SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Oleh :
DESIYARNI
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERANCANGAN PROSES PEMBUATAN
SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Oleh
DESIYARNI
P. 25600001
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Nama
: Desiyarni
Nrp
: P. 256.00001
Program studi
: Teknologi Industri Pertanian
Menyetujui,
1.
Komisi pembimbing
Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc
Ketua
Prof. Dr. Ir.Hj. Tun Tedja Irawadi, MS Dr. Ir.Hj. Erliza Noor
Anggota Anggota
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Dr. Ir. Kaseno, M.Eng
Anggota Anggota
Mengetahui,
2.
Ketua Program Studi 3. Dekan Pascasarjana
Teknologi Industri Pertanian
Desiyarni, P.25600001. Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Dibawah bimbingan A. Aziz Darwis, Tun Tedja Irawadi, Erliza Noor , Ani Suryani dan Kaseno.
===========================================================
ABSTRAK
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan untuk industri, salah satunya sebagai polimer pada pembuatan membran ultrafiltrasi. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat (selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi (asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Selulosa mikrobial adalah jenis selulosa yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Selulosa mikrobial bersifat
renewable (dapat diperbarui), mempunyai karakteristik yang unik dan relatif lebih murni dibandingkan dengan selulosa kayu. Selulosa mikrobial merupakan salah satu alternatif sebagai sumber selulosa pada pembuatan selulosa asetat.
Membran ultrafiltrasi (UF) selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran yang banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul. Membran UF mempunyai ukuran pori berkisar 0,1 – 0,001µm. Membran UF selulosa asetat umumnya dibuat dengan metoda inversi fasa menggunakan pelarut yang sesuai dengan jenis selulosa asetat yang digunakan
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendapatkan kondisi proses (konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (2) mendapatkan kondisi proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan (3) mendapatkan karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.
Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu (1) optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (2) optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dan (3) pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi dan hidrolisis dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response
Surface Methodology-Central Composite Design. Pembuatan membran UF
dilakukan dengan dengan metode inversi fasa–presipitasi immersi, dengan pelarut dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37% – 40 %, konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12-20% dan suhu air koagulasi berkisar 2-26 o
suhu 50 oC, dan waktu asetilasi 323 menit dengan hasil perolehan maksimum selulosa triasetat sebesar 1,79 (b/b) dan kadar asetil selulosa triasetat sebesar 45,78 %. Perlakuan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial dan waktu asetilasi berpengaruh nyata terhadap terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan sedangkan konsentrasi asam sulfat dan suhu asetilasi tidak berpengaruh nyata. Pengaruh rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (X1) dan waktu asetilasi (X2) terhadap perolehan (Yper STA) dan kadar asetil selulosa triasetat (Ykasetil STA) pada proses asetilasi selulosa mikrobial dapat dinyatakan seperti persamaan berikut:
Y per STA =1,7425 + 0,1659 X1 + 0,0773X2 – 0,1230 X1 2
– 0,0200 X1X2 – 0,1205 X 2
2
Y kasetil STA = 45,7950 + 0,2321X1 + 0,2147X2 – 0,2777X12 –0,0508X1X2 – 0,3528 X22
Hasil optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat menunjukkan kondisi optimum hidrolisis terjadi pada konsentrasi asam sulfat 1% (v/b), rasio air terhadap selulosa mikrobial 1,066 dan suhu 50 oC. Perlakuan rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat. Pengaruh faktor rasio air terhadap selulosa mikrobial (X1), waktu (X2), konsentrasi asam sulfat (X3) dan suhu (X4) terhadap kadar asetil selulosa diasetat (
Y
ka SDA) yang dihasilkan padaproses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dapat dinyatakan seperti persamaan berikut:
Y
ka SDA = 41,5200- 0,2198X1 - 1,5915X2 - 0,6582X3 - 1,6582X4 - 0,6255X12 -0,1330X32-0,2940X2X3 - 0,2040X1X4 - 0,7028X2X4 - 0,1760X3X4
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menuliskan hasilnya dalam disertasi yang berjudul Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Disertasi ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada program studi Teknologi Industri Pertanian (TIP) pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sangat tulus dan mendalam kepada yang terhormat Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc sebagai ketua komisi pembimbing dan Prof. Dr. Ir. Hj. Tun Tedja Irawadi, MS, Dr. Ir. Hj. Erliza Noor, Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Dr. Ir. Kaseno, M.Eng masing-masing sebagai anggota komisi pembimbing yang dengan tulus ikhlas telah membimbing penulis hingga disertasi ini terwujud. Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Hj. Liesbetini Hartato, MS dan Dr. Ir. H. Amril Aman atas kesediaannya menjadi dosen penguji luar komisi pada ujian tertutup penulis.
Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Direktur Akademi Teknologi Industri Padang – Departemen Perindustrian yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finasia l bagi pelaksanaan penelitian melalui Penelitian Hibah Bersaing IX. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Rini Purnawati atas bantuannya selama melaksanakan penelitian.
Kepada yang mulia Ayahanda H. Ahmad dan Ibunda Hj. Rosni, Ayah Mertua H. Bahar (alm) dan Ibu mertua Hj. Ratna penulis persembahkan terima kasih tak terhingga atas segala doa , dukungan, bimbingan dan nasehat yang tiada henti-hentinya diberikan kepada penulis. Kepada suami tercinta M. Arifin SE, MM dan anak-anakku tersayang Faiz Rahman Arifin, Hanif Rahman Arifin dan Azzahra Arifin penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas dukungan, kesabaran, pengorbanan dan iringan doa yang tulus ikhlas. Kepada kakanda Afrizal dan Ardiamsyah, adinda Novi Erni, Susi, Mayesti, Arsil, Yosi Septriani, dan Aulia Rahim penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas doa dan dukungannya.
Akhir kata, kepada semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kaih. Semoga Allah SWT membalasnya berlipat ganda.
PENDAHULUAN
Latar belakang
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang penting dan banyak
digunakan pada industri antara lain sebagai polimer pada industri plastik cetakan
(
moulding
), film fotografi dan membran. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas
dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat
(selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi
(asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat
sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku
berupa kapas dan pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi
selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu
karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Hemiselulosa dan
lignin merupakan senyawa yang tidak diinginkan terdapat dalam bahan baku
produksi selulosa asetat. Hemiselulosa yang terdapat dalam pulp kayu seperti
xylan
dan glukomanan akan berubah menjadi
xylan
asetat dan glukomanan asetat selama
reaksi esterifikasi. Kedua senyawa ini akan menyebabkan kekeruhan dan viskositas
palsu pada selulosa asetat yang dihasilkan.
sedang dikembangkan antara lain untuk diafragma speaker mutu tinggi (
high fidelity
audio speaker diaphragma)
, bahan pembuatan kertas sangat kuat (
ultrahigh strength
paper
), campuran pada produk perawat luka (
wound care products
), sumber selulosa
pada pembuatan mikrokristalin selulosa (MCC) dan sebagai bahan penyerap
(diaper). Selulosa jenis ini bersifat dapat diperbarui (
renewable
). Disamping itu
selulosa mikrobial mempunyai beberapa keunggulan antara lain (1) relatif murni
sehingga tidak membutuhkan proses delignifikasi , (2) sifat hidrofilik yang sangat
tinggi dan (3) dapat diproduksi dari berbagai macam substrat yang relatif mudah dan
murah. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki tersebut maka selulosa jenis ini
merupakan alternatif sebagai sumber selulosa yang relatif murni pada produksi
selulosa asetat.
3
mikrobial telah berhasil dilakukan namun kondisi optimum pembuatannya belum
diketahui.
Tahapan yang paling penting pada proses pembuatan selulosa triasetat adalah
asetilasi. Pada pembuatan selulosa triasetat secara komersial terdapat beberapa faktor
penting yang mempengaruhi kecepatan reaksi asetilasi dan kualitas selulosa triasetat
yang dihasilkan antara lain karakteristik bahan baku, rasio anhidrida asetat dengan
selulosa, jenis dan konsentrasi katalis serta suhu dan lama asetilasi. Kondisi proses
asetilasi dan karakteristik selulosa asetat primer yang dihasilkan oleh Tabuchi
et al.
(1998), Safriani (2000) dan Darwis
et al.
(2003) berbeda-beda dan belum diketahui
kondisi optimumnya. Agar dapat dihasilkan selulosa triasetat yang berkualitas baik
dari selulosa mikrobial maka perlu dilakukan optimasi proses pembuatannya
sehingga dapat diperoleh informasi faktor- faktor yang berpengaruh pada proses
asetilasi selulosa mikrobial dan kondisi optimumnya.
SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Oleh :
DESIYARNI
SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERANCANGAN PROSES PEMBUATAN
SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Oleh
DESIYARNI
P. 25600001
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor
pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Nama
: Desiyarni
Nrp
: P. 256.00001
Program studi
: Teknologi Industri Pertanian
Menyetujui,
1.
Komisi pembimbing
Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc
Ketua
Prof. Dr. Ir.Hj. Tun Tedja Irawadi, MS Dr. Ir.Hj. Erliza Noor
Anggota Anggota
Dr. Ir. Ani Suryani, DEA Dr. Ir. Kaseno, M.Eng
Anggota Anggota
Mengetahui,
2.
Ketua Program Studi 3. Dekan Pascasarjana
Teknologi Industri Pertanian
Desiyarni, P.25600001. Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Dibawah bimbingan A. Aziz Darwis, Tun Tedja Irawadi, Erliza Noor , Ani Suryani dan Kaseno.
===========================================================
ABSTRAK
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan untuk industri, salah satunya sebagai polimer pada pembuatan membran ultrafiltrasi. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat (selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi (asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Selulosa mikrobial adalah jenis selulosa yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Selulosa mikrobial bersifat
renewable (dapat diperbarui), mempunyai karakteristik yang unik dan relatif lebih murni dibandingkan dengan selulosa kayu. Selulosa mikrobial merupakan salah satu alternatif sebagai sumber selulosa pada pembuatan selulosa asetat.
Membran ultrafiltrasi (UF) selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran yang banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul. Membran UF mempunyai ukuran pori berkisar 0,1 – 0,001µm. Membran UF selulosa asetat umumnya dibuat dengan metoda inversi fasa menggunakan pelarut yang sesuai dengan jenis selulosa asetat yang digunakan
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendapatkan kondisi proses (konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (2) mendapatkan kondisi proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan (3) mendapatkan karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.
Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu (1) optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (2) optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dan (3) pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi dan hidrolisis dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response
Surface Methodology-Central Composite Design. Pembuatan membran UF
dilakukan dengan dengan metode inversi fasa–presipitasi immersi, dengan pelarut dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37% – 40 %, konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12-20% dan suhu air koagulasi berkisar 2-26 o
suhu 50 oC, dan waktu asetilasi 323 menit dengan hasil perolehan maksimum selulosa triasetat sebesar 1,79 (b/b) dan kadar asetil selulosa triasetat sebesar 45,78 %. Perlakuan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial dan waktu asetilasi berpengaruh nyata terhadap terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan sedangkan konsentrasi asam sulfat dan suhu asetilasi tidak berpengaruh nyata. Pengaruh rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (X1) dan waktu asetilasi (X2) terhadap perolehan (Yper STA) dan kadar asetil selulosa triasetat (Ykasetil STA) pada proses asetilasi selulosa mikrobial dapat dinyatakan seperti persamaan berikut:
Y per STA =1,7425 + 0,1659 X1 + 0,0773X2 – 0,1230 X1 2
– 0,0200 X1X2 – 0,1205 X 2
2
Y kasetil STA = 45,7950 + 0,2321X1 + 0,2147X2 – 0,2777X12 –0,0508X1X2 – 0,3528 X22
Hasil optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat menunjukkan kondisi optimum hidrolisis terjadi pada konsentrasi asam sulfat 1% (v/b), rasio air terhadap selulosa mikrobial 1,066 dan suhu 50 oC. Perlakuan rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat. Pengaruh faktor rasio air terhadap selulosa mikrobial (X1), waktu (X2), konsentrasi asam sulfat (X3) dan suhu (X4) terhadap kadar asetil selulosa diasetat (
Y
ka SDA) yang dihasilkan padaproses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dapat dinyatakan seperti persamaan berikut:
Y
ka SDA = 41,5200- 0,2198X1 - 1,5915X2 - 0,6582X3 - 1,6582X4 - 0,6255X12 -0,1330X32-0,2940X2X3 - 0,2040X1X4 - 0,7028X2X4 - 0,1760X3X4
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menuliskan hasilnya dalam disertasi yang berjudul Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Disertasi ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada program studi Teknologi Industri Pertanian (TIP) pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sangat tulus dan mendalam kepada yang terhormat Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc sebagai ketua komisi pembimbing dan Prof. Dr. Ir. Hj. Tun Tedja Irawadi, MS, Dr. Ir. Hj. Erliza Noor, Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Dr. Ir. Kaseno, M.Eng masing-masing sebagai anggota komisi pembimbing yang dengan tulus ikhlas telah membimbing penulis hingga disertasi ini terwujud. Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Hj. Liesbetini Hartato, MS dan Dr. Ir. H. Amril Aman atas kesediaannya menjadi dosen penguji luar komisi pada ujian tertutup penulis.
Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Direktur Akademi Teknologi Industri Padang – Departemen Perindustrian yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah memberikan dukungan finasia l bagi pelaksanaan penelitian melalui Penelitian Hibah Bersaing IX. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Rini Purnawati atas bantuannya selama melaksanakan penelitian.
Kepada yang mulia Ayahanda H. Ahmad dan Ibunda Hj. Rosni, Ayah Mertua H. Bahar (alm) dan Ibu mertua Hj. Ratna penulis persembahkan terima kasih tak terhingga atas segala doa , dukungan, bimbingan dan nasehat yang tiada henti-hentinya diberikan kepada penulis. Kepada suami tercinta M. Arifin SE, MM dan anak-anakku tersayang Faiz Rahman Arifin, Hanif Rahman Arifin dan Azzahra Arifin penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas dukungan, kesabaran, pengorbanan dan iringan doa yang tulus ikhlas. Kepada kakanda Afrizal dan Ardiamsyah, adinda Novi Erni, Susi, Mayesti, Arsil, Yosi Septriani, dan Aulia Rahim penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas doa dan dukungannya.
Akhir kata, kepada semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kaih. Semoga Allah SWT membalasnya berlipat ganda.
PENDAHULUAN
Latar belakang
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang penting dan banyak
digunakan pada industri antara lain sebagai polimer pada industri plastik cetakan
(
moulding
), film fotografi dan membran. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas
dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat
(selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi
(asetilasi) selulosa dengan pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat
sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku
berupa kapas dan pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi
selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu
karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Hemiselulosa dan
lignin merupakan senyawa yang tidak diinginkan terdapat dalam bahan baku
produksi selulosa asetat. Hemiselulosa yang terdapat dalam pulp kayu seperti
xylan
dan glukomanan akan berubah menjadi
xylan
asetat dan glukomanan asetat selama
reaksi esterifikasi. Kedua senyawa ini akan menyebabkan kekeruhan dan viskositas
palsu pada selulosa asetat yang dihasilkan.
sedang dikembangkan antara lain untuk diafragma speaker mutu tinggi (
high fidelity
audio speaker diaphragma)
, bahan pembuatan kertas sangat kuat (
ultrahigh strength
paper
), campuran pada produk perawat luka (
wound care products
), sumber selulosa
pada pembuatan mikrokristalin selulosa (MCC) dan sebagai bahan penyerap
(diaper). Selulosa jenis ini bersifat dapat diperbarui (
renewable
). Disamping itu
selulosa mikrobial mempunyai beberapa keunggulan antara lain (1) relatif murni
sehingga tidak membutuhkan proses delignifikasi , (2) sifat hidrofilik yang sangat
tinggi dan (3) dapat diproduksi dari berbagai macam substrat yang relatif mudah dan
murah. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki tersebut maka selulosa jenis ini
merupakan alternatif sebagai sumber selulosa yang relatif murni pada produksi
selulosa asetat.
3
mikrobial telah berhasil dilakukan namun kondisi optimum pembuatannya belum
diketahui.
Tahapan yang paling penting pada proses pembuatan selulosa triasetat adalah
asetilasi. Pada pembuatan selulosa triasetat secara komersial terdapat beberapa faktor
penting yang mempengaruhi kecepatan reaksi asetilasi dan kualitas selulosa triasetat
yang dihasilkan antara lain karakteristik bahan baku, rasio anhidrida asetat dengan
selulosa, jenis dan konsentrasi katalis serta suhu dan lama asetilasi. Kondisi proses
asetilasi dan karakteristik selulosa asetat primer yang dihasilkan oleh Tabuchi
et al.
(1998), Safriani (2000) dan Darwis
et al.
(2003) berbeda-beda dan belum diketahui
kondisi optimumnya. Agar dapat dihasilkan selulosa triasetat yang berkualitas baik
dari selulosa mikrobial maka perlu dilakukan optimasi proses pembuatannya
sehingga dapat diperoleh informasi faktor- faktor yang berpengaruh pada proses
asetilasi selulosa mikrobial dan kondisi optimumnya.
menggunakan katalis. Proses hidrolisis dilakukan selama waktu tertentu hingga
diperoleh selulosa diasetat sesuai kadar asetil yang diinginkan.
Salah satu masalah pada proses hidrolisis adalah penentuan kondisi hidrolisis
dan lama hidrolisis yang tepat untuk bisa menghasilkan selulosa diasetat sesua i kadar
asetil yang diinginkan. Pada pembuatan selulosa diasetat secara komersial, penentuan
lama proses hidrolisis dilakukan dengan cara pengambilan contoh pada selang
waktu tertentu untuk mengetahui kelarutan atau kadar asetil selulosa asetat yang
telah dicapai. Pengukuran kadar asetil selulosa asetat yang dihasilkan pada proses
hidrolisis dengan metoda titrasi (ASTM D 871-96) membutuhkan waktu yang relatif
lama yaitu sekitar 3 – 4 hari. Hal ini menyebabkan pengambilan keputusan untuk
menentukan lama hidrolisis relatif sulit.
Penelitian tentang faktor-faktor yang berpengaruh dan penentuan kondisi
optimum hidrolisis pada proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa triasetat
mikrobial hingga saat ini belum pernah dilakukan. Diharapkan dari penelitian ini
dapat diperoleh informasi tentang faktor-faktor yang berpengaruh pada proses
hidrolisis dan kondisi optimum proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa
triasetat mikrobial.
5
antara lain pembuatan membran relatif lebih mudah, bahan dasarnya dapat diperbarui
(
renewable
) dan memiliki sifat hidrofilik serta dapat digunakan untuk membuat
berbagai jenis membran. Meskipun demikian terdapat juga kekurangannya yaitu
penggunaan membran yang dihasilkan terbatas pada suhu sekitar 30
oC, pH antara
2- 8 dan tidak tahan terhadap serangan mikroorganisme. Membran berbasis selulosa
merupakan tipe membran yang relatif murah.
Membran ultrafiltrasi selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran
yang dewasa ini banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul.
Pembuatan membran ultrafiltrasi selulosa asetat umumnya dilakukan dengan metoda
inversi fasa. Pada pembuatan membran polimer dengan metoda inversi fasa terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi morfologi membran yang dihasilkan antara lain
jenis polimer, pelarut dan non pelarut yang digunakan, konsentrasi polimer dalam
larutan cetak, komposisi cairan dalam bak koagulasi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk (1) me ndapatkan kondisi proses (konsentrasi
asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang
optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat dan
mengetahui pengaruh konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa,
waktu dan suhu asetilasi terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang
dihasilkan, (2) mendapatkan kondisi proses (
rasio air terhadap selulosa mikrobial,
konsentrasi
asam sulfat
, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses
hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan
mengetahui pengaruh
rasio air dengan selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat
,
waktu dan suhu hidrolisis
terhadap kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan
dan (3) mendapatkan karakteristik (
MWCO
) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.
Hipotesis
Rasio anhidrida asetat dengan selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat,
waktu dan suhu asetilasi diduga berpengaruh nyata terhadap perolehan dan kadar
asetil selulosa triasetat yang dihasilkan karena semakin tinggi rasio anhidrida asetat
terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu asetilasi akan
meningkatkan perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan.
7
dihasilkan karena semakin tinggi rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis akan menurunkan kadar asetil selulosa diasetat
yang dihasilkan.
Terdapat perbedaan karakteristik membran ultrafiltrasi yang dibuat dari
selulosa diasetat kadar asetil 37 – 40 % pada konsentrasi selulosa diasetat dalam
larutan cetak (dope) berkisar 12 – 20 % dan suhu air koagulasi 2-26
oC karena
diduga peningkatan kadar asetil selulosa diasetat dan konsentrasi selulosa diasetat
dalam larutan cetak serta peningkatan suhu air koagulasi akan menyebabkan ukuran
pori membran semakin kecil.
Ruang Lingkup Penelitian
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (nata de coco) dilakukan
secara heterogen, dengan media asetilasi asam asetat, pereaksi anhidrida asetat dan
katalis asam sulfat. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi (respon perolehan
dan kadar asetil selulosa triasetat) dilakukan dengan menggunakan Metoda
Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat
(
Response Surface
Methodology-Central Composite Design).
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa diasetat mikrobial (hidrolisis)
dilakukan secara homogen dengan pereaksi air dan katalis asam sulfat. Penentuan
kondisi optimum proses hidrolisis (respon kadar asetil selulosa diasetat) dilakukan
dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai Desember 2003 hingga Juni 2005. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Kimia dan Laboratorium Pengawasan Mutu Departemen TIN - FATETA IPB, Laboratorium Kimia dan Fisika T erapan LIPI Bandung.
Bahan dan Alat
Alat-alat untuk pembuatan selulosa asetat yang digunakan adalah alat-alat gelas, mesin penghancur (grinder), penekan hidrolik (hydraulic press), pengaduk bermagnetik, termometer, penangas air bergoyang, oven dan sentrifus.
Alat-alat untuk pembua tan membran yang digunakan adalah alat-alat gelas, pengaduk bermagnet, lembaran kaca, aplikator, termometer dan bak koagulasi. Alat-alat untuk karakterisasi membran terdiri atas alat-alat gelas, modul penyaringan aliran silang (crossflow filtration), spektrofotometer dan
Scanning Electron Microscope.
Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu:
1. Optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat (STA) dari selulosa mikrobial (penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial, penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada asetilasi, pembentukan dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil STA dan penentuan kondisi optimum asetilasi).
2. Optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat (SDA) (penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis, pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil selulosa diasetat dan penentuan kondisi optimum hidrolisis).
3. Pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat (pengaruh kadar asetil selulosa diasetat berkisar 37,21% – 40,22% dan konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12% – 20 % (v/b), pengaruh suhu air koagulasi berkisar 2 - 26 oC)
33
Gambar 4 . Skema tahapan penelitian
Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat
dari Selulosa Mikrobial
- Penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik (suhu dan lama aktivasi)
- Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada asetilasi yaitu (1) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (2) konsentrasi H2SO4, (3) waktu dan (4) suhu asetilasi
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil - Penentuan kondisi proses asetilasi yang optimum
Respon : Perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat
Optimasi Proses Hidrolisis Selulosa Triasetat
menjadi Selulosa Diasetat
- Penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada hidrolisis yaitu (1) rasio air terhadap selulosa mikrobial, (2) konsentrasi H2SO4, (3) waktu dan
(4) suhu hidrolisis
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil selulosa diasetat
- Penentuan kondisi proses hidrolisis yang optimum
Respon : Kadar asetil selulosa diasetat
Pembuatan dan Karakterisasi Membran Ultrafiltrasi
dari Selulosa Diasetat
- Pengaruh kadar asetil selulosa diasetat (37% – 40%) dan
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak (12% – 20% v/b) - Pengaruh suhu air koagulasi 2 - 26 oC
Karakterisasi membran :
Penelitian I. Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat
dari Selulosa Mikrobial
Selulosa mikrobial yang digunakan sebagai sumber selulosa pada penelitian optimasi proses asetilasi ini adalah serbuk selulosa mikrobial kering berukuran 10 mesh. Pembuatan selulosa mikrobial kering dari lembaran selulosa mikrobial basah dilakukan dengan cara membersihkan selulosa mikrobial basah dari sisa media kultivasi dan bakteri (modifikasi Yamanaka et al., 1989). Kondisi aktivasi selulosa mikrobial yang digunakan pada penelitian pembuatan selulosa triasetat ini adalah kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Proses asetilasi selulosa mikrobial dilakukan secara heterogen dengan menggunakan anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis dan asam asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Penelitian optimasi proses asetilasi dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response Surface Methodology-Central Composite Design). Pengolahan data yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan
perangkat lunak SAS dan Statistica .
Pembuatan Selulosa Mikrobial Kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989)
35
[image:30.612.116.476.263.657.2]perendaman dalam larutan asam asetat 1%. Selanjutnya potongan nata dicuci bersih dengan air, dikempa dengan penekan hidrolik dan dikeringkan pada suhu sekitar 40 oC selama 6 jam. Lembaran selulosa mikrobial kering yang diperoleh dihancurkan dengan menggunakan mesin penghancur (grin der) dan disaring dengan penyaring berukuran 10 mesh. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa mikrobial kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989) dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa mikrobial kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989)
Perendaman
(24 jam, suhu kamar )
Perendaman (24 jam, suhu kamar)
Pengempaan (press)
Pengeringan (40 oC, 6 jam)
Pencucian
Penghancuran dan Penyaringan (ukuran saringan 10 mesh) Selulosa Mikrobial Basah
(20 kg)
Cairan asam
Air
Serbuk Selulosa Mikrobial Kering (10 mesh)
Cairan NaOH
Larutan NaOH 1% (20 L)
Larutan Asam Asetat 1% (20 L)
Penentuan Kondisi Aktivasi Selulosa Mikrobial Terbaik (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Penelitian penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial bertujuan untuk mendapatkan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik yang selanjutnya akan digunakan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial. Kondisi aktivasi yang terbaik adalah kondisi aktivasi yang dapat menghasilkan perolehan selulosa triasetat tertinggi pada proses asetilasi selulosa mikrobial. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan.
Media aktivasi yang digunakan adalah asam asetat glasial dengan rasio asam asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan adalah 8:1 (v/bk). Proses aktivasi dilakukan dengan cara sebanyak 5 gram serbuk selulosa mikrobial kering dan 40 ml asam asetat glasial dimasukkan kedalam labu erlenmeyer. Aktivasi dilakukan dengan menggunakan penangas air (water bath) pada suhu air 50 oC selama 0, 2, 4, 6, 8 jam dan suhu kamar selama 4, 8, 12, 16 jam. Setelah proses aktivasi selesai selanjutnya dilakukan proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953).
37
Selama proses asetilasi akan terjadi reaksi antara selulosa mikrobial dengan anhidrida asetat sehingga terbentuk selulosa triasetat. Selulosa triasetat yang terbentuk akan larut dalam media asetilasi sedangkan serbuk selulosa mikrobial yang tidak bereaksi akan mengendap. Setelah proses asetilasi selesai dilakukan pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terkonversi dari media asetilasi. Pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terasetilasi dilakukan dengan cara sentrifugasi. Sisa serbuk selulosa mikrobial akan mengendap sedangkan selulosa triasetat terdapat dalam supernatan. Campuran hasil asetilasi disentrifus pada suhu 20 oC selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm.
Gambar 6. Diagram alir penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik pada pembuatan selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Selulosa Triasetat
Aktivasi(50 oC 0, 2,4,6,8 jam) (suhu kamar, 8,12,16 jam)
Asam asetat (10%)
Cairan
Anhidrida asetat 15 ml Asam asetat 22,5 ml Asam sulfat 0,05 ml
Asam Asetat glasial (40 ml)
Pengendapan
Pengeringan (6 jam, 50 oC)
Perendaman (suhu kamar, 2 jam)
Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit, 20 oC )
Asetilasi
( 4 jam, 50 oC )
Serbuk kering selulosa mikr obial (5 gram)
Lar. MgCO3 1%
Cairan asam
Pencucian
Air Cairan
39
Penentuan Faktor yang Berpengaruh pada Proses Asetilasi
Proses asetilasi selulosa mikrobial dilakukan secara heterogen dengan menggunakan anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis dan asam asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4 variabel bebas yang diujikan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial yaitu (1) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan (2) konsentrasi katalis H2SO4, (3) waktu reaksi dan (4) suhu asetilasi. Variabel respon yang diamati adalah perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan.
Sebelum dilakukan proses asetilasi terlebih dahulu dilakukan proses aktivasi selulosa mikrobial. Aktivasi selulosa mikrobial dilakukan berdasarkan kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial yaitu sebanyak 5 gram selulosa mikrobial kering (ukuran 10 mesh) dimasukkan kedalam labu erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 40 ml asam asetat glasial dan dibiarkan selama 6 jam pada suhu 50 oC. Selanjutnya dilakukan proses asetilasi.
bermagnet. Setelah diperoleh campuran yang rata dilanjutkan proses asetilasi di dalam penangas air bergoyang dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 40, 50, dan 60 oC selama 240, 300, dan 360 menit. Setelah proses asetilasi selesai, campuran selulosa triasetat yang diperoleh segera didinginkan dan disentrifus pada suhu 20 oC selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm. Selulosa mikrobial yang tidak bereaksi akan terdapat pada bagian endapan sedangkan selulosa triasetat yang terbentuk terdapat pada supernatan.
41
[image:36.612.117.517.86.597.2]
Gambar 7. D iagram alir proses pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Selulosa Triasetat
Aktivasi (50 oC , 6 jam)
Asam asetat 10 % 200 ml
Cairan
Anhidrida asetat 10, 15, 20 ml As. Sulfat 0.025, 0.05, 0.075 ml Asam asetat 22.5 ml
Asam Asetat glasial (40 ml)
Pengendapan
Pengeringan (6 jam, 50 oC)
Perendaman (suhu kamar, 2 jam)
Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit, 20 oC )
Asetilasi
( 240, 300, 360 menit ) ( 40, 50, 60 oC ) Serbuk selulosa mikrobial
(ukuran 10 mesh, 5 g)
Lar. MgCO3 1%
Cairan asam
Pencucian
Air Cairan
Selanjutnya dilakukan penentuan pengaruh variabel bebas terhadap respon perolehan dan kadar asetil. Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh dilakukan dengan menggunakan uji analisis keragaman untuk masing-masing respon yang diamati. Variabel yang berpengaruh nyata selanjutnya digunakan sebagai variabel bebas pada tahap pembentukan model.
Pembentukan dan Pengujian Model
Model yang dibuat dalam penelitian ini adalah model empiris berupa
model regresi. Terdapat dua model regresi yang dibuat pada penelitian ini yaitu
model regresi perolehan selulosa triasetat dan model regresi kadar asetil selulosa
triasetat yang dihasilkan pada proses asetilasi. Pengujian terhadap model regresi
yang dihasilkan meliputi uji penyimpangan model atau lack of fit, uji determinan
(R2 ), uji signifikansi model, dan uji asumsi residual (Box et al., 1978; Box dan
Draper, 1987 ; Gaspersz, 1995).
Penentuan Kondisi Optimum Proses Asetilasi
Penentuan kondisi optimum proses asetilasi pada pembuatan selulosa
triasetat dari selulosa mikrobial dilakukan dengan menggunakan analisis kanonik,
analisis permukaan respon, analisis plot kontur dan ridge analysis. Kondisi
proses optimum yang diperoleh selanjutnya diverifikasi di laboratorium.
Rancangan Percobaan
Percobaan dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan
43
proses asetilasi yaitu (1) konsentrasi H2SO4 pekat (katalis) yang dikodekan
sebagai X1, (2) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan
yang dikodekan sebagai X2, (3) waktu asetilasi yang dikodekan sebagai X3, dan
(4) suhu asetilasi yang dikodeka n sebagai X4. Faktor, kode dan taraf kode yang
dicobakan pada proses asetilasi dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan asetilasi
Taraf kode
No Faktor Kode
rendah -1
tengah 0
tinggi +1
1 Katalis H2SO4 pekat (% v/bk) (K) X1 0.5 1 1.5
2 Rasio anhidrida asetat terhadap
selulosa mikrobial (%v/bk) (P)
X2 2 3 4
3 Waktu ,menit (W) X3 240 300 360
4 Suhu (oC) (S) X4 40 50 60
Nilai faktor yang dikodekan dihitung dengan cara seperti be rikut :
X1 = (K – 1,5) X2 = (P - 3) X3 = (W- 300) X4 = (W-50)
0,5 1 60 10
X1 = nilai kode konsentrasi katalis K = nilai konsentrasi katalis aktual (%v/bk)
X2 = nilai kode rasio pereaksi P = nilai rasio pereaksi aktual (%v/bk)
X3 = nilai kode waktu reaksi W = nilai waktu reaksi aktual (menit)
X4 = nilai kode suhu reaksi S = nilai suhu reaksi aktual (oC)
Terdapat dua respon yang diamati pada proses asetilasi yaitu perolehan
selulosa triasetat dan kadar asetil selulosa triasetat . Pada tahap penentuan faktor
faktorial dan 4 unit percobaan titik pusat. Pembuatan model regresi linier
perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan
respon pada percobaan faktorial dan titik pusat. Matriks rancangan percobaan
[image:39.612.133.530.215.536.2]dengan 4 faktor ini dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 . Matriks rancangan percobaan 4 faktor proses asetilasi
Konsentrasi Asam sulfat (%) Rasio Pereaksi Waktu (menit) Suhu (oC)
Nilai kode Respon
Percobaan No
X1 X2 X3 X4 X1 X2 X3 X4
1 0.5 2 240 40 -1 -1 -1 -1
2 0.5 4 240 40 1 -1 -1 -1
3 0.5 2 360 40 -1 1 -1 -1
4 0.5 4 360 40 1 1 -1 -1
5 1.5 2 240 40 -1 -1 1 -1
6 1.5 4 240 40 1 -1 1 -1
7 1.5 2 360 40 -1 1 1 -1
8 1.5 4 360 40 1 1 1 -1
9 0.5 2 240 60 -1 -1 -1 1
10 0.5 4 240 60 1 -1 -1 1
11 0.5 2 360 60 -1 1 -1 1
12 0.5 4 360 60 1 1 -1 1
13 1.5 2 240 60 -1 -1 1 1
14 1.5 4 240 60 1 -1 1 1
15 1.5 2 360 60 -1 1 1 1
Faktorial
16 1.5 4 360 60 1 1 1 1
17 1 3 300 50 0 0 0 0
18 1 3 300 50 0 0 0 0
19 1 3 300 50 0 0 0 0
Titik pusat
20 1 3 300 50 0 0 0 0
Pada percobaan pembuatan model kuadratik dengan 2 variabel bebas
dilakukan percobaan dengan nilai faktor dapat putar α sebesar ± 1,414. Proses
asetilasi dilakukan pada konsentrasi katalis tetap yaitu 1,5% dan suhu 50 oC. Pada
tahap pembuatan model kuadratik terdapat 4 satuan percobaan faktorial, 4 satuan
45
taraf kode pada percobaan asetilasi dengan 2 faktor dapat dilihat pada Tabel 6,
[image:40.612.138.500.335.631.2]sedangkan matriks percobaannya dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 6 . Faktor , kode dan taraf kode pada proses asetilasi dengan 2 faktor
Taraf kode
No Faktor Kode
-1,414 -1 0 +1 +1,414
1 Rasio Anhidrida Asetat
terhadap selulosa
mikrobial (v/bk)
X1 2,293 2,5 3 3,5 3,707
2 Waktu (menit) X2 215,16 240 300 360 384,84
Tabel 7 . Matriks rancangan percobaan 2 faktor proses asetilasi
Taraf faktor aktual Taraf fraktor yang dikodekan No
Rasio pereaksi X1
Waktu(menit) X2
X1 X2
Respon
1 2,5 240 -1 -1
2 3,5 240 1 -1
3 2,5 360 -1 1
4 3,5 360 1 1
5 3,0 300 0 0
6 3,0 300 0 0
7 3,0 300 0 0
8 3,0 300 0 0
5 2,293 300 -1.414 0
6 3,707 300 1.414 0
7 3,0 215.16 0 -1.414
Penelitian II. Optimasi P roses Hidrolisis Selulosa Triasetat menjadi
Selulosa Diasetat
Penelitian optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon - Rancangan Komposit Pusat. Pengolahan data yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SAS dan Statistica. Proses hidrolisis selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan air sebagai pereaksi dan asam sulfat sebagai katalis (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4 variabel bebas yang dicobakan pada tahap hidrolisis yaitu rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat (katalis), waktu dan suhu proses hidrolisis. Variabel respon yang diamati adalah kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan.
Larutan selulosa triasetat yang akan dihidrolisis dibuat berdasarkan kondisi optimum proses pembuatan selulosa triasetat yang diperoleh pada penelitian tahap pertama yaitu sebanyak 5 gram serbuk selulosa mikrobial direndam dalam 40 ml asam asetat pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selanjutnya ditambahkan anhidrida asetat sebanyak 16,75 ml, asam asetat 22,5 ml dan asam sulfat 0,075 ml. Proses asetilasi dilakukan pada suhu 50 oC selama 323 menit.
Penentuan Taraf Faktor Suhu dan Waktu Hidrolisis
47
dan 10 jam. Katalis asam sulfat ditambahkan sebanyak 0,075 ml (1,5 % dari bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan) sedangkan air ditambahkan sebanyak 5 ml (rasio air terhadap selulosa mikrobial sebesar 1). Pengukuran kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan dilakukan dengan metoda ASTM D 871-96 (Lampiran 1g). Selulosa diasetat yang diharapkan dapat diperoleh pada penelitian ini adalah selulosa diasetat yang mempunyai kadar asetil berkisar 37 – 42%. Penentuan nilai taraf rendah dan tinggi dilakukan berdasarkan nilai kadar asetil selulosa diasetat yang diperoleh yaitu kondisi hidrolisis yang dapat menghasilkan selulosa diasetat de ngan kadar asetil berkisar 37 – 42%.
Proses Hidrolisis Selulosa Triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Sebanyak 5 g serbuk selulosa mikrobial direndam dalam 40 ml asam asetat glasial pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selanjutnya ditambahkan anhidrida asetat sebanyak 16,75 ml (rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial sebesar 3,35), asam asetat 22,5 ml dan asam sulfat 0,075 ml (konsentrasi katalis 1,5%). Proses asetilasi dilakukan pada suhu 50 oC selama 323 menit. Larutan selulosa tr iasetat yang diperoleh selanjutnya dihidrolisis.
1%, 1,5%, 2%, 2,5%). Pencampuran air dan katalis dengan larutan selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan pengaduk bermagnet. Selanjutnya proses hidrolisis selulosa triasetat dilakukan dalam penangas air bergoyang pada suhu 30, 40, 50, 60, dan 70 oC selama 120, 360, 600, 840 dan 1080 menit. Penghentian proses hidrolisis dilakukan dengan menambahkan 20 ml larutan MgCO3 1% dalam asam asetat. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi terhadap cairan hasil hidrolisis pada kecepatan 3000 rpm selama 15 menit pada suhu 20 oC. Untuk memisahkan selulosa diasetat dari larutannya dilakukan proses pengendapan dengan cara menuangkan larutan hasil hidrolisis kedalam larutan asam asetat 10 % diatas pengaduk bermagnet. Gumpalan selulosa diasetat yang diperoleh selanjutnya direndam dalam larutan MgCO3 1%. Perendaman dilakukan selama 2 jam pada suhu kamar. Selanjutnya selulosa diasetat dicuci dengan air hingga bersih dan dikeringkan pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selulosa diasetat kering yang diperoleh disimpan dalam wadah yang tertutup rapat. Pengukuran kadar asetil selulosa diasetat hasil hidrolisis dilakukan dengan metoda ASTM D 871-96 (Lampiran 1g). Diagram alir proses pembuatan selulosa diasetat dapat dilihat pada Gambar 8.
Penentuan Faktor yang Berpengaruh
Terdapat 4 variabel bebas yang dicobakan pada tahap hidrolisis ini yaitu
1. Rasio air terhadap selulosa mikrobial dengan taraf 0,34 , 0,67 , 1 , 1,33 , 1,66
2. Konsentrasi asam sulfat (katalis) dengan taraf 0,5%, 1%, 1,5%, 2% , 2,5%
3. Waktu hidrolisis dengan taraf 120, 360, 600, 840, 1080 menit
4. Suhu hidrolisis dengan taraf 30, 40, 50, 60, 70 oC.
49
[image:44.612.117.512.84.655.2]
Gambar 8. Diagram alir penelitian pembuatan selulosa diasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Selulosa Diasetat
Hidrolisis
Suhu 30, 40, 50, 60, 70 oC Waktu 120,360, 600, 840,1080 menit
Asam asetat encer (10 %) 20 ml larutan MgCO3 1%
dalam asam asetat Asam sulfat 0,5%, 1%, 1,5%,
2% , 2,5%
Pengendapan
Pengeringan (6 jam, 50 oC)
Perendaman (suhu kamar, 2 jam)
Sentrifugasi (3000 rpm, 15 menit Penghentian hidrolisis Larutan selulosa triasetat
dalam asam asetat
Lar. MgCO3 1% dalam air Cairan asam Pencucian Air Pengukuran kadar asetil
Air1,70, 3,35, 5, 6,65, 8,30 ml
(Rasio dg selulosa 0,34, 0,67, 1, 1,33, 1,66)
Aktivasi (50 oC , 6 jam)
Anhidrida asetat 16,75 ml As. Sulfat 0.075 ml Asam asetat 22.5 ml
Asam Asetat glasial (40 ml)
Asetilasi (323 menit, 50 oC ) Serbuk selulosa mikrobial
Pembentukan dan Pengujian Model
Model regresi kadar asetil selulosa diasetat dibuat berdasarkan data kadar
asetil selulosa diasetat yang dihasilkan pada proses hidrolisis. Pada tahap pertama
dilakukan pembentukan model linier dengan menggunakan data kadar asetil hasil
hidrolisis pada rancangan titik faktoria l dan titik pusat. Tahap kedua dilakukan
pembentukan model kuadratik dengan menggunakan tambahan data pada titik
bintang. Pengujian terhadap model regresi yang dihasilkan meliputi uji
penyimpangan model (lack of fit), uji R2 , uji signifikan model, da n uji asumsi
residual (Box et al., 1978 ; Box dan Draper, 1987 ; Gaspersz, 1995 ; Montgomery
et al., 2001 ; Edgar et al., 2001) .
Penentuan Kondisi Optimum Proses Hidrolisis
Penentuan kondisi optimum proses hidrolisis dilakukan dengan
menggunakan analisis kanonik dan analisis plot kontur permukaan respon.
Kondisi optimum proses hidrolisis selulosa triasetat yang diperoleh selanjutnya
diverifikasi di laboratorium.
Rancangan Percobaan
Percobaan hidrolisis dilakukan dengan menggunakan Metoda
Permukaan Respons – Rancangan Komposit Pusat. Terdapat 4 variabel bebas
yang dicobakan yaitu (1) rasio air terhadap selulosa mikrobial yang dikodekan
sebagai X1, (2) waktu hidrolisis yang dikodekan sebagai X2, (3) jumlah H2SO4
51
dikodekan sebagai X4. Faktor, kode dan taraf kode yang dicobakan dapat dilihat
pada Tabel 8.
Tabel 8. Faktor, kode dan taraf kode pada proses hidrolisis
Taraf kode
No Faktor Kode
-a -2 rendah -1 tengah 0 tinggi +1 +a +2
1 Rasio air dengan selulosa
mikrobial (v/bk) (P)
X1 0.34 0.67 1 1.33 1.66
2 Waktu (menit) (W) X2 120 360 600 840 1080
3 Konsentrasi H2SO4 pekat
(% v/bk) (K)
X3 0.5 1 1.5 2 2.5
4 Suhu (oC) (S) X4 30 40 50 60 70
Konversi nilai taraf aktual menjadi nilai taraf kode dilakukan dengan cara
seperti berikut :
X1 = (P -1) X2 = (W-600) X3 = (K- 1.5) X4 = (S-50)
0.33 240 0,5 10
X1 = nilai kode rasio pereaksi P = rasio air aktual (v/bk)
X2 = nilai kode waktu reaksi W = waktu reaksi aktual (menit)
X3 = nilai kode konsentrasi katalis K = konsentrasi katalis aktual (%v/bk)
X4 = nilai kode suhu reaksi S = suhu reaksi aktual (oC)
Pada tahap pemilihan faktor yang berpengaruh dilakukan percobaan
dengan rancangan titik faktorial 4 faktor dan titik pusat sebanyak 3 ulangan.
Rancangan percobaan untuk pendugaan model linier terdiri dari 16 unit
percobaan faktorial dan 6 unit percobaan titik pusat (center points). Untuk
point) dengan faktor dapat putar (a) sebesar ±2 k/4 dimana k adalah jumlah faktor.
Matriks rancangan percobaan dengan 4 faktor ini dapat dilihat pada Tabel 9.
Tabel 9. Matriks rancangan percobaan 4 faktor pada proses hidrolisis
Rasio air terhadap selulosa (v/bk) Waktu (menit) Kons. Asam sulfat (%v/bk) Suhu ( oC)
Nilai kode Kadar asetil Selulosa Disetat Rancangan percobaan
No X1 X2 X3 X4 X1 X2 X3 X4 (%)
1 0.67 360 1 40 -1 -1 -1 -1
2 1.33 360 1 40 1 -1 -1 -1
3 0.67 840 1 40 -1 1 -1 -1
4 1.33 840 1 40 1 1 -1 -1
5 0.67 360 2 40 -1 -1 1 -1
6 1.33 360 2 40 1 -1 1 -1
7 0.67 840 2 40 -1 1 1 -1
8 1.33 840 2 40 1 1 1 -1
9 0.67 360 1 60 -1 -1 -1 1
10 1.33 360 1 60 1 -1 -1 1
11 0.67 840 1 60 -1 1 -1 1
12 1.33 840 1 60 1 1 -1 1
13 0.67 360 2 60 -1 -1 1 1
14 1.33 360 2 60 1 -1 1 1
15 0.67 840 2 60 -1 1 1 1
Titik Faktorial
16 1.33 840 2 60 1 1 1 1
17 1 600 1.5 50 0 0 0 0
18 1 600 1.5 50 0 0 0 0
19 1 600 1.5 50 0 0 0 0
20 1 600 1.5 50 0 0 0 0
21 1 600 1.5 50 0 0 0 0
Titik pusat
22 1 600 1.5 50 0 0 0 0
23 0.34 600 1.5 50 -2 0 0 0
24 1.66 600 1.5 50 +2 0 0 0
25 1 120 1.5 50 0 -2 0 0
26 1 1080 1.5 50 0 +2 0 0
27 1 600 0.5 50 0 0 -2 0
28 1 600 2.5 50 0 0 +2 0
29 1 600 1.5 30 0 0 0 -2
Titik Bintang
53
Penelitian III. Pembuatan dan Karakterisasi Membran Ultrafiltrasi dari
Selulosa Diasetat Mikrobial
Selulosa Diasetat Mikrobial (SDM) yang digunakan sebagai polimer pada pembuatan membran ultrafiltrasi (UF) adalah selulosa diasetat yang dibuat pada penelitian tahap kedua dan sebagai pembanding digunakan selulosa diasetat komersial. Pembuatan membran ultrafiltrasi dilakukan dengan metoda inversi fasa presipitasi imersi, menggunakan dimetil formamida seba gai pelarut dan air sebagai non pelarut (Sivakumar et al., 1998). Selulosa diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil 37,14%, 38,11%, 39,19% dan 40,22%. Konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12% – 20 %. Suhu air koagulasi yang digunakan berkisar 2 – 26 oC. Penelitian pembuatan membran UF dari selulosa diasetat mikrobial ini dilakukan dalam dua tahap yaitu (1) pengaruh kadar asetil selulosa diasetat dan konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak terhadap karakteristik membran UF dan (2) pengaruh suhu air koagulasi terhadap karakteristik membran UF yang dihasilkan.
Pembuatan Membran Ultrafiltrasi (Sivakumar et al., 1998)
campuran diaduk dengan menggunakan pengaduk bermagnet pada suhu kamar selama satu hari hingga semua selulosa diasetat larut dalam DMF. Larutan selulosa diasetat selanjutnya disimpan selama 2 hari untuk mengeluarkan gelembung-gelembung udara. Larutan yang diperoleh disebut dope atau larutan cetak.
Pencetakan membran dilakukan dengan cara menuangkan larutan dope di atas plat kaca yang dilengkapi pisau casting (aplikator), lalu aplikator ditarik hingga membentuk lapisan tipis dan dibiarkan selama 30 detik. Ketinggian pisau aplikator diatur pada ketinggian 0,2 mm. Setelah dibiarkan selama 30 detik, lembaran kaca dimasukkan kedalam bak koagulasi yang berisi air aquades suhu 10 oC . Selanjutnya lembaran tipis yang terbentuk direndam dalam air aquades selama satu hari untuk menghilangkan sisa DMF. Lembaran membran yang diperoleh dipotong sesuai ukuran cetakan (modul) filtrasi yang tersedia. Membran yang sudah dipotong disimpan dalam larutan formalin 1%. Diagram alir pembuatan membran ultrafiltrasi dapat dilihat pada Gambar 9.
Pengujian terhadap karakteristik membran yang dihasilkan meliputi pengukuran permeabilitas (fluk air, fluks albumin, fluks dekstran) dan selektifitas (rejeksi albumin dan dekstran). Umpan yang digunakan adalah larutan bovin serum albumin dengan bobot molekul 67 kDa dan larutan dekstran dengan bobot molekul 37 kDa. Prosedur pengukuran fluks air, fluks dan rejeksi membran terhadap umpan dapat dilihat pada Lampiran 1h dan 1i. Pengujian dilakukan dengan metoda penyaringan aliran silang (cross-flow filtration). Pengamatan terhadap morfologi dan ukuran pori membran dilakukan dengan menggunakan
55
Gambar 9. Diagram alir proses pembuatan membran selulosa diasetat (Modifikasi Sivakumar et al., 1998)
Pengadukan 24 jam, suhu kamar
Penyimpanan 48 jam
Pencetakan (tebal 0,2 mm)
Perendaman dalam air
Koagulasi
(aquades 2, 10, 18, 26 0C)
Selulosa Diasetat Mikrobial
(12% , 14%, 16%, 18% , 20%)
Dimetil Formamida
Rancangan Percobaan
Percobaan pembuatan membran ini dilakukan dua tahap. Tahap pertama dilakukan pembuatan membran dari selulosa diasetat dengan kadar asetil berbeda yaitu 37,21%, 38,11%, 39,19%, 40,22% dengan konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak sebesar 12%, 14%, 16%, 18%, 20%. Pembuatan membran dilakukan pada suhu air koagulasi tetap (10 oC). Tahap kedua dilakukan pembuatan membran pada suhu air koagulasi berbeda yaitu 2, 10, 18 dan 26 oC menggunakan selulosa diasetat kadar asetil 39,19 % dan konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak tetap yaitu 18%.
57
Tabel 10. Komposisi larutan cetak pada pembuatan membran Kombinasi Selulosa diasetat Dimetil Formamida
(g) (%b/b) (g) (%b/b)
A1B1 3.60 12 26.40 88
A1B2 4.20 14 25.80 86
A1B3 4.80 16 25.20 84
A1B4 5.40 18 24.60 82
A2B1 6.00 20 24.00 80
A2B2 3.60 12 26.40 88
A2B3 4.20 14 25.80 86
A2B4 4.80 16 25.20 84
A3B1 5.40 18 24.60 82
A3B2 6.00 20 24.00 80
A3B3 3.60 12 26.40 88
A3B4 4.20 14 25.80 86
A4B1 4.80 16 25.20 84
A4B2 5.40 18 24.60 82
A4B3 6.00 20 24.00 80
A4B4 3.60 12 26.40 88
A5B1 4.20 14 25.80 86
A5B2 4.80 16 25.20 84
A5B3 5.40 18 24.60 82
A5B4 6.00 20 24.00 80
A1= Selulosa diasetat kadar asetil 37,21% A2= Selulosa diasetat kadar asetil 38,11% A3= Selulosa diasetat kadar asetil 39,19% A4= Selulosa diasetat kadar asetil 40,22% A5= Selulosa diasetat komersial
Model matematika untuk rancangan acak lengkap faktorial 2 faktor adalah sebagai berikut (Sudjana, 1994) :
Y ijk = µ + Ai + Bj + ABij + Ek(ij)
Y ijk = hasil percobaan akibat peubah kadar asetil ke-i dan konsentrasi selulosa diasetat ke-j
µ = nilai rata-rata sebenarnya
Ai = pengaruh peubah kadar asetil ke-i (i = 1, 2, 3, 4)
Bj = pengaruh peubah konsentrasi selulosa diasetat ke -j (j = 1, 2, 3,4,5) ABij = pengaruh interaksi peubah kadar asetil ke -i dengan
konsentrasi selulosa diasetat ke-j Ek(ij) = galat percobaan ke-k
Rancangan percobaan yang digunakan pada penelitian pembuatan membran ultrafiltrasi tahap kedua adalah Rancangan Acak Lengkap Faktorial yang terdiri dari satu faktor dengan dua kali ulangan. Faktor suhu air koagulasi (A) terdiri atas 4 taraf yaitu 2, 10, 18 dan 26 oC.
Model matematika untuk Rancangan Acak Lengkap Faktorial satu faktor adalah sebagai berikut (Sudjana, 1994) :
Y ijk = µ + Ai + Ek(ij)
Y ijk = hasil percobaan akibat peubah suhu air koagulasi ke-i µ = nilai rata-rata sebenarnya
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian I.
Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat
dari Selulosa Mikrobial
Selulosa mikrobial kering yang digunakan pada penelitian ini berukuran 10 mesh dan berwarna putih kekuningan. Rasio bobot selulo sa mikrobial kering terhadap selulosa mikrobial basah adalah sekitar 0,0984 – 0.1113. Hasil analisis proksimat serbuk selulosa mikrobial yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 11.
Tabel 11. Hasil analisis proksimat serbuk selulosa mikrobial kering Parameter analisis Nilai (%)
Kadar air 3,50
Kadar abu 0,23
Kadar protein (bk) 3,50
Kadar lemak (bk) 1,14
Kadar selulosa (bk) 92,53
Menurut Fengel dan Wegener (1984) pada pulp kayu terdapat senyawa yang bukan selulosa seperti lignin dan hemiselulosa. Hemiselulosa merupakan heteropolimer sedangkan selulosa merupakan homopolimer. Pada proses asetilasi akan terjadi reaksi antara senyawa-senyawa kelompok hemiselulosa dengan anhidrida asetat. Hal ini akan mengakibatkan selulosa triasetat yang dihasilkan tidak murni karena tercampur dengan hemiselulosa asetat seperti glukomanan asetat.
Serbuk selulosa mikrobial yang digunakan sebagai sumber selulosa pada proses pembuatan selulosa triasetat ini mempunyai kadar air yang relatif rendah yaitu 3,50%, seperti terlihat pada Tabel 11. Kandungan air yang tinggi pada selulosa yang akan diasetilasi tidak diinginkan. Pada proses asetilasi air yang terdapat dalam selulosa akan bereaksi dengan anhidrida asetat membentuk asam asetat. Hal ini akan menyebabkan jumlah anhidrida asetat yang akan bereaksi dengan selulosa menjadi lebih sedikit. Menurut Pine et al. (1980) secara teoritis 1 mol air akan bereaksi dengan 1 mol anhidrida asetat menghasilkan 2 mol asam
asetat. Rendahnya kadar air pada selulosa mikrobial yang digunakan pada penelitian ini relatif menguntungkan karena kadar air yang rendah akan mengurangi jumlah anhidrida asetat yang dibutuhkan pada proses asetilasi selulosa menjadi selulosa triasetat.
61
Penentuan Kondisi Aktivasi Selulosa Mikrobial
Proses aktivasi selulosa bertujuan untuk menggembungkan selulosa sehingga dapat meningkatkan reaktifitas dan aksesibilitas selulosa. Proses aktivasi dapat mempercepat terjadinya pertukaran gugus hidroksil molekul selulosa dengan gugus asetil dari anhidrida asetat. Hasil perolehan selulosa triasetat (STA) pada berbagai kondisi aktivasi yang dicobakan dapat dilihat pada Tabel 12 sedangkan data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 2a.
Tabel 12. Perolehan selulosa triasetat pada berbagai kondisi aktivasi Suhu aktivasi Waktu (jam) Perolehan (g/g)
0 1.20
2 1.48
4 1.60
6 1.63
50 oC
8 1.63
4 1.30
8 1.45
12 1.54
Suhu kamar
16 1.63
Hasil pengukuran perolehan selulosa triasetat (Tabel 12) menunjukkan perolehan selulosa triasetat cenderung meningkat dengan semakin lama waktu aktivasi baik pada suhu 50 oC maupun pada suhu kamar. Diduga hal ini disebabkan oleh perendaman serbuk selulosa mikrobial dalam waktu yang lebih lama dapat menjadikan serat selulosa lebih menggembung (swelling) sehingga memudahkan masuknya pereaksi.
mikrobial pada penelitian ini relatif lebih lama dibandingkan waktu aktivasi pulp kayu yang dilakukan oleh Saka dan Takanashi (1998) pada pembuatan selulosa triasetat dari pulp kayu yaitu selama satu jam. Nevel dan Zeronian (1985) menyatakan aktivasi selulosa pulp kayu umumnya dilakukan kira-kira selama 1-2 jam. Lama waktu aktivasi yang dicobakan pada penelitian ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan lama waktu aktivasi selulosa mikrobial yang dilakukan oleh Tabuchi et al. (1998) yaitu 72 jam pada suhu kamar.
Kuo et al. (1997) menyatakan waktu aktivasi selulosa bergantung pada jenis selulosa yang digunakan. Waktu aktivasi selulosa mikrobial yang lebih lama pada penelitian ini diduga terjadi karena perbedaan sifat kristalinitas selulosa mikrobial dengan selulosa dari kayu. Selulosa mikrobial mempunyai daerah kristalin yang lebih besar dibandingkan daerah amorf. White dan Brown (1988) menyatakan bahwa selulosa mikrobial bersifat kristalin, dengan derajat kristalinitas lebih besar dari 60 %, yang berarti lebih banyak terdapat daerah kristalin dibandingkan daerah amorf.
63
pereaksi. Semakin lama waktu aktivasi maka semakin banyak asam asetat yang masuk diantara serat selulosa. Keadaan ini menyebabkan reaksi asetilasi lebih mudah terjadi.
Penentuan Faktor-faktor yang Berpengaruh Terhadap Perolehan STA
Proses asetilasi selulosa bertujuan untuk menggantikan sebagian atau semua gugus hidroksil (OH) pada molekul selulosa dengan gugus asetil (CH3CO) dari anhidrida asetat sehingga membentuk selulosa asetat. Selulosa memiliki 3 gugus hidroksil per residu anhidroglukosa sehingga memungkinkan untuk menghasilkan selulosa asetat dalam bentuk monoasetat, diasetat dan triasetat. Selama proses asetilasi diharapkan semua selulosa mikrobial dapat dikonversi menjadi selulosa triasetat. Perolehan selulosa triasetat pada penelitian ini dihitung dengan cara membandingkan bobot kering selulosa triasetat yang diperoleh dengan bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan (bk/bk). Perolehan selulosa triasetat pada tahap ini dapat dilihat pada Tabel 13.
Hasil penelitian pada rancangan faktorial dan titik pusat menunjukkan respon perolehan selulosa triasetat yang dihasilkan berkisar antara 0,80 – 1.70 (g/g), seperti terlihat pada Tabel 13. Secara umum bobot kering selulosa triasetat
yang dihasilkan pada penelitian ini cenderung lebih besar dari bobot selulosa
mikrobial yang digunakan. Hal ini terjadi karena bobot molekul selulosa triasetat
yang dihasilkan lebih besar daripada bobot molekul selulosa mikrobial yang
digunakan.
Tabel 13. Perolehan selulosa triasetat pada tahap penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada proses asetilasi
No Konsentrasi Rasio Waktu Suhu Perolehan
katalis pereaksi (menit) Reaksi X1 X2 X3 X4 Selulosa
(%) (X1) (X2) (X3) (oC)(X4) triasetat (g/g)
1 0.5 2 240 40 -1 -1 -1 -1 0.85
2 0.5 4 240 40 1 -1 -1 -1 0.80
3 0.5 2 360 40 -1 1 -1 -1 1.36
4 0.5 4 360 40 1 1 -1 -1 1.66
5 1.5 2 240 40 -1 -1 1 -1 1.38
6 1.5 4 240 40 1 -1 1 -1 1.38
7 1.5 2 360 40 -1 1 1 -1 1.69
8 1.5 4 360 40 1 1 1 -1 1.70
9 0.5 2 240 60 -1 -1 -1 1 0.81
10 0.5 4 240 60 1 -1 -1 1 1.52
11 0.5 2 360 60 -1 1 -1 1 1.67
12 0.5 4 360 60 1 1 -1 1 1.70
13 1.5 2 240 60 -1 -1 1 1 1.57
14 1.5 4 240 60 1 -1 1 1 1.53
15 1.5 2 360 60 -1 1 1 1 1.63
16 1.5 4 360 60 1 1 1 1 1.67
17 1 3 300 50 0 0 0 0 1.67
18 1 3 300 50 0 0 0 0 1.68
19 1 3 300 50 0 0 0 0 1.68
20 1 3 300 50 0 0 0 0 1.69
Selulosa merupakan polimer linier glukosa yang unit-unitnya terikat dengan ikatan 1,4-β-D glukopiranosa. Bila diasumsikan satu molekul selulosa terdiri atas n unit glukosa maka secara teoritis pada reaksi asetilasi sempurna ,
setiap 1 mol selulosa membutuhkan 3n mol anhidrida asetat dan akan
menghasilkan 1 mol selulosa triasetat dan 3n mol asam asetat.
65
memiliki rumus empirik [C6H7O2(CH3CO)3]n. Bila diasumsikan bobot molekul
selulosa mikrobial (C6H7O2( OH)3 )n adalah 162n gram/mol dan bobot molekul
selulosa triasetat adalah 288n gram/mol maka setiap 1 gram selulosa mikrobial
(setara dengan 0,0062/n mol selulosa mikrobial) akan menghasilkan 0,0062/n
mol selulosa triasetat atau setara dengan 1,79 gram selulosa triasetat. Bila reaksi
asetilasi selulosa berlangsung sempurna dan tidak terjadi degradasi selulosa maka
dari setiap satu gram selulosa yang digunakan akan diperoleh selulosa triasetat
sebanyak 1,79 gram.
Hasil analisis keragaman terhadap perolehan selulosa triasetat (Lampiran
2b) menunjukkan faktor rasio anhidrida asetat dengan selulosa mikrobial berpengaruh secara sangat nyata (a = 0,0044) terhadap perolehan selulosa triasetat sedangkan faktor waktu asetilasi berpengaruh nyata (a = 0,0128) terhada
