SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
ABSTRAK
LESTARI AINUN MARDIYAH. Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan M ANWAR NUR.
Onggok merupakan limbah industri pengolahan tapioka yang jumlahnya melimpah di Indonesia. Onggok memiliki kandungan karbohidrat yang masih tinggi, terutama pati dan glukosa, yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku superabsorben. Penelitian ini telah membuat material superabsorben berbahan baku onggok yang dimodifikasi melalui oksidasi, dilanjutkan dengan kopolimerisasi cangkok. Oksidasi dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C2-C3 pada cincin
glukosa. Ragam konsentrasi NaIO4 (0.01, 0.05, dan 0.10 M), waktu oksidasi (15 dan 60
menit), dan larutan pencuci (akuades, metanol, dan aseton) diterapkan untuk menghasilkan jumlah gugus aldehida (pemutusan ikatan C2-C3) yang optimum dan ketahanan terbaik produk terhadap mikrob. Kondisi oksidasi optimum ialah dengan menggunakan NaIO4 0.05 M selama 1 jam dan dicuci dengan aseton. Proses
kopolimerisasi cangkok dilakukan dengan menggunakan akrilamida, metilena-bis-akrilamida, dan amonium persulfat. Produk kopolimerisasi selanjutnya disaponifikasi untuk meningkatkan kapasitas serap airnya. Hasil uji menunjukkan bahwa superabsorben dapat membengkak hingga lebih dari 400 kali bobotnya dalam akuades. Namun, kapasitas tersebut menurun dalam larutan garam serta larutan asam dan basa.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT
LESTARI AINUN MARDIYAH. Synthesis of Superabsorbent through Grafting Copolymerization Acrylamide on Onggok Dialdehyde. Supervised by ZAINAL ALIM MAS’UD and M ANWAR NUR.
Cassava waste pulp (onggok) from the tapioca industry is abundant in Indonesia. Cassava waste pulp still has relatively high carbohydrate content, mainly starch and glucose, which is potencial to be utilized as superabsorbent raw material. The goal of this work was to synthesize superabsorbent material from cassava waste pulp through oxidation followed by graft copolymerization. The oxidation was carried out with sodium periodate (NaIO4) to break the C2-C3 bond in the glucose ring. Various concentration of
NaIO4 solution (0.01, 0.05, and 0.10 M), oxidation time (15 and 60 min), and washing
solutions (distilled water, methanol, and acetone) were used to obtain the optimum aldehyde group amount (the optimum C2-C3 bond cleavage) and the best products resistance against microbes. Optimum oxidation were by conditions using 0.05 M NaIO4
in 1 hour and washed with acetone. Graft copolymerization process was performed by using acrylamide, methylene-bis-acrylamide, and ammonium persulfate. The copolymerization products were then saponified to increase the water absorption capacity. The test result showed that the superabsorbent could swell up to 400 times of their original weight in distilled water. However, the capacities were decreased in salt solution as well as in acid and basic solutions.
3
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida
Nama : Lestari Ainun Mardiyah NIM : G44090087
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA Prof (em) Dr Ir H M. Anwar Nur, MSc
Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen Kimia
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida bertempat di Laboratorium Terpadu IPB. Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat, dan pengikut-Nya yang tetap berada di jalan-Nya hingga akhir zaman.
Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan kerja sama yang telah diberikan oleh Bapak Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing I, Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc selaku pembimbing II. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak M. Khotib M.Si, Bapak M. Farid M.Si, Bapak Dr Komar Sutriah, Bapak Drs Ahmad Sjahreza, Bapak Budi Arifin M.Si, Ibu Prof Tun Tedja Irawadi MS, Ibu Dr Henny Purwaningsih M.Si dan seluruh staf Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Terima kasih tak terhingga penulis sampaikan kepada seluruh keluarga terutama Ayah, Mamah, adikku, dan seluruh teman Kimia 46 atas dukungan dan doanya. Selain itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada sahabatku Shinta Dewi PS dan teman-teman penelitian (Ka Bekti, Ka Yono, Ka Dhail, Ka Baim, Ka Rita, Ka Indah, Ka Sarah, Febri, Mia, Tama, Rahma, Noni, Tati, Rahmi, Denar, Agy, dan Fahmi) di Laboratorium Terpadu IPB atas doa dan semangatnya yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya.
Bogor, September 2013
3
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN 1
BAHAN DAN METODE 2
Alat dan Bahan 2
Metode 2
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Hasil Oksidasi Onggok 4
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang 6 Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben 8
SIMPULAN DAN SARAN 10
DAFTAR PUSTAKA 11
LAMPIRAN 12
RIWAYAT HIDUP 20
DAFTAR GAMBAR
1 Spektrum FTIR onggok sebelum dan setelah dioksidasi 5 2 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum
dan setelah saponifikasi
7 3 Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu 8 4 Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi
konsentrasi
9 5 Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH 10
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian 12
2 Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
13 3 Daya serap air SAP berbahan baku onggok yang dioksidasi dan
dikopolimerisasi sebelum dan setelah disaponifikasi
16 4 Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam akuades dengan variasi waktu
17 5 Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan garam selama 24 jam
18 6 Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
1
PENDAHULUAN
Singkong merupakan salah satu tanaman pangan di Indonesia yang produksinya pada tahun 2012 mencapai 24.2 juta ton (BPS 2012). Singkong memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Saat ini, pemanfaatan singkong sebagai produk industri lebih banyak dalam bentuk tepung tapioka atau produk makanan ringan. Beberapa industri juga mengolah singkong untuk menghasilkan produk turunan berupa sorbitol yang salah satunya dibutuhkan sebagai bahan baku dalam produksi vitamin C.
Pengolahan singkong menjadi produk turunan umumnya menghasilkan produk samping berupa limbah padat (onggok) dalam jumlah besar. Dalam industri pembuatan tepung tapioka, jumlahnya dapat mencapai lebih dari 10%. Supriyadi (2009) menyebutkan bahwa untuk setiap 1 ton singkong dapat diperoleh 114 kg onggok. Selama ini onggok baru digunakan sebagai bahan baku pakan ternak, antinyamuk bakar, dan campuran saus sambal. Berdasarkan kandungannya, onggok memiliki potensi untuk dibuat menjadi produk dengan nilai tambah yang lebih tinggi. Pada dasarnya, kandungan terbesar dalam onggok ialah senyawa karbohidrat terutama pati dan glukosa. Komponen tersebut memiliki kandungan gugus hidroksil yang tinggi dan telah dimodifikasi untuk tujuan lain, salah satunya untuk membentuk material superabsorben. Akan tetapi, belum ada penelitian sebelumnya menggunakan proses oksidasi sebagai bentuk modifikasinya.
Superabsorben adalah suatu material yang memiliki kemampuan dasar menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali bobotnya (Zhang et al. 2007). Material superabsorben yang berupa polimer memiliki gugus hidrofilik yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah cairan, serta mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Polimer superabsorben (SAP) pada hakikatnya adalah polimer bertautan-silang yang mampu menyerap air ratusan kali bobot keringnya, tetapi tidak larut dalam air karena terdapat struktur 3 dimensi pada jaringan polimernya.
Ciri khas SAP tersebut membuat material ini mempunyai cakupan aplikasi yang relatif luas, antara lain dapat digunakan untuk popok bayi, wadah penyimpan air di daerah kering/pertanian, sumber air pada tanaman holtikultura, pengantar obat, detoksifikasi limbah minyak, dan penyerap zat warna (Erizal 2009). Namun, kebanyakan SAP yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak dikembangkan penelitian pembuatan SAP yang teruraikan secara alami berbahan dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010).
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari bahan baku onggok yang dimodifikasi. Modifikasi onggok dilakukan dalam 2 tahap (Lampiran 1), yaitu oksidasi dan kopolimerisasi. Oksidasi onggok dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C–C yang mengikat gugus OH visinal dan
mengubah kedua gugus tersebut menjadi gugus aldehida. Hasil oksidasi onggok selanjutnya akan dicangkok melalui kopolimerisasi. Oksidasi pada onggok diharapkan dapat menambah tapak aktif dalam reaksi kopolimerisasi sehingga dapat meningkatkan daya serap air secara signifikan. Dalam penelitian ini, akrilamida (AAm) dan penaut-silang metilena-bis-akrilamida (MBA) digunakan untuk membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Hasil penelitian ini memberikan informasi mengenai kapasitas serap air, kapasitas serap dalam larutan garam, dan kapasitas serap pada berbagai nilai pH dari SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi tersebut.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alat-alat kaca, motor pengaduk, alat-alat penghalus/penggiling, shaker, hot plate. Bahan-bahan yang digunakan adalah onggok tapioka yang telah dicuci dan dikeringkan, HCl, NaIO4, NaOH, air suling, metilena-bis-akrilamida (MBA), akrilamida
(AAm), amonium persulfat (APS), dan gas N2. Penelitian dilaksanakan di
Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang, Bogor pada bulan Maret hingga Agustus 2013.
Metode
Preparasi Sampel Onggok
Onggok dicuci dan dikeringkan di bawah sinar matahari, kemudian dihaluskan dan diayak 100 mesh.
Oksidasi Onggok (Margutti et al 2002)
Sebanyak 10 g sampel onggok hasil preparasi ditimbang. Sementara itu, disiapkan 1000 mL larutan natrium periodat (NaIO4) dengan variasi konsentrasi
0.01, 0.05, dan 0.10 M. Reaksi oksidasi dilakukan pada suhu 25 ⁰C. Sampel onggok dimasukkan ke dalam wadah yang terisolasi dari cahaya, kemudian ditambahkan larutan NaIO4 dan diaduk dengan variasi waktu 15 dan 60 menit.
3
Penentuan Gugus Karbonil (Sangseethong et al. 2010)
Sekitar 0.2 g sampel disuspensikan ke dalam 100 mL air distilasi. Suspensi digelatinisasi dengan penangas air selama 20 menit pada suhu 80 oC, didinginkan pada suhu 40 oC dan pH disesuaikan menjadi 3.2 dengan penambahan HCl 0.1 M. Kemudian 15 mL reagen hidroksilamina ditambahkan (reagen dibuat dengan melarutkan 25 g hidroksilamina hidroklorida dalam 100 mL NaOH 0.5 M). Labu ditempatkan pada penangas air dengan suhu 40 oC selama 4 jam. Sampel dengan cepat dititrasi dengan HCl 0.1 M sampai pH menjadi 3.2. Penentuan blangko hanya menggunakan reagen hidroksilamina dengan cara yang sama. Jumlah karbonil (% b/b) dalam produk dihitung dengan menggunakan persamaan
Jumlah karbonil titran blangko sampel mL bobot sampel g HCl . 8
Pencangkokan-Penautan-Silang Kopolimer Superabsorben (modifikasi Liang et al. 2009)
Onggok yang telah disaring 100 mesh ditimbang sebanyak 7.5 g dan ditambahkan akuades 150 mL hingga berbentuk bubur di dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan kondensor. Suspensi diaduk dengan pengaduk putar 200 rpm kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas mantel pemanas dan campuran dipanaskan pada suhu 90–95 ºC selama 30 menit sambil dialiri gas nitrogen. Setelah itu, suhu campuran diturunkan hingga 60–65 ºC. Sebanyak 250 mg inisiator APS dalam 10 mL akuades dimasukkan ke dalam labu leher tiga tersebut dan diaduk selama 15 menit. Selanjutnya, campuran 22.5 g akrilamida dan 25 mg MBA yang dilarutkan dengan akuades hingga volume 200 mL ditambahkan sedikit demi sedikit. Setelah selesai, suhu reaksi dinaikkan menjadi 70 ºC selama 3 jam. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, lalu direfluks dengan aseton selama 1 jam. Setelah dikeringkan pada suhu 60 oC hingga bobotnya konstan, produk kering digiling dan disaring hingga terbentuk partikel kecil berukuran 80–100 mesh.
Saponifikasi (Nakason et al. 2010)
Sebanyak 40 g kopolimer ditambahkan 100 mL NaOH 1 M dan 100 mL akuades, lalu dipanaskan pada suhu 90 ºC selama 30 menit. Setelah dinetralkan dengan penambahan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan dipresipitasi dengan metanol dan etanol. Kopolimer tersaponifikasi dikeringkan pada suhu 60 ºC, kemudian digiling dan dihaluskan hingga lolos ayakan 80 mesh.
Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Zhang et al. 2007)
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL akuades pada suhu
ruang dengan variasi waktu perendaman 5, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 480, dan 960 menit. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari air yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas serap air dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =W1–W0
Uji Kapasitas Serap Larutan Garam
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan garam
NaCl dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.50, dan 1.00 M pada suhu ruang selama 24 jam. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan garam yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas
absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =W1–W0
W0 ×100% Uji Kapasitas Serap pada Berbagai Nilai pH
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan dengan
berbagai nilai pH pada suhu ruang selama 24 jam. Kisaran pH yang digunakan ialah 2 hingga 13. Larutan untuk pengaturan pH dibuat dari larutan baku NaOH dan HCl dengan konsentrasi yang disesuaikan dengan larutan yang akan dibuat. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =W1–W0
W0 ×100% Pencirian Kopolimer Superabsorben
Kopolimer superabsorben onggok-akrilamida dicirikan untuk menentukan perubahan sifat fisik dan kimianya. Kapasitas serap air ditentukan dan serapan gugus fungsi diamati dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
5
Gambar 1 Spektrum FTIR onggok sebelum (–) dan setelah dioksidasi (–) Ragam konsentrasi oksidator (NaIO4), waktu oksidasi, dan larutan pencuci
diujikan untuk optimisasi tahapan oksidasi onggok ini. Konsentrasi oksidator yang digunakan ialah 0.01, 0.05, dan 0.10 M; larutan pencuci yang digunakan ialah akuades, aseton, dan metanol; dengan variasi waktu 15 dan 60 menit. Hasil optimum dalam tahapan ini dipilih berdasarkan jumlah gugus karbonil (aldehida yang terbentuk), ketahanan sampel, dan efisiensi bahan. Jumlah gugus aldehida ditentukan menggunakan metode Sangseethong et al. (2010).
Tabel Hasil uji kadar karbonil dengan variasi konsentrasi oksidator, waktu oksidasi, dan larutan pencuci
No [Periodat] (M)
Waktu oksidasi
(menit) Larutan Pencuci
Gugus aldehida
5 0.05 60 Metanol Tidak teridentifikasi
6 0.10 60 Metanol Tidak teridentifikasi
7 0.01 60 Aseton 7.66
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
Onggok digunakan sebagai kerangka utama dalam kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan akrilamida sebagai monomer, APS sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut-silang. Reaksi yang terjadi ditunjukkan pada Lampiran 2. Kondisi reaksi kopolimerisasi yang digunakan merupakan kondisi optimum yang telah dikaji dalam penelitian Amroni (2011). Kopolimerisasi dilakukan dalam kondisi gas nitrogen yang berfungsi menghilangkan oksigen dari sistem reaksi sehingga meminimumkan radikal peroksida yang dapat membentuk homopolimer dan menghambat reaksi kopolimerisasi (Kurniadi 2010). Suhu kopolimerisasi yang digunakan ialah 70 oC yang telah dilaporkan oleh Lanthong et al. (2006) dan Li et al. (2007).
Tahap awal reaksi kopolimerisasi cangkok dan taut-silang melibatkan pembentukan radikal inisiator APS (NH4SO4·) yang akan terbentuk dalam media
larutan pada suhu 60–65 °C (Liang et al. 2009). Radikal APS akan menyerang gugus hidroksil yang terikat di atom C6 dan gugus aldehida pada atom C2 dan C3 pada pati. Pembentukan radikal pati ini menjadi tahap inisiasi reaksi. Radikal pati selanjutnya akan bereaksi dengan monomer akrilamida (AAm) membentuk radikal makromolekul lainnya. Tahap propagasi dimulai saat radikal makromolekul tersebut bereaksi dengan monomer AAm kedua. Pada tahap terminasi, radikal tersebut akan bereaksi dengan radikal makromolekul lainnya dan penaut-silang MBA membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Lebih banyaknya tapak radikal reaktif yang terbentuk akibat adanya gugus aldehida pada onggok teroksidasi diharapkan dapat meningkatkan jumlah rantai monomer yang tercangkok dan silang sehingga kopolimer hasil pencangkokan dan taut-silang dapat menyerap air lebih banyak dibandingkan dengan kopolimer tanpa perlakuan oksidasi sebelumnya.
7
kenaikan yang signifikan (Lampiran 3). Daya serap air sebelum saponifikasi untuk ulangan 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut 20.10, 22.12, 21.28, 20.62, dan 20.50 g/g, sedangkan setelah saponifikasi berturut-turut 417.53, 413.50, 390.49, 416.38, dan 471.91 g/g. Peningkatan daya serap air ini erat hubungannya dengan pembentukan muatan dalam sistem polimer akibat pengubahan gugus amida (-COONH2)
menjadi asam karboksilat (-COOH) dan anionnya (-COO–) (Teli dan Waghmare 2009). Hasil saponifikasi memiliki daya pembengkakan yang lebih besar, hal ini sesuai dengan yang telah dilakukan oleh Li et al. (2006) dan Nakason et al. (2010).
Hasil pencangkokan juga dianalisis dengan spektrofotometer FTIR untuk menentukan telah terbentuknya SAP dan telah berlangsungnya saponifikasi (Gambar 2). Pita serapan pada bilangan gelombang 3186 dan 3278 cm-1 diduga berasal dari vibrasi ulur gugus amida dan pada 1450 cm-1 dari vibrasi tekuk N–H amida. Keberadaan vibrasi gugus amida mengindikasikan bahwa SAP onggok-poliakrilamida telah berhasil dibentuk.
Gambar 2 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum (–) dan setelah saponifikasi (–)
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
Produk SAP diuji kapasitas serap airnya dalam akuades, larutan garam, serta larutan asam dan basa dengan berbagai nilai pH. Kapasitas serap air produk SAP disebabkan oleh adanya interaksi ikatan hidrogen antara molekul air dan gugus-gugus fungsi dalam SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi. Selain itu, ruang dalam struktur 3 dimensi SAP memungkinkan air untuk dapat terperangkap di dalamnya.
Kapasitas serap air SAP ditunjukkan oleh nilai swelling (pembengkakan)-nya. Alur nilai pembengkakan SAP di dalam akuades terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 4. Terlihat bahwa semakin lama waktu perendaman, jumlah air yang terserap semakin banyak dan bobot SAP meningkat (Lampiran 4). Bobot SAP setelah direndam dalam akuades selama 24 jam menunjukkan peningkatan hingga 400 kali dari bobot awalnya. Setelah 24 jam, pembengkakan SAP belum menunjukkan nilai yang konstan. Hal ini berarti bahwa SAP masih memiliki kemampuan menyerap air lebih banyak lagi.
Gambar 3 Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu
Bila dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air pada penelitian Amroni (2011), hasil penelitian ini masih lebih kecil. Amroni (2011) melaporkan bahwa SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan akrilamida tanpa didahului oksidasi dapat menyerap air hingga sekitar 1000 kali bobot awalnya. Dalam penelitian lain, kapasitas serap air SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat tanpa didahului oksidasi mencapai sekitar 600 kali bobot awalnya (Fitriyanto 2013). Nilai kapasitas serap yang lebih kecil dalam penelitian ini dapat disebabkan oleh menurunnya polaritas SAP akibat oksidasi gugus –OH pada C2 dan C3 yang menghasilkan gugus aldehida. Selain itu, kemungkinan terjadinya pemutusan rantai polimer pati akibat oksidasi juga dapat menjadi faktor menurunnya kapasitas serap air SAP yang terbentuk.
Pengujian SAP dalam larutan garam NaCl menunjukkan penurunan kapasitas serap air dengan meningkatnya konsentrasi NaCl (Gambar 5). Selain itu,
9
jika dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air dalam akuades, kapasitas serap air dalam larutan garam lebih kecil (Lampiran 5). Superabsorben yang direndam dalam larutan garam 0.01 M selama 24 jam hanya membengkak 116 kali. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tekanan osmotik yang lebih kecil (tidak terlalu signifikan) antara SAP dan larutan luar akibat tolakan elektrostatik anion-anion. Penurunan kapasitas serap air SAP dalam larutan garam juga ditunjukkan pada penelitian Fitriyanto (2013).
Gambar 4 Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi konsentrasi
Sama halnya dengan dalam larutan garam, kapasitas serap air SAP dalam larutan asam dan basa juga menunjukkan nilai yang lebih kecil (Lampiran 6) dibandingkan dengan dalam akuades (Gambar 6). Daya serap mencapai nilai optimum pada larutan dengan pH 6, yaitu dengan nilai pembengkakan hingga lebih dari 400 kali. Hasil ini sesuai dengan nilai pembengkakan SAP yang direndam dalam akuades karena pH akuades juga 6. Dalam media asam, kebanyakan gugus karboksilat terprotonasi. Hal ini menurunkan tolakan antar gugus anionik sehingga rantai polimer sulit untuk mengembang. Dalam media basa, adanya ion Na yang berlebih juga mengurangi kemampuan pembengkakan dan menurunkan tolakan anion-anion karboksilat. Hal yang sama juga ditunjukkan oleh SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat (Fitriyanto 2013), yang menghasilkan nilai optimum dalam larutan dengan pH 6.65.
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Pem
b
engkakan (kali)
Gambar 5 Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH
Secara keseluruhan, hasil kopolimerisasi cangkok dan taut-silang pada onggok hasil oksidasi berbeda dengan pada onggok tanpa modifikasi, terutama dilihat dari daya pembengkakannya. Onggok hasil oksidasi memiliki daya pembengkakan yang lebih kecil disebabkan gugus hidroksil C2 dan C3 pada onggok telah berubah menjadi aldehida. Gugus aldehida memiliki kepolaran yang lebih rendah daripada gugus hidroksil sehingga interaksi dengan molekul air cenderung lebih sedikit yang pada akhirnya menyebabkan air yang terikat atau terserap hanya sedikit.
SIMPULAN DAN SARAN
Polimer superabsorben (SAP) onggok dialdehida-g-poliakrilamida telah berhasil disintesis melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada onggok teroksidasi dengan monomer akrilamida, penaut-silang metilena bis-akrilamida, dan inisiator amonium peroksidisulfat. Onggok dialdehida terbaik dihasilkan dari oksidasi onggok dengan NaIO4 0.05 M selama 1 jam
menggunakan aseton sebagai pembilas akhir. Kadar karbonil dalam onggok dialdehida tersebut sebesar 13.69%. Nilai kapasitas serap air SAP setelah 24 jam sebesar 417.53 g/g. Perlakuan oksidasi tidak dapat meningkatkan kapasitas serap air secara signifikan. Kapasitas serap air tersebut juga menurun pada larutan garam dan larutan dengan berbagai nilai pH. Terbentuknya onggok dialdehida serta kopolimer cangkok dan taut-silang telah ditunjukkan oleh spektrum FTIR.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 2 4 6 8 10 12 14
pem
b
engkakan (kali)
11
DAFTAR PUSTAKA
Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Industrial Indonesia 2012. Jakarta (ID): BPS.
Erizal. 2009. Synthesis and characterization of crosslinked polyacrylamide-carrageenan hydrogels superbasorbent prepared by gamma radiation. Indones J Chem. 10(1):12-19.
Fitriyanto EB. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Lanthong P, Nuisin R, Kiatkamjornwong S. 2006. Graft copolymerization, characterization and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic acid super-absorbents. Carbohydr Polym. 66:229-245.
Li A, Zhang J, Wang A. 2007. Utilization of starch and clay for preparation of superabsorbent composite. J Res Tech. 98:327-332.
Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic acid) superabsorbent composite and release of urea from it. Carbohydr Polym. 77:181-187
Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre AL. 2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on cellulose. Polymer. 6183-6194
Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357.
Sangseethong K, Termvejsatanona N, Shirothb K. 2010. Characterization of physicochemical properties of hypochlorite and peroxide oxidized cassava starches. Carbohydr Polym. 82:446-453
Supriyadi. 2009. Onggok untuk bahan pakan. Poultry Indonesia [Internet]. [diunduh 2013 Mar 25]. Tersedia pada http://www .poultry Indonesia.com. Teli MD, Waghmare NG. 2009. Synthesis of superabsorbent from carbohydrate
waste. Carbohydr Polym. 78:492-496.
Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI. Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym. 65(2):150–158.
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Onggok
Onggok dialdehida
Optimasi oksidasi
Uji kadar karbonil FTIR
SAP
Pencangkokan, presipitasi, refluks
Saponifikasi
13
Lampiran 2 Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
Tahap inisiasi
lanjutan Lampiran 2
Tahap propagasi (kopolimerisasi)
CH2H2C
O CH2OH
O O
O O
H2C
H C
CH2H2C
O CH2OH
O O
CONH2
O O
CH2 CH2
CH HC
C C
H2N NH2
CH2 CH2
CH HC
C C
H2N NH2
CH2 CH2
CH HC
C C
O O
O O
O O
H2N NH2
n
15
lanjutan Lampiran 2
Tahap terminasi (penautan-silang)
Lampiran
Daya serap air (g/g)
17
Lampiran 4 Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam akuades dengan variasi waktu
Waktu oksidasi
(menit)
Ulangan Bobot awal (g)
Bobot akhir (g)
Daya Serap
(g/g) Rerata
5 1 0.1490 26.5634 178.2778 155.3525
2 0.1037 13.7327 132.4272
10 1 0.1050 23.6778 225.5028 225.6313
2 0.1041 23.5016 225.7598
20 1 0.1062 27.4942 258.8908 258.0192
2 0.1097 28.2091 257.1477
30 1 0.1239 33.8417 273.1372 274.7631
2 0.1090 30.1264 276.3890
60 1 0.1059 29.5999 279.5080 278.7636
2 0.1037 28.8306 278.0193
120 1 0.1024 29.6695 289.7412 288.4164
2 0.1156 33.1878 287.0917
240 1 0.1126 35.1634 312.2860 312.3996
2 0.1171 36.5953 312.5132
480 1 0.1058 36.6405 346.5807 347.9496
2 0.1140 39.8522 349.5807
960 1 0.1115 40.8702 366.5489 365.8788
2 0.1006 36.7400 365.2087
1440 1 0.1213 50.6467 417.5326 416.9570
Lampiran 5 Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan garam selama 24 jam
[Larutan]
(M) Ulangan
Bobot awal (g)
Bobot akhir (g)
Daya serap
(g/g) Rerata
1.00 1 0.1092 3.5849 32.8287 32.7097
2 0.1024 3.3373 32.5908
0.50 1 0.1024 3.7336 36.4609 36.4124
2 0.1176 4.2764 36.3639
0.20 1 0.1096 4.2546 38.8193 38.9030
2 0.1053 4.1053 38.9867
0.10 1 0.1117 4.5826 41.0260 41.1816
2 0.1017 4.2040 41.3373
0.08 1 0.1070 5.5078 51.4747 51.6625
2 0.1217 6.3102 51.8504
0.06 1 0.1280 6.9193 54.0570 54.1386
2 0.1053 5.7094 54.2203
0.04 1 0.1128 7.4442 65.9947 67.8488
2 0.1010 7.0400 69.7030
0.02 1 0.1049 8.4433 80.4890 78.6863
2 0.1049 8.0651 76.8837
0.01 1 0.1153 13.2948 115.3061 115.9158
19
Lampiran 6 Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
pH larutan Ulangan Bobot awal (g)
Bobot akhir (g)
Daya serap
(g/g) Rerata
2 1 0.1074 3.6305 33.8035 34.7826
2 0.1108 3.4084 30.7617
3 1 0.1024 13.6968 133.7578 135.9480
2 0.1049 14.4907 138.1382
4 1 0.1103 32.0184 290.2847 294.7494
2 0.1116 33.3923 299.2141
5 1 0.1106 34.0608 307.9638 305.7436
2 0.1024 31.0808 303.5234
6 1 0.1213 50.6467 417.5326 417.0326
2 0.1342 55.8784 416.3815
7 1 0.1108 34.5447 311.7753 312.9543
2 0.1005 31.5704 314.1333
8 1 0.1110 32.6794 291.5667 291.9613
2 0.1152 33.6794 292.3559
9 1 0.1006 26.7255 265.6610 263.4118
2 0.1070 27.9444 261.1626
10 1 0.1236 30.2352 244.6213 245.9405
2 0.1008 24.9253 247.2748
11 1 0.1248 17.5194 140.3798 145.4857
2 0.1031 15.5260 150.5916
12 1 0.1181 14.6969 124.4445 125.8427
2 0.1125 14.3146 127.2409
13 1 0.1194 7.7840 65.1926 67.8677
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 22 Agustus 1991 dari Bapak Agus Salim dan Ibu Sukaesih. Penulis merupakan putri pertama dari 2 bersaudara. Penulis lulus tahun 2009 dari SMA Negeri 9 Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Ujian Talenta Mandiri IPB (UTMI) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
![Tabel Hasil uji kadar karbonil dengan variasi konsentrasi oksidator, waktu oksidasi, dan larutan pencuci [Periodat] Waktu oksidasi Gugus aldehida](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/278856.407968/17.595.119.512.112.313/karbonil-konsentrasi-oksidator-oksidasi-larutan-periodat-oksidasi-aldehida.webp)
