HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pembuatan Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP)
Pembuatan hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) ini merupakan langkah pertama dan merupakan langkah inti dari penelitian yang dilakukan. Pembuatan hidrogel dilakukan dengan teknik polimerisasi radikal bebas dengan sistem larutan dimana semua bahan dicampurkan di satu waktu kemudian dipanaskan dengan keberadaan pelarut. Digunakan sistem larutan karena reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga untuk mencegah panas yang terlalu tinggi atau tidak
terdistribusi dengan baik dibutuhkan pelarut.
Pelarut yang digunakan dalam reaksi polimerisasi ini adalah etanol. Dengan keberadaan pelarut maka dapat dihindari terjadinya kenaikan viskositas sistem secara drastis. Viskositas yang terlalu tinggi akan menghambat pergerakan rantai radikal sehingga pembentukan jaringan hidrogel membutuhkan waktu yang lebih lama. Hal ini menjadi sangat penting untuk diperhatikan karena kenaikan viskositas berhubungan dengan pembentukan hidrogel.
Reaksi polimerisasi radikal bebas cenderung terkontrol karena terjadi secara bertahap dari mulai inisiasi, propagasi kemudian berakhir dengan terminasi rantai. Reaksi pemanjangan rantai terjadi seiring dengan pengurangan ikatan rangkap monomer karena ikatan rangkap monomer inilah yang berperan dalam proses pemanjangan rantai reaksi polimerisasi. Untuk membuat sistem homogen, maka dilakukan pengadukan pada sistem selama reaksi berlangsung. Dengan pengadukan akan menyebabkan tumbukan antar partikel menjadi lebih besar sehingga menyebabkan laju reaksi (polimerisasi) menjadi lebih besar. Sistem dibuat vakum nitrogen, untuk menghilangkan oksigen yang masih ada sehingga meminimalisir terjadinya kegagalan reaksi atau terminasi di awal karena reaksi polimerisasi radikal bebas sangat sensitif terhadap oksigen.
Universitas Indonesia Susunan alat pembuatan hidrogel ini dapat dilihat pada gambar 4.1
Gambar 4.1 Susunan Alat Pembuatan Hidrogel PNVP
Pada saat polimerisasi berlangsung, warna larutan berubah yang awalnya bening menjadi sedikit kekuningan. Ini dimungkinkan karena efek panas yang diberikan. Larutan dipastikan sudah homogen karena agen pengikat silang dan inisiator yang berupa padatan sudah melarut. Selain itu sebagai bukti bahwa reaksi pengikatan silang terjadi adalah larutan yang sedikit mengental dibandingkan dengan larutan awal sebelum diberi perlakuan. Setelah reaksi selesai dilakukan, hasil polimerisasi yang masih dalam bentuk larutan kemudian dikeringkan untuk menghilangkan pelarutnya yaitu etanol. Dilakukan pengeringan pada suhu ruang selama 24 jam dilanjutkan dengan pengeringan dalam oven selama 48 jam.
Setelah dikeringkan, hidrogel yang terbentuk adalah berbentuk lembaran film seperti pada gambar 4.2 berikut
24
Proses polimerisasi N-vinil pirrolidon dimulai dengan dekomposisi inisiator BPO menjadi benzoiloksi yang kemudian akan menyerang monomer sehingga membentuk monomer radikal.
Radikal benzoiloksi ini yang akan menyerang monomer kemudian berikatan silang dengan agen pengikat silang selama reaksi polimerisasi berlangsung. Berikut dijelaskan dalam suatu mekanisme reaksi
Gambar 4.3 Mekanisme Reaksi Pembentukan Hidrogel PNVP dengan
Universitas Indonesia Gambar 4.3 menjelaskan mekanisme polimerisasi pembentukan hidrogel dengan agen pengikat silang MBAm. Proses radikal bebas terdiri dari paling sedikit dua tahap. Tahap pertama merupakan tahap pembentukan radikal bebas yang hampir selalu terjadi karena pemutusan ikatan secara homolitik dimana setiap pecahan atau fragmentasinya mengandung satu elektron. Ini yang disebut dengan tahap dekomposisi inisiator. Tahap ini bisa terjadi secara spontan atau dengan bantuan panas atau cahaya bergantung kepada jenis ikatan. Benzoil peroksida merupakan senyawa peroksida yang tidak stabil terhadap panas, memiliki energi ikatan rendah sehingga ketika diberi panas, akan terurai menjadi radikalnya. Pada penelitian ini digunakan suhu 70°C untuk membentuk radikal benzoiloksi (March J, 2007). Mekanisme reaksi pembentukan hidrogel PNVP dengan agen pengikat silang EGDMA terdapat dalam lampiran 3.
Tahap dekomposisi inisiator menghasilkan dua radikal yang aktif. Kedua radikal ini bisa membuat reaksi terhenti atau terminasi dengan menggabungkan keduanya membentuk ikatan baru. Namun jarang sekali proses ini langsung diikuti dengan terminasi. Alasanya karena kebanyakan radikal reaktif dan akan bereaksi pertama kali dengan spesi yang tersedia ketika terjadi kontak. Ketika konsentrasi radikal rendah, dia lebih suka membentuk molekul daripada radikal lainnya (March J, 2007).
Terjadi inisiasi yaitu penyerangan radikal ke monomer untuk membentuk radikal baru. Radikal baru inilah yang kemudian dapat bereaksi dengan radikal lain. Setelah proses inisiasi, reaksi selanjutnya adalah propagasi yaitu reaksi perpanjangan rantai dimana radikal monomer menyerang monomer yang tersedia untuk melakukan polimerisasi kemudian terikat silang dengan MBAm ataupun EGDMA. Kedua agen pengikat silang ini memiliki dua ikatan rangkap pada ujung rantainya sehingga oligomer bisa melekat pada kedua ujung rantai agen pengikat silang. Dengan ikatan seperti ini maka terbentuk jaringan hidrogel. Tahap
propagasi ini berlangsung sampai monomer habis atau reaksi terhenti karena faktor lain yang dapat menghentikan reaksi. Jika monomer sudah habis terpakai maka akan terjadi terminasi. Terminasi bisa dilakukan dengan dua cara yaitu kombinasi dan disproporsionasi. Kecenderungan untuk terjadi terminasi dengan
26
salah satu cara diatas adalah bergantung kepada hambatan yang dimiliki di setiap unitnya misalnya hambatan ruang.
Hidrogel yang terbentuk dari hasil penelitian ini merupakan gel kimia karena terikat silang secara kovalen membentuk jaringan dengan mengganti ikatan hidrogen dengan ikatan kovalen yang lebih kuat dan stabil (Hennink&Nostrum, 2002). Gel jenis ini akan mencapai titik equilibrium swelling tergantung kepada interaksi air-polimer dan densitas ikat silang (Rosiak&Yoshii, 1999).
Pembentukan gel hasil pengikatan silang monomer dengan agen pengikat silang melalui reaksi polimerisasi dapat diilustrasikan seperti gambar 4.3 berikut
Gambar 4.4 Ilustrasi Pembentukan Gel (Sumber : Allan S Hoffman, 2002)
Lembaran hidrogel ini kemudian dikarakterisasi untuk membuktikan apakah reaksi polimerisasi ini berhasil atau tidak. Karakterisasi yang dilakukan untuk membuktikan apakah reaksi polimerisasi terjadi dengan baik atau tidak adalah dengan melakukan pengukuran dan analisis FT-IR. Polimerisasi NVP ini dikatakan berhasil jika serapan yang diberikan oleh gugus fungsi ikatan rangkap (C=C) yang terdapat pada monomer NVP hilang. Alasannya karena radikal bebas menyerang ikatan rangkap yang terdapat pada monomer untuk melakukan
polimerisasi dan pengikatan silang lebih lanjut sehingga ikatan rangkap hilang dan digantikan dengan deretan monomer atau oligomer yang membentuk polimer.
Universitas Indonesia
Gambar 4.5 Spektrum FT-IR monomer NVP (hitam) dan PNVP-MBAm 5% 24
Jam (merah)
Spektrum diatas adalah spektrum hidrogel PNVP-MBAm 5% dengan waktu reaksi 24 jam dibandingkan dengan spektrum monomer NVP. Dilakukan perbandingan seperti ini untuk membuktikan bahwa reaksi polimerisasi sudah berjalan dengan cukup baik. Spektrum hidrogel dengan variasi konsentrasi agen pengikat silang lainnya dapat dilihat pada lampiran 2. Spektrum berwarna hitam adalah spektrum monomer N-vinil pirrolidon sedangkan spektrum berwarna merah merupakan spektrum hidrogel PVP-MBAm 5% dengan waktu reaksi 24 jam.
Menurut Szaraz et al, larutan murni NVP memiliki 2 pita spektrum IR yang sangat kuat. Pertama, vibrasi stretching ikatan C=C, sesuai dengan
stretching olefin C=C, yang biasanya ditemukan di daerah 1680-1630 cm-1. Pita kedua merupakan stretching karbonil (C=O) yang juga ditemukan di daerah ini. Sun menjelaskan bahwa monomer NVP memiliki puncak kuat pada daerah 800-1000 cm-1 yang menunjukkan stretching ikatan rangkap vinil. Pada penelitian ini puncak 1631 cm-1 (C=C) dengan intensitas sedang dan 1700 cm-1 (C=O)
28
ditemukan di monomer NVP. Ketidakberadaan bending vinil dan vibrasi
stretching ikatan C=C pada spektrum polimer mengindikasikan bahwa monomer
NVP sudah terpolimerisasi. Pada panjang gelombang 3500 cm-1, menggambarkan serapan vibrasi C-N (Chen Ko-Shao et al., 2005)
Spektrum dengan panjang gelombang 2800-3200 cm-1 merupakan spektrum vibrasi stretching alifatik C-H, dan biasanya vibrasi stretching C-H olefin berada pada 3049 cm-1. Sedangkan untuk bendingnya berkisar antara 850-1416 cm-1.
Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Hidrogel PNVP-EGDMA 5% 8 Jam
Gambar 4.5 menjelaskan spektrum hidrogel dengan agen pengikat silang EGDMA 5% dengan waktu reaksi 8 jam. Vibrasi stretching ikatan rangkap C=C di 1600 cm-1 dan bending vinil sudah tidak terlihat pada hidrogel ini. Selain keberadaan puncak gugus diatas, puncak karbonil C=O yang tetap ada terletak pada angka 1700 cm-1 ini cukup dapat menjelaskan bahwa reaksi polimerisasi atau pembuatan hidrogel dengan agen pengikat silang EGDMA 5% dengan waktu reaksi 8 jam sudah terjadi cukup baik.
Berdasarkan hasil FT-IR sampel yang dipilih, dapat disimpulkan bahwa polimerisasi terjadi dengan baik. Selanjutnya perlu mencari hidrogel mana yang memiliki sifat paling baik, mengacu kepada hasil dari beberapa variasi yang telah
C-H
C=O
Universitas Indonesia dilakukan. Untuk menentukan hidrogel mana yang memiliki kondisi optimum dilakukan karakterisasi secara gravimetri yaitu melalui penentuan derajat ikat silang kemudian diikuti dengan karakterisasi lainnya untuk mendukung data yang diperoleh yaitu diantaranya penentuan persen konversi, derajat ikat silang dan rasio swellingnya.
4.1.1 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Persen Konversi Hidrogel PNVP
Hasil polimerisasi yang masih dalam bentuk larutan, dikeringkan dalam oven dan kemudian ditimbang berat keringnya untuk dihitung persen konversinya. Data persen konversi disajikan dalam tabel dibawah ini
Tabel 4.1 Persen Konversi Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi
Agen Pengikat Silang
Jenis pengikat silang Konsentrasi pengikat silang (%wt) Wi monomer (g) Wp kering (g) % Konversi MBAm 1 1 0,908 90,8 3 1 0,966 96,6 5 1 0,861 86,1 EGDMA 1 1 0,691 69,1 3 1 0,948 94,8 5 1 0,939 93,9
Dengan menganalisis hasil konversi monomer yang diperoleh terhadap jenis dan konsentrasi agen pengikat silang yang digunakan, dapat disimpulkan bahwa persen konversi dengan agen pengikat silang baik MBAm maupun EGDMA dengan konsentrasi 5% lebih kecil
dibandingkan dengan 1% dan 3%. Ketika konsentrasi pengikat silang yang digunakan lebih besar, pertumbuhan partikel akan lebih sulit sehingga dapat menurunkan laju polimerisasi dan menghasilkan persen konversi yang lebih kecil.
30
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis
Pengikat Silang terhadap Persen Konversi
4.1.2 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Derajat Ikat Silang Hidrogel PNVP
Dengan komposisi monomer, inisiator yang sama seperti yang telah disebutkan sebelumnya, variasi pertama yang dilakukan adalah variasi jenis sekaligus variasi konsentrasi pengikat silang dalam pembuatan hidrogel PNVP.