebanyak 13,39%.
Selulosa nitrat memiliki arti penting dan nilai strategis dari segi pertahanan keamanan karena selulosa nitrat (Nitro selulosa/NC) dapat digunakan sebagai bahan propellant atau bahan peledak (Tarmansyah,2007).
e. Selulosa Format
Selulosa format memiliki sifat yang tidak stabil dengan DS 2,0-2,5.
Apabila dipanaskan dodalam air bpada suhu 110oC dapat terjadi dekomposisi antara selulosa dan asam format. Gambar menunjukkan reaksi pembentukan selulosa format
Gambar 2.10 Reaksi pembentukan Selulosa Format (Kontturi,2015) f. Selulosa Asetat
Oligosakarida yang terasetilasi terbentuk didalam degradasi asetilitik selulosa. Hal ini dapat dipisahkan dengan kromatografi kedalam asetat selulosa,
selotriosa, selotetraosa, selopentosa dan seloheksaosa dan diidentifikasi sebagai bentuk-bentuk kristal. Gambar adalah reaksi pembentukan selulosa asetat
Gambar 2.11 reaksi Pembentukan Selulosa Asetat (Kontturi, 2015)
Kebebasan pada derajat asetilasinya menyebabkan selulosa asetat dapat larut dalam pelarut organik. Pelarutan penuh hasil asetilasi lebih buruk daripada asetilasi yang terurai. Selulosa asetat digunakan untuk membuat sutera sintesis, asetat, foil, film da pelarut. Bahkan frame kacamata juga sering menggunakan selulosa asetat ( Muladi, 2013)
2.3.2 Eterifikasi Selulosa
Eterifikasi selulosa merupakan turunan selulosa komersial yang sangat penting dan menjadi proses yang banyak diteliti dibandingkan ester selulosa.
Eterifikasi selulosa merupakan reaksi heterogen yang diawali dengan pembentukan alkali selulosa. Produksi eter selulosa secara industri dimulai pada tahun 1920 hingga 1940, diawali dengan pembuatan karboksimetil selulosa pada awal tahun 1920 di Jerman. Ada dua alur sintesis eter selulosa yang paling relevan dilakukan, yakni :
i. Reaksi gugus hidroksi dengan alkil klorida dengan adanya basa kuat, didasarkan sesuai dengan sintesis eter williamson, dimana dalam reaksi menggunakan 1 mol basa/mol alkill klorida
ii. Reaksi pemutusan cincin dari alkilen oksida dengan gugus hidroksi, yang dikatalisasi oleh basa secukupnya, yang menghasilkan perpanjangan rantai dan pembentukan gugus hidroksil baru. Contoh produk eterifikasi selulosa adalah : metil selulosa dan karboksimetil selulosa (Kontturi, 2015)
a. Metil Selulosa
Preparasi konvensional dari metil selulosa melalui reaksi William dengan gas atau liquid kloroform. skema reaksi metilasi pada atom C-2, 3 dan 6 selulosa. Gugus OH pada atom C-1 dan C-4 tidak dapat dimetilasi. Oleh karena itu, dengan metilasi dapat dibuktikan bahwa residu glikosa dalam molekul glukosa digabungkan dengan 1 4 jembatan oksigen ( ikatan glikosidik). Metil selulsa larut dalam air dingin. Metil selulosa dan hidroksilmetil selulosa digunakan sebagai pengemulsi dan bahan pengikat ( Muladi, 2013).
b. Karboksimetil Selulosa
Karboksimetil Selulosa merupakan selulosa yang sangat penting.
Prosedur umum dalam substitusi karboksimetil selulosa adalah menggunakan asam monokloroasetat. Pitaloka,dkk (2015), membuat karboksimetil selulosa dari selulosa yang diisolasi dari eceng gondok dengan media reaksi campuran larutan isopropanol-isobutanol. Reaksi dilakukan dua tahap yaitu alkalisasi dengan NaOH dan karboksimetilasi dengan asam monokloroasetat. Hasilnya perbandingan media reaksi sebesar 20;80 adalah kondisi optimum dalam pembuatan karboksimetil selulosa.
Pembuatan CMC dari selulosa hasil isolasi kuliat buah kakao yang dialkalisasi dengan NaOH dan dikarboksimetilasi dengan asam trikloroasetat juga pernah dilakukan oleh Nisa.,et al (2014). Hasilnya adalah bahawa banyaknya asam trikloroasetat yang ditambahkan memberikan pengaruh
terhadap kelarutan dalam air, tetapi tidak memberi pengaruh nayata pada kadar air, pH, viskositas dan warna.