TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bentonit
2.6 Poli Vinil Alkohol (PVA)
Polivinil alkohol (PVA) adalah polimer sintetis yang bertindak sebagai interpenetrating agent (IPN-agent). Sifatnya yang hidrofil akan memperbaiki sifat gel kitosan dengan cara menurunkan waktu gelasi dan meningkatkan kekuatan mekanik (Liu et al., 2011).
Biomaterial berbasis polivinil alkohol saat ini sedang diteliti untuk aplikasi biomedis karena biokompatibilitas dan sensitivitas terhadap perubahan pH, serta ketersediaan dan pemerosesan yang relatif sederhana. Tidak seperti yang lain perangkat pengiriman di mana monomer menjalani reaksi polimerisasi sebelum menjadi ikat silang, PVA tersedia secara komersial, membuatnya lebih mudah untuk mensintesis gel.
HC
Gambar 2.4. Struktur Poli Vinil Alkohol (PVA) 2.7 Asam akrilat
Asam akrilat (AA) merupakan senyawa organik berupa cairan pada suhu pada tekanan ruang dengan bau yang tajam. AA dapat larut sempurna dalam air dan juga dapat larut dalam pelarut organic seperti alcohol, klorofrom, benzene, dan aseton. Asam akrilat glasial memiliki berat molekul 72 g/mol, titik didih 141 OC, titik leleh 13 OC dan massa jenis sebesar 1,045 g/ml ada suhu 25 OC. AA banyak dimanfaatkan dalam reaksi kopolimerisasi cangkok ke suatu polimer. AA dikenal luas sebagai monomer membentuk hydrogel dalam kopolimerisasi cangkok (Tanodekaew et al., 2003).
O
OH
Gambar 2.5. Struktur asam akrilat
Asam akrilat merupakan senyawa vinil karboksilat, berbau tajam dan menyengat, merupakan asam lemah tetapi lebih korosif dibanding asam asetat, sehingga perlu penanganan yang hati-hati, dan harus dihindari kontak langsung dengan kulit (Billmeyer, 1983).
Asam akrilat (AA) bertindak sebagai monomer, berfungsi untuk memperbaiki sifatsifat kimia dan fisika hidrogel dimana kombinasi kimiawi kitosan dan polimer berbasis akrillik akan meningkatkan penyerapan serta sifat kimia yang stabil (Anah et al., 2016). Hidrogel dengan asam akrilat (AA) mampu beradaptasi sesuai perubahan pH lingkungannya. Pada pH rendah hidrogel AA akan mengkerut
(unswelling/shrinking) dan apabila pH bertambah tinggi hidrogel AA akan mengembang (swelling) (Aguilar et al., 2007). Penerapan AA di-graft kopolimerisasi kitosan untuk meningkatkan hidrofilitasnya untuk menghasilkan hidrogel berbahan dasar kitosan sebagai super absorbent berkualitas tinggi.
2.8 N,N’-metilenabisakrilamida (MBA)
N.N’-metilen bisakrilamida (MBA) mempunyai rumus molekul C7H10N2O2, berat molekul sebesar 157,14 g/mol , dan densitas sebesar 1,235 g/mL. N.N’-metilen bisakrilamida melebur pada suhu 185 oC dan kelarutannya 0,01-0,1 g/100 ml pada suhu 18 oC (Merck, 2005). N.N’-metilen bisakrilamida memiliki gugus fungsional amina namun sangat tahan terhadap hidrolisis. Senyawa ini juga mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif sehingga dapat berikatan dengan dua rantai yang berbeda saat polimerisasi berlangsung (Garner, 1997). Bentuk molekul N.N’-metilen bisakrilamida (MBA) ditunjukkan pada gambar 2.6 dibawah ini.
H
Gambar 2.6 Struktur molekul N.N’-metilen bisakrilamida (Merck, 2005) Metilen bisakrilamida juga dimanfaatkan sebagai agen pengikat silang dalam modifikasi polimer. Ikatan sambung silang yaitu menyambungkan antar rantai polimer dan memodifikasi polimer menjadi tidak larut dalam air. N.N’-metilen bisakrilamida digunakan sebagai agen pengikat silang karena memiliki dua ikatan rangkap yang reaktif. Dua ikatan rangkap ini dapat tergabung dalam dua rantai polimer yang berbeda ketika polimerisasi, dan menghasilkan ikatan sambung silang.
Agen pengikat silang ini hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit (Garner, 1997).
Dalam proses grafting polimerisasi diperlukan suatu agen pengikat silang agar terbentuk grafting dan ikatan silang untuk menghasilkan jejaring polimer yang
dapat menyerap air. Diperlukan gugus aktif amina dalam suasana asam yang mampu berikatan dengan ion-ion logam dengan crosslinking (sambung silang) yang akan membentuk senyawa perantara untuk meningkatkan ketahanan kitosan terhadap asam. Selain meningkatkan kecepatan adsorpsi, ikatan silang (crosslink) berperan dalam menentukan elastisitas (ikatan deformasi plastis) dimana pada saat terjadi peregangan suatu material dapat kembali ke bentuk awal. Ikatan silang yang terjadi akan menyebabkan polimer yang terbentuk tidak dapat larut dalam air, akan tetapi kemampuan polimer untuk mengembang (swelling) turun selagi derajat ikatan silang meningkat (Bhattacharya et al., 2009; Astrini et al., 2016).
2.9 Karekterisasi
2.9.1 Uji persentasi daya serap air
Swelling atau kemampuan dalam menyerap air adalah salah satu sifat fisika yang khas hidrogel, menggambarkan kemampuan hidrogel dalam menyerap air (Erizal, 2010). Jika polimer hidrogel mengembang (swelling) dalam mediumnya, ini menunjukkan bahwa hidrogel mampu mengadsorbsi medium cairnya tanpa larut didalamnya. Semakin banyak rantai yang berikatan silang dalam suatu polimer, kemampuan mengembangnya akan menurun dan gel menjadi semakin keras/kuat.Hidrogel direndam dalam air destilasi hingga mencapai keadaan kesetimbangan. Lalu diambil dan setelah sisa air dihilangkan, kemudian ditimbang.
Pengukuran persen daya serap air pada hidrogel dapat ditentukan dengan rumus berikut (Muthoharoh, 2012) :
………(2.1)
Keterangan :
% S = Persentase daya serap air (%) Ws = Berat swollen hidrogel (g) Wd = Berat kering dari hidrogel (g)
2.9.2 Persentase Derajat ikat silang
Nilai persentase ikat silang dilakukan dengan penentuan persen derajat ikat silang dimana berat kering hidrogel yang dihasilkan ditimbang. Kemudian hidrogel tersebut direndam dengan pelarutnya (kloroform) selama 24 jam. Setelah perendaman, hidrogel dioven pada suhu 60o C hingga kering selama 3 jam. Berat kering hidrogel setelah perendaman ditentukan dengan penimbangan menggunakan neraca analitis. Persen derajat ikat silang (degree of crosslinking) dapat ditentukan dengan:
………(2.2)
Keterangan :
Wg adalah berat hidrogel kering setelah perendaman Wo adalah berat hidrogel kering sebelum perendaman.
2.9.3 Spektroskopi Fourier Transform Infra Red (FT-IR)
Instrumen FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus kompleks dalam senyawa tetapi tidak dapat menentukan unsurunsur penyusunnya. Pada FTIR, radiasi infra merah dilewatkan pada sampel. Sebagian radiasi sinar infra merah diserap oleh sampel dan sebagian lainnya diteruskan. Jika frekuensi dari suatu vibrasi spesifik sama dengan frekuensi radiasi infra merah yang langsung menuju molekul, molekul akan menyerap radiasi tersebut. Spektrum yang dihasilkan menggambarkan penyerapan dan transmisi molekuler. Transmisi ini akan membentuk suatu sidik jari molekuler suatu sampel. Karena bersifat sidik jari, tidak ada dua struktur molekuler unik yang menghasilkan spektrum infra merah yang sama.
Serapan radiasi inframerah oleh suatu molekul terjadi karena interaksi vibrasi ikatan kimia yang menyebabkan perubahan polarisabilitas dengan medan listrik gelombang elektromagnetik (Wirjosentono, 1995). Terdapat dua macam getaran molekul, yaitu getaran ulur dan getaran tekuk. Getaran ulur adalah suatu gerakan berirama di sepanjang sumbu ikatan sehingga jarak antar atom bertambah atau berkurang. Getaran tekuk dapat terjadi karena perubahan sudut-sudut ikatan antara ikatan-ikatan pada sebuah atom, atau karena gerakan sebuah gugusan. Contohnya liukan (twisting), goyangan (rocking), dan getaran punter yang menyangkut perubahan sudut-sudut ikatan dengan acuan seperangkat koordinat yang disusun
arbiter dalam molekul. Hanya getaran yang menghasilkan perubahan momen dwikutub secara berirama saja yang teramati di dalam infra merah (Hartomo, 1986)
Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FT-IR) digunakan untuk mengkarakterisasi jenis gugus fungsi yang terdapat pada sampel–sampel pada papan pada perbedaan temperatur. Instrumen FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus. Penetapan secara kualitatif dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam ilmu material, analisa digunakan untuk mengetahui ada atau tidaknya reaksi atau interaksi antara bahan – bahan yang dicampurkan.
2.9.4 Difraksi sinar-X (XRD)
Difraksi sinar-X adalah teknik yang terutama digunakan untuk identifikasi kristal atau karakteristik amorf dalam suatu material. Meskipun teknik ini lebih kualitatif, informasi tentang persentase dimensi kristalinitas dan kristalit mungkin juga diperoleh. Analisis lebar puncak terperinci dapat mengungkapkan informasi tentang ukuran kristalit dan mikrostrain berkembang dalam hidrogel (Pal K, Banthia A. 2009).
Selama proses gelasi pada hidrogel, difraksi sinar-X dapat memonitor apakah bahan mampu bertahan atau memodifikasi struktur kristal. Kehadiran puncak difraksi baru mungkin menunjukkan interaksi antara obat dan matriks hidrogel (Bal A, C¸.
dkk. 2015).
2.9.5 SEM
SEM merupakan mikroskop elektron 2 yang dapat digunakan untuk mengamati morfologi permukaan dalam skala mikro dan nano dalam suatu sampel.
Teknik analisis SEM menggunakan elektron sebagai sumber pencitraan dan medan elektromagnetik sebagai lensanya. Elektron berinteraksi dengan atom-atom pada sampel sehingga membuat sampel menghasilkan sinyal yang memberikan informasi mengenai permukaan topografi sampel, komposisi, dan sifat-sifat lainnya seperti konduktivitas listrik.
Komponen dasar peralatan SEM terdiri dari empat sistem utama, yaitu sistem penembak elektron yang menghasilkan elektron dengan jumlah tertentu; sistem lensa yang berupa medan elektromagnetik yang memfokuskan berkas elektron pada
permukaan sampel; sistem pelarikan yang membentuk bayangan dengan prinsip pelarikan (scanning); dan sistem deteksi yang memanfaatkan elektron sekunder dan elektron terhambur balik. Hasil interaksi berkas elektron dengan permukaan sampel, dapat berupa elektron sekunder (SE), elektron terhambur balik (BSE), elektron Auger, sinar-X dan elektron transmisi. Pada SEM hanya memanfaatkan SE dan BSE untuk memperoleh informasi struktur mikro, sedangkan sinar-X digunakan untuk menganalisa komposisi kimia pada permukaan sampel. Sampel yang akan dikarakterisasi dengan SEM, harus mempunyai permukaan yang relatif rata dan halus (Johan, 2009).
Secara lebih detail sistem alat SEM terdiri dari beberapa komponen diantaranya, sistem sumber elektron (electron gun), sistem lensa sistem deteksi, sistem scanning dan sistem vacuum. Sistem ini terdiri dari sumber elektron berupa filament sebagai kutub katoda yang berfungsi sebagai penghasil elekton dan sumber tegangan negatif/celah pelindung (aperture shield) dan kutub anoda (Sembiring &
Simanjuntak, 2015).
2.9.6 Differential Scanning Calorimetry (DSC)
DSC merupakan pengukuran perubahan dari perbedaan laju aliran panas ke bahan (sampel) dan bahan referensi yang mengalami pengendalian suhu. Perubahan-perubahan terjadi karena adanya pelepasan panas (eksotermal) dan penyerapan panas (endotermal). Analisis termal DSC juga merupakan teknik alternatif untuk menentukan suhu transisi fasa berupa titik leleh, onset re-kristalisasi, suhu penguapan (Klancnik dkk,2010).
Analisis termal dalam pengertian luas adalah pengukuran sifat kimia fisika bahan sebagai fungsi suhu. Penetapan dengan metode ini dapat memberikan informasi pada kesempurnaan kristal, polimorfisma, titik lebur, sublimasi, transisi kaca, dedrasi, penguapan, pirolisis, interaksi padat-padat dan kemurnian. Data semacam ini berguna untuk karakterisasi senyawa yang memandang kesesuaian, stabilitas, kemasan dan pengawasan kualitas. Pengukuran dalam analisis termal meliputi suhutransisi, termogravimetri dan analisis cemaran. Analisis termal DSC digunakan untuk mengetahui fase- fase transisi pada polimer. Analisis ini
menggunakan dua wadah sampel dan pembanding yang identik dan umumnya terbuat dari alumunium (Martianingsih dan Lukman, 2010).
Prinsip kerja analisis termal DSC didasarkan pada perbedaan suhu antara sampel dan suatu pembanding yang diukur ketika sampel dan pembanding dipanaskan dengan pemanasan yang beragam. Perbedaan suhu antara sampel dan zat pembanding yang lembam (inert) akan teramati apabila terjadi perubahan dalam sampel yang melibatkan panas seperti reaksi kimia, perubahan fase atau perubahan struktur. Jika ΔH (-) maka suhu sampel akan lebih rendah daripada suhu pembanding, sedangkan jika ΔH (+) maka suhu sampel akan lebih besar daripada suhu zat pembanding. Perubahan kalor setara dengan perubahan entalpi pada tekanan konstan.
Data yang diperoleh dari analisis DSC dapat digunakan untuk mempelajari kalor reaksi, kinetika, kapasitas kalor, transisi fase, kestabilan termal, kemurnian, komposisi sampel, titik kritis, dan diagram fase. Termogram hasil analisis DSC dari suatu bahan polimer akan memberikan informasi titik transisi kaca (Tg), yaitu suhu pada saat polimer berubah dari bersifat kaca menjadi seperti karet, titik kristalisasi (Tc), yaitu pada saat polimer berbentuk kristal, titik leleh (Tm), yaitu saat polimer berwujud cairan, dan titik dekomposisi (Td), yaitu saat polimer mulai rusak.
BAB 3