4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakteristik Bahan Baku Chitosan dan Larutan Chitosan-PVA
Bahan dasar yang digunakan pada pembuatan film adalah chitosan. Menurut Khan et al. (2002), nilai derajat deasetilasi adalah salah satu sifat kimia yang dapat mempengaruhi kemampuan chitosan dalam berbagai aplikasi. Derajat deasetilasi menggambarkan jumlah gugus amino bebas dalam rantai chitosan dan menjadi indeks teknis penting (Teng 2012). Hasil analisis terhadap chitosan yang digunakan adalah nilai derajat deasetilasi sebesar 87,5%, kadar air 8,6% dan kadar abu 0,5%. Hasil karakterisasi dari chitosan dan standar disajikan pada Tabel 3. Tabel 3 Hasil karakterisasi chitosan
Parameter Hasil penelitian (%) Standar* (%)
Derajat deasetilasi 87,5 > 75
Kadar air 8,6 < 10
Kadar abu 0,5 < 2
*) sumber : Muzarelli (1985)
Berdasarkan hasil dan pembandingan dengan standar Muzarelli (1985) yang tersaji pada Tabel 3, hasil karakterisasi chitosan yang digunakan telah memenuhi standar chitosan dari Muzarelli (1985). Nilai derajat deasetilasi chitosan yang digunakan juga lebih tinggi dibandingkan dengan penelitian lain, dimana nilai derajat deasetilasi chitosan yang telah digunakan pada pembuatan film antara lain
85,6% (Bahrami et al. 2003), 79% (Tripathi et al. 2009) dan 85% (Portes et al. 2009). Perbedaaan ini diduga karena konsentrasi larutan alkali dan
suhu dalam pembuatan chitosan yang digunakan. Hal ini senada dengan pernyataan Zeng (1992) yang menyebutkan bahwa konsentrasi NaOH, waktu dan suhu reaksi yang digunakan sangat mempengaruhi nilai derajat deasetilasi.
Hasil karakterisasi kadar air dan kadar abu chitosan yang digunakan menunjukkan bahwa nilai kadar air dan kadar abu chitosan berada dalam standar dari Muzarelli (1985) yaitu <10% untuk kadar air dan <2% untuk kadar abu. Menurut Oduor-Odote et al. (2005), nilai kadar air chitosan dapat dipengaruhi oleh sifat alami dari chitosan yang higroskopis, karena terdapat ikatan hidrogen pada gugus fungsinya. Menurut Islam et al. (2011), rendahnya nilai kadar abu chitosan mengindikasikan efektifitas dari tahapan demineralisasi dalam
menghilangkan kandungan mineral. Li et al. (1997) menambahkan nilai kadar abu chitosan juga dapat dipengaruhi oleh konsentrasi reagen, waktu dan suhu yang digunakan pada proses demineralisasi.
Kekentalan (viskositas) adalah sifat dari fluida untuk melawan tegangan geser pada waktu bergerak atau mengalir. Nilai viskositas larutan chitosan-PVA
pada konsentrasi chitosan 0%, 1%, 1,5% dan 2% berturut-turut adalah 50,00 + 0,00 cP; 55,00 + 0,00 cP; 83,00 + 0,00 cP; dan 124,00 + 0,00 cP.
Nilai viskositas larutan chitosan-PVA hasil penelitian meningkat seiring peningkatan konsentrasi chitosan. Hasil pengukuran viskositas dari larutan chitosan-PVA disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5 Histogram nilai viskositas larutan chitosan-PVA
Semakin tinggi konsentrasi chitosan yang digunakan akan meningkatkan nilai viskositas dari larutan campuran chitosan-PVA. Hal ini disebabkan oleh banyaknya muatan positif chitosan seiring dengan peningkatan konsentrasi chitosan. Selain itu semakin tinggi konsentrasi chitosan maka jumlah ikatan hidrogen pun semakin banyak akibat interaksi antara gugus hidroksil dan gugus amina dari chitosan dengan gugus hidroksil dari PVA. Ikatan hidrogen yang terbentuk dapat meningkatkan tegangan permukaan dari larutan dan dapat meningkatkan viskositas larutan. Pendapat ini didukung Dunn et al. (1997) yang menyatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi chitosan maka residu amina pada gugus chitosan akan semakin banyak sehingga muatan positif chitosan juga akan semakin banyak. Selanjutnya Wang et al. (1991) menambahkan bahwa di dalam larutan tingginya muatan positif akan menghasilkan adanya gaya tolak menolak
yang akan membuat polimer chitosan yang sebelumnya berbentuk gulungan, membuka menjadi rantai lurus yang akibatnya viskositas larutan akan meningkat.
Nilai viskositas larutan akan mempengaruhi sifat fisik dari film yang dihasilkan. Jika nilai viskositas larutan rendah maka film yang terbentuk akan rapuh dan sebaliknya jika nilai viskositas larutan tinggi maka film yang terbentuk akan kokoh dan kuat. Hal ini disebabkan oleh adanya interaksi antara chitosan dengan PVA yang membentuk film yang kuat akibat crosslink antara gugus hidroksil dan amina dari chitosan dengan gugus hidroksil dari PVA yang membentuk ikatan hidrogen. Menurut Kumar et al. (2010), peningkatan konsentrasi chitosan dalam larutan chitosan-PVA akan menimbulkan efek crosslink dan akibatnya terjadi peningkatan jumlah ikatan hidrogen. Viskositas juga akan mempengaruhi nilai kuat tarik dari film yang terbentuk akibat dari peningkatan konsentrasi chitosan. Tingginya konsentrasi chitosan akan meningkatkan jumlah ikatan hidrogen dalam film dan menjadikan film semakin non-elastis dan memiliki nilai kuat tarik yang tinggi. Menurut Park et al. (2002), peningkatan nilai kuat tarik dari film berhubungan dengan peningkatan viskositas dan peningkatan konsentrasi chitosan. Selama pembentukan film, jumlah ikatan hidrogen pada film chitosan meningkat dengan meningkatnya jumlah gugus amino dan gugus hidroksil akibat peningkatan konsentrasi chitosan, sehingga nilai viskositas tinggi dan meningkatkan nilai kuat tarik dari film.
4.2 Bentuk Film Komposit Polimer Chitosan-PVA
Bentuk film yang telah dibuat terlihat menyerupai lembaran plastik tipis dan transparan dengan warna sedikit kekuningan. Film ini memiliki ketebalan yang berkisar dari 0,11-0,22 milimeter. Penampakan film chitosan yang telah dibuat disajikan pada Gambar 6.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 6 Bentuk film chitosan-PVA pada berbagai konsentrasi chitosan a) 0% (kontrol) b) 1% c) 1,5% d) 2%
Film chitosan yang telah terbentuk secara visual memperlihatkan campuran yang homogen antara chitosan dengan polivinil alkohol sehingga membentuk lapisan plastik tipis yang transparan. Warna film yang kekuningan diduga karena pengaruh konsentrasi dari chitosan digunakan. Semakin tinggi konsentrasi chitosan yang digunakan akan menyebabkan warna larutan menjadi semakin kuning, sehingga dihasilkan warna film menjadi lebih gelap. Hal ini didukung oleh Dallan et al. (2007) yang menyatakan bahwa peningkatan konsentrasi chitosan dalam larutan akan membuat warna larutan semakin keruh yang akan mempengaruhi warna film yang dihasilkan. Mangala et al. (2003) menambahkan bahwa semakin keruh larutan chitosan yang dihasilkan maka film yang terbentuk akan makin berwarna semakin kuning gelap.
4.3 Ketebalan Film Komposit Polimer Chitosan-PVA
Film komposit polimer chitosan-PVA yang dihasilkan pada chitosan 0%, 1%, 1,5%, dan 2% memiliki rata-rata ketebalan masing-masing 0,14 ± 0,03 mm; 0,16 ± 0,04 mm; 0,17 ± 0,04 mm; dan 0,18 ± 0,04 mm dengan rentang ketebalan 0,11-0,22 mm. Hasil pengukuran ketebalan film disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7 Histogram nilai ketebalan film komposit polimer chitosan-PVA Nilai ketebalan dari film yang dihasilkan cenderung tidak berbeda jauh namun peningkatan konsentrasi chitosan terlihat makin meningkatkan ketebalan film. Peningkatan ketebalan pada film diduga oleh banyaknya ikatan hidrogen yang terbentuk akibat interaksi yang terbentuk antara gugus hidroksil dan amino dari chitosan dengan gugus hidroksil PVA yang menyebabkan kedua bahan
tersebut terikat kuat dan membentuk suatu padatan yang menyebabkan padatan tersebut menjadi sulit menguap saat berubah menjadi film. Raymond et al. (2006) menyatakan bahwa gugus hidroksil dan gugus amina yang berinteraksi dalam ikatan hidrogen menjadikan suatu larutan menjadi lebih sulit menguap dari senyawa lain. Gontard et al. (1993) menambahkan, bahwa ketebalan film dipengaruhi oleh jumlah padatan yang terdapat pada larutan. Semakin makin jumlah padatan maka film yang terbentuk akan semakin tebal. Hal lain yang mempengaruhi ketebalan film menurut Park et al. (1995) diantaranya adalah luas cetakan, volume larutan, dan jumlah padatan dalam larutan.
4.4 Spektrofotometer Fourier Transform Infrared (FTIR)
Analisis FTIR digunakan pada penentuan keberadaan gugus fungsi yang berada pada film komposit chitosan-PVA. Nilai derajat deasetilasi chitosan yang dipergunakan telah berada standar dari Muzarelli et al. (1985) yaitu memiliki nilai lebih dari 70%. Grafik spektra inframerah dari film chitosan-PVA disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8 Spektrum inframerah dari film komposit chitosan-PVA pada berbagai konsentrasi chitosan (a) chitosan 0% (kontrol); (b) chitosan 1%; (c) chitosan 1,5%; (d) chitosan 2% 3435,31 3435,76 3499,91 3429,35 1632,91 1750,77 1723,80 1732,31 cm-1 %T a b c d 2360,62 2362,51 2142,91 2159,77
Spektra gugus yang terlihat pada film chitosan 0% (kontrol) menunjukkan bilangan gelombang pada 3435,31 cm-1 dan 1732,62 cm-1 yang merupakan gugus fungsi dari hidroksil (OH) dan keton. Hal ini tidak jauh berbeda dengan yang disampaikan oleh Silverstein et al. (1981) yang menyatakan spektra dari gugus OH berada pada bilangan gelombang 3439 cm-1 dan gugus keton pada 1736 cm-1. Pada Gambar 7 menunjukkan terjadi perubahan bilangan gelombang spektra dari gugus hidroksil pada film chitosan 1%, 1,5% dan 2%. Perubahan bilangan gelombang gugus OH dikarenakan telah terjadinya ikatan hidrogen antara gugus hidrogen dari chitosan dan PVA. Hal ini bisa dilihat lebih lanjut pada spektra dari gugus CH yang bervariasi pada bilangan gelombang (2360,62 cm-1; 2159,77 cm-1; 2142,91 cm-1; 2362,51 cm-1). Menurut Zhang et al. (2007) perubahan bilangan gelombang dapat terjadi akibat interaksi antara gugus-gugus dari chitosan dengan PVA.
Pada film chitosan 1% dan 1,5% belum terlihat spektra dari gugus NH, namun pada film chitosan 2% terlihat spektra gugus NH pada bilangan gelombang 1632,91 cm-1. Hal ini diduga pada film chitosan 1% dan 1,5% konsentrasinya masih rendah sehingga belum terlihat gugus NH, tetapi spektra dari gugus keton (1723,80 cm-1 dan 1750,77 cm-1) masih terlihat. Menurut Chen et al. (2007), gugus NH pada chitosan terdapat pada bilangan gelombang 1653 cm-1. Selanjutnya pada film chitosan 2% mulai terlihat spektra dari gugus NH pada bilangan gelombang 1632,91 cm-1, namun spektra dari gugus keton tidak terlihat kembali. Hal ini diduga pada konsentrasi chitosan 2% gugus NH lebih dominan dibandingkan pada chitosan 1% dan 1,5% sehingga terbaca pada bilangan gelombang 1632,91 cm-1. Hal ini didukung dengan hasil penelitian dari El-Hefian et al. (2010) yang melaporkan dengan peningkatan konsentrasi PVA dapat menghilangkan spektra dari gugus NH yang terbaca dan meningkatkan intensitas gugus CH. El-Hefian et al. (2010) juga menyampaikan bahwa ketika dua atau lebih polimer dicampurkan maka perubahan karakteristik puncak spektrum dapat terjadi karena refleksi dari pencampuran kedua polimer secara fisik dan adanya interaksi kimia. Kemampuan pencampuran yang baik antara chitosan dan PVA disebabkan oleh pembentukan ikatan hidrogen antarmolekul antara kelompok amino dan hidroksil dalam chitosan dan gugus hidroksil pada PVA.
4.5 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi dari film komposit chitosan-PVA. Menurut Merret et al. (2002) dari analisis morfologi dapat diketahui karakteristik permukaan dari biomaterial meliputi struktur kimia, keberadaan kelompok ionik, morfologi struktur dan dimensi. Hasil analisis film chitosan-PVA dengan SEM disajikan pada Gambar 9.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 9 Hasil analisis SEM film komposit polimer chitosan-PVA dengan
perbedaan konsentrasi chitosan (a) chitosan 0% (kontrol); (b) chitosan 1%; (c) chitosan 1,5%; (d) chitosan 2%
Berdasarkan hasil analisis SEM yang tersaji pada Gambar 9 secara umum film chitosan-PVA tampak halus dan homogen serta terdapat butir-butir halus yang seragam yang terdapat pada permukaan film. Hal ini menunjukan bahwa chitosan dan PVA tercampur dengan baik atau dengan kata lain terjadi interaksi antara chitosan dengan PVA. Menurut El-Hefian et al. (2010), pembentukan campuran yang homogen dari chitosan dan PVA sebagian besar disebabkan oleh interaksi antara chitosan dengan PVA. Menurut Koyano et al. (2000) interaksi chitosan dengan PVA adalah berupa pembentukan ikatan hidrogen antara gugus
amina (NH2) pada chitosan yang bermuatan positif dengan gugus hidroksil (OH) pada PVA yang bermuatan negatif. Ikatan hidrogen ini membuat kedua bahan bercampur dengan baik dan menghasilkan homogenitas yang baik pada permukaan film. Interaksi kimia dari chitosan dengan PVA disajikan pada Gambar 10.
Gambar 10 Interaksi kimia chitosan dengan PVA
Sumber: Devi et al. (2006)
Hasil analisis morfologi film yang dihasilkan menunjukan semakin tinggi konsentrasi chitosan yang digunakan terlihat semakin banyak butiran-butiran yang terdapat pada film. Hal ini dipengaruhi oleh keberadaan chitosan yang semakin banyak seiring dengan peningkatan konsentrasi chitosan. Homogenitas dari film mempengaruhi kemampuan film dalam menyerap gelombang. Hal ini senada seperti yang disampaikan Wang et al. (2011) yang menyatakan bahwa morfologi dan kristalinitas dari permukaan bahan penyerap gelombang radar sangat berperan penting pada penyerapan maupun pemantulan gelombang elektromagnetik. Permukaan yang halus dan homogen merupakan morfologi yang sangat baik untuk menyerap gelombang, sedangkan pada permukaan yang kasar kurang baik untuk penyerapan gelombang sebab struktur morfologi tidak homogen dan memungkinkan terjadinya pemantulan gelombang.
4.6 Tensile Strength (Kuat Tarik)
Analisis kuat tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari film yang dihasilkan. Menurut Krochta & Mulder-Johnstone (1997), kuat tarik merupakan tarikan maksimum yang dapat dicapai sampai film dapat tetap bertahan sebelum putus. Pengukuran ini untuk mengetahui besarnya gaya yang dicapai untuk mencapai tarikan maksimum pada setiap satuan luas area film untuk merenggang
atau memanjang. Hasil analisis kuat tarik film chitosan-PVA disajikan pada Gambar 11.
Gambar 11 Histogram nilai uji kuat tarik film chitosan-PVA
Berdasarkan hasil yang tersaji pada Gambar 10, dapat diketahui semakin tinggi konsentrasi chitosan yang digunakan maka nilai kuat tariknya akan semakin besar. Hal ini dapat dilihat peningkatan nilai kuat tarik dari 106,33 ± 2,82 kPa hingga 143,50 ± 2,59 kPa. Peningkatan nilai kuat tarik disebabkan oleh peningkatan konsentrasi chitosan. Hal ini disebabkan interaksi antara gugus OH dan NH2 dari chitosan dengan gugus OH dari PVA yang membentuk ikatan hidrogen yang kuat. Semakin tinggi konsentrasi chitosan maka diduga ikatan hidrogen yang terbentuk akan semakin banyak sehingga kuat tarik akan semakin besar. Hal ini senada dengan hasil penelitian El-Hefian et al. (2011) yang menghasilkan nilai kuat tarik akan semakin menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi PVA. Menurut Rinaudo (2006) kuat tarik juga dapat dipengaruhi oleh derajat deasetilasi chitosan, derajat deasetilasi yang tinggi maka jumlah gugus NH2 akan semakin banyak sehingga ikatan hidrogen yang terbentuk pun akan semakin kuat.
4.7 Reflection Loss
Analisis reflection loss merupakan analisis untuk mengetahui seberapa besar daya serap gelombang elektromagnetik (radar) oleh material prototype yang telah dibuat. Menurut Renata et al. (2011) bila semakin besar nilai reflection loss maka akan semakin besar nilai penyerapan gelombang yang dapat dilakukan oleh
spesimen tersebut. Hasil pengukuran nilai reflection loss pada material prototype penyerap gelombang radar disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4 Hasil pengukuran reflection loss dari protoype penyerap gelombang radar
Reflection loss (-dB) Frekuensi
cuplik Chitosan 0%(*) Chitosan 1% Chitosan 1,5% Chitosan 2%
5 GHz 27,3986 28,3127 28,1721 27,8372 6 GHz 27,7089 28,8366 28,6897 28,3084 7 GHz 29,0035 29,9801 29,8330 29,5362 8 GHz 30,5171 31,2517 31,1049 30,8908 9 GHz 33,9246 34,3695 34,2043 34,2142 10 GHz 38,5156 38,8229 38,6587 38,7125 Rata-rata 31,1780 ± 4,3097 31,9289 ± 4,0094 31,7771 ± 4,0001 31,5832 ± 4,1755 Keterangan : (*) = kontrol
Besarnya nilai reflection loss dapat terlihat bahwa pada film kontrol atau tanpa penambahan chitosan pada setiap frekuensi cuplik memiliki nilai yang paling rendah yaitu berkisar dari -27,7398-38,5156 dB dengan rata-rata -31,1780 ± 4,3097 dB. Material prototype dengan konsentrasi chitosan 1% menghasilkan nilai reflection loss paling tinggi pada setiap frekuensi cupliknya yaitu dengan kisaran angka -28,3127-38,8229 dB dengan rata-rata -31,9289 ± 4,0094 dB, konsentrasi chitosan 1,5% menghasilkan nilai reflection loss dengan kisaran -28,1721-38,6587 dB dengan rata-rata -31,7771 ± 4,0001 dB, dan konsentrasi chitosan 2% menghasilkan nilai reflection loss dengan kisaran -27,8372-38,7125 dB dengan rata-rata -31,5832 ± 4,1755 dB. Visualisasi nilai rata-rata reflection loss disajikan pada Gambar 12.
!