DISERTASI ROSLIANA LUBIS NIM :

(1)

KOPOLIMERISASI CANGKOK DENGAN MONOMER AMMONIUM QUARTENER DAN KITOSAN BAHAN

ANTIMIKROBA DAN ANTIFUNGAL

DISERTASI

ROSLIANA LUBIS NIM : 168103005

PROGRAM PASCASARJANA DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEMATERA UTARA MEDAN

2021

(2)

DISERTASI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Doktor Dalam Program S-3 Ilmu Kimia Pada Universitas Sumatera di Bawah

Pimpinan Rektor Universitas Sumatera Utara Dr. Muryanto Amin, S.Sos, M.Si

Dipertahankan Pada Tanggal 15 Februari 2021 di Medan, Sumatera Utara

Oleh

ROSLIANA LUBIS NIM : 168103005

PROGRAM PASCASARJANA DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEMATERA UTARA MEDAN

2021

(3)

MODIFIKASI PERMUKAAN SELULOSA LIMBAH SERAT KULIT DURIAN (Durio zubintinus, Murr) MELALUI REAKSI

DISERTASI

Dengan ini menyatakan bahwa saya mengakui semua karya Disertasi ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 15 Februari 2021

Rosliana Lubis NIM. 168103005

(4)

Sebagai sivitas akademis Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Rosliana Lubis

NIM : 168103005

Program Studi : Doktor (S3) Ilmu Kimia Jenis Karya Ilmiah : Disertasi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty free Right) atas Disertasi saya yang berjudul :

“MODIFIKASI PERMUKAAN SELULOSA LIMBAH SERAT KULIT DURIAN (Durio zubintinus, Murr) MELALUI REAKSI KOPOLIMERIASI CANGKOK DENGAN MONOMER AMMONIUM QUARTENER DAN KITOSAN BAHAN ANTIMIKROBA DAN ANTIFUNGAL”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta.

Demikian Pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 15 Februari 2021

Rosliana Lubis

(5)

(6)

__________________________________________________________________

PANITIA PENGUJI DISERTASI

Pimpinan Sidang : Dr. Muryanto Amin, S.Sos, M.Si : Rektor USU Medan Ketua : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D : USU Medan

Anggota : Eddiyanto, Ph.D : UNIMED MEDAN

: Athanasia Amanda Septevani, Ph.D : LIPI Jakarta

: Prof Tamrin, M.Sc : USU Medan

: Prof. Jamaran Kaban, M.Sc. : USU Medan : Dr. Bambang Yudhono, M.Sc : UNSRI Palembang

(7)

Prof. Basuki Wirjosentono, MS. Ph.D

Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Co - PROMOTOR Eddiyanto, Ph.D

Doktor Bidang Kimia Polimer

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Co - PROMOTOR

Athanasia Amanda Septevani, Ph.D

Doktor Kimia Bidang Material Fungsional Pusat Penelitian Kimia

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

(8)

Antimikroba Dan Antifungal

ABSTRAK

Bahan antimikroba dan antifungal merupakan senyawa yang berfungsi untuk menginhibisi aktivitas bakteri dan jamur. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mensintesis bahan antimikroba dan antifungal melalui modifikasi selulosa serat limbah kulit durian dengan reaksi kopolimeriasi pencangkokan antara selulosa dari serat limbah kulit durian dengan senyawa 2-acryl-oyl-trimethyl- ammonium chlorida (CIAETA) dan kitosan. Penelitian diawali dengan proses ekstraksi selulosa (DRC : durian rind cellulose) dari serat limbah kulit durian.

Reaktivitas selulosa ditingkatkan dengan mentransformasi selulosa menjadi dialdehida selulosa (DAC) melalui oksidasi selulosa dengan garam metaperiodate, NaIO₄. Tahap berikutnya adalah proses pencangkokan DAC dengan senyawa antimikroba CIAETA dan kitosan. Proses pencangkokan dilakukan menggunakan metode radikal bebas dan inisiator kalium peroksidisulfat (KPS). Optimalisasi reaksi pencangkokan terdiri dari variasi perlakuan suhu reaksi, waktu reaksi, dan konsentrasi. Karakterisasi dilakukan dengan metode FT- IR, SEM, XRD, TGA, sudut kontak (contact angle). Derajat aktivitas antibakteri dan antifungal dianalisis menggunakan metode Disk Difusi atau metode Kirby- Baauer terhadap strain bakteri S.aureus, S. epidermis, dan Candida albicans.

Kopolimerisasi cangkok radikal bebas antara DRC dengan monomer CIAETA diperoleh kondisi optimum reaksi pada suhu 80⁰C, waktu reaksi 180 menit, konsentrasi monomer CIAETA 50% dan persentase pencangkokan sekitar 30,4%. Karakteristik dari DRC-g-CIAETA adalah : memilki derajat kristalinitas yang rendah, hanya sekitar 21,5%, memilki daya serap air yang tinggi, hingga tiga

kali lebih tinggi dari DRC, memilki kestabilan thermal berkisar antara suhu 240-300⁰C, Permukaan serat bersifat hidrofilik (sudut kontak : 28±2⁰). Kondisi

optimum untuk reaksi pencangkokan antara DRC dengan monomer CIAETA dan kitosan adalah pada suhu reaksi 80⁰C, waktu reaksi 120 menit dan persentase pencangkokan 21,9%. Karakteristik dari DRC-g-CIAETA-g-kitosan adalah memilki derajat kristalinitas yang rendah, hanya sekitar 19,3%, memilki daya serap air yang tinggi, hingga dua kali lebih tinggi dari DRC, memilki kestabilan thermal berkisar antara suhu 230-300⁰C, dan permukaan serat bersifat hidrofobik (sudut kontak : 112±8⁰). DRC-g-CIAETA dan DRC-CIAETA-g-Kitosan berpotensi sebagai bahan antimikroba dan antifungal dengan standard antibiotik chloramphenicol.

Kata kunci : Selulosa, Pencangkokan, radikal bebas, antibakteri, dan antijamur.

(9)

And Antifungal Materials

ABSTRACT

Antimicrobial and antifungal materials are compounds that serve to inhibit the activity of bacteria and fungi. The purpose of this study was to synthesize antimicrobial and antifungal materials through modification of cellulose fibers of durian skin waste fibers with a copolymeriation reaction of grafting between cellulose from durian skin waste fibers with compounds 2-acryl-oyl-trimethyl- ammonium chloride (CIAETA) and chitosan. The research began with the extraction process of cellulose (DRC : durian rind cellulose) from durian rind waste fibers. Cellulose reactivity is enhanced by transforming cellulose into cellulose dialdehyde (DAC) through cellulose oxidation with metaperiodate salt, NaIO_4. The next stage is the process of grafting DAC with CIAETA and chitosan antimicrobial compounds. The grafting process is carried out using free radical method and initiator of potassium persulfate (KPS). Optimization of grafting reactions consists of variations in reaction temperature treatment, reaction time, and concentration. Characterization is done by FT-IR, SEM, XRD, TGA, contact angle. Degrees of antibacterial and antifungal activity were analyzed using the diffusion disk method or Kirby-Baauer method against bacterial strains S.aureus, S. epidermis, and Candida albicans.

Copolymerization of free radical grafts between DRC and CIAETA monomers obtained optimum reaction conditions at a temperature of 80⁰C, reaction time of 180 minutes, concentration of CIAETA monomers of 50% and graft percentage of about 30.4%. Characteristics of DRC-g-CIAETA are: have a low degree of crystallization, only about 21.5%, have a high water absorption, up to three times higher than DRC, have thermal stability ranging from 240-300⁰C, Fiber surface is hydrophilic (contact angle: 28±2⁰). The optimum conditions for grafting reactions between DRC and CIAETA and chitosan monomers are at a reaction temperature of 80⁰C, reaction time of 120 minutes and graft percentage of 21.9%. The characteristic of DRC-g-CIAETA-g-chitosan is that it has a low degree of crystallization, only about 19.3%, has high water absorption, up to twice as high as DRC, has thermal stability ranging from 230-300⁰C, and fiber surface is hydrophobic (contact angle: 112±8^0). DRC-g-CIAETA and DRC-CIAETA-g- Chitosan have the potential to be antimicrobial and antifungal ingredients with antibiotic-standard chloramphenicol.

Keywords: Cellulose, Grafting, free radicals, antibacterial, and antifungal.

(10)

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Rosliana Lubis, SSi, MSi Tempat dan Tanggal Lahir : Binjai, 25 Juni 1981

Alamat Rumah : Jl. Gunung Rinjani LK III, Kec. Binjai Selatan, Kel. Binjai Estate, Binjai

Nomor Hp : 08126371451

E-mail : [email protected]

DATA PENDIDIKAN

SD Negeri 020274 Binjai : 1986 - 1992

Madrasah Tsanawiyah Al-Washliyah Binjai : 1992 - 1995

Madrasah Aliyah Al-Washliyah Binjai : 1995 - 1998

Strata-1 Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara : 1998 - 2003 Strata-2 Jurusan Kimia

Universitas Sumatera Utara : 2004 - 2007 Strata-3 Jurusan Kimia

Universitas Sumatera Utara : 2016 - 2021 PRESTASI

Beasiswa Pendidikan Mahasiswa Berprestasi Pertamina : 2000 - 2003 Beasiswa Pendidikan Dalam Negeri (BPDN) : 2004 - 2007 Beasiswa Unggulan Dosen Indonesia Dalam Negeri : 2016 - 2021 (BUDI-DN) LPDP

Hibah Bersaing Penelitian Kemenristek Dikti : 2012 – 2013 Hibah Bersaing Penelitian Kemenristek Dikti : 2014 – 2015 PENGALAMAN PEKERJAAN

Staf Ahli Keuangan PEMKO Binjai : 2008 - 2010

Dosen Fakultas Sainstek Universitas Medan Area : 2010 - Skr PENGALAMAN ORGANISASI

Ketua Garnita Partai Nasdem Kota Binjai : 2012 - 2014

(11)

PUBLIKASI Jurnal internasional

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, ―Preparation And Characterization Of Cellulose Pulp From Fiber Of Durian Peel‖, Rasayan Journal of Chemistry, 13 (3), 1767 - 1776 (2020), DOI:

http://dx.doi.org/10.31788/RJC.2020.1335807 (SJR : Q2)

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, ―Preparation, Characterization And Antimicrobial Activity Of Grafted Cellulose Fiber From Durian Rind Waste‖, Colloids and Surfaces A:

Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 604, pp. 125311 (2020), DOI : https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125311 (SJR : Q1)

Prosiding Internasional

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, Characterization Of Durian Rinds Fiber (Durio Zubinthinus, Murr) From North Sumatera, AIP Conference Proceedings 2049 (1), 020069, 2018 Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, Extraction And Characterization Of Cellulose Fiber Of Durian Rinds From North Sumatera As The Raw Material For Textile Fiber, Journal of Physics:

Conference Series 1232 (1), 012017, 2019

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, Influence Of Homogenization Time To The Physical Properties Of Durian Peel’s Pulp From North Sumatera Indonesia, AIP Conference Proceedings 2267 (1), 020051, 2020

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, Characterization of Cellulose Nanopulp Durian’s Peel Fiber, AIP Conference Proceedings 2342 (1), 00054, 2021

SEMINAR Internasional

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, ―Characterization of durian rinds fiber (Durio zubinthinus, murr) from North Sumatera‖, In : 3 ^RDInternational Seminar on Chemistry, ISoC 2018, Surabaya, Indonesia, July, 18-19, 2018,

(12)

Conference On Education Science And Technology (ICON-EST 2018), Serambi Mekkah University, Banda Aceh, Indonesia, 17-18^th October 218

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, Influence Of Homogenization Time To The Physical Properties Of Durian Peel’s Pulp From North Sumatera Indonesia, 3^rd International Postgraduate Conference on Materials, Mineral & Polymer (MAMIP) 2019, School of Materials & Mineral Resources Engineering University Sains Malaysia, 31^st October – 1^st November 2019.

Rosliana Lubis, Basuki Wirjosentono, Eddiyanto and Athanasia Amanda Septevani, ―Characterization of Cellulose Nanopulp Durian Peel Fiber‖, International Conference on Chemical Science and Technology (ICCST) 2020, Chemistry Postgraduate Programs Faculty of Mathematics and Natural Science, Univeristas Sumatera Utara, Medan, September 8^th,2020

PATEN

Draf : Bubur Kertas Limbah Serat Kulit Durian, Nomor Permohonan S002020086-49

Draf : Metode Pemisahan Serat dari Limbah Kulit Durian (Durio zibenthinus, Murr), Nomor Permohonan S00202010846

(13)

Puji dan Syukur Penulis haturkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-Nya sehingga Disertasi ini dapat diselesaikan dengan baik.

Disertasi dengan judul : “Modifikasi Permukaan Selulosa Limbah Serat Kulit Durian (Durio Zubintinus, Murr) Melalui Reaksi Kopolimeriasi Cangkok Dengan Monomer Ammonium Quartener dan Kitosan Bahan Antibakteri dan Antifungal‖

merupakan syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Pascasarjana Ilmu Kimia FMIPA USU.

Keberhasilan dari penelitian dan penulisan Disertasi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung dan telah memberikan dukungan secara moril maupun materil. Ucapan terima kasih dan penghargaan yang tinggi penulis sampaikan kepada :

1. Pemerintah Republik Indonesia Melalui Lembaga Pengelola Dana Pendidikan (LPDP) yang telah memberikan bantuan beasiswa melalui Program Beasiswa Unggulan Dosen Indonesia Dalam Negeri (BUDI-DN) Tahun 2016-2021.

2. Rektor Universitas Sumatera Utara, Dr. Muryanto Amin, S.Sos, M.Si, atas kesempatan kepada penulis untuk mengikuti Program Pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan.

3. Ketua Yayasan H.Agus Salim Universitas Medan Area, Bapak Erwin Siregar yang telah memberikan izin dan bantuan biaya pendidikan kepada penulis untuk mengikuti Pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia di Universitas Sumatera Utara

4. Dekan Fakultas MIPA USU, Prof. Dr. Kerista Sebayang, MS atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia dan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Sumatera Utara

5. Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU, Prof. Tamrin, MSc atas kesempatan dan bantuan selama mengikuti Program Pendidikan Doktor Ilmu Kimia dan seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Doktor Ilmu Kimia Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

(14)

dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan saran hingga disertasi ini dapat terselesaikan.

7. Yang tercinta, suami dan anak-anak penulis, Suhendra Okto Sembiring, SH, Anugrah Pratama Suhendra Sembiring dan Rafii Amirullah Syam Suhendra Sembiring yang dengan penuh kesabaran dan kasih sayang memberikan dukungan dan bantuan dalam penyelesain studi penulis.

8. Secara khusus, kepada kedua orang tua penulis, Syamsuddin Lubis dan Nafsiyah Nasution yang telah membesarkan, mendidik, dan bahkan telah memberikan segalanya, sesuatu yang tak ternilai harganya bagi kehidupan penulis, serta kepada mertua penulis, Syamsul Bahri Sembiring (Alm) dan Paini yang selalu memberikan motivasi dan dorongan untuk penyelesaian studi.

9. Rekan-rekan di Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU, khususnya angkatan 2016 atas kerjasama yang baik dan saling menguatkan selama menuntut ilmu di Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU

10. Teman-teman Sejawat Prodi Biologi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Medan Area

Akhirnya saya mengucapkan terima kasih yang setinggi-tingginya kepada semua pihak yang telah membantu penulis. Harapan dan Doa menyertai kehadiran Disertasi ini dengan segala keterbatasan yang ada. Semoga dapat memberi manfaat dan sumbangan bagi perkembangan keilmuan khususnya ilmu kimia.

Semoga Allah SWT selalu memberikan berkah dalam kehidupan kita.

Medan, 15 Februari 2021 Penulis,

Rosliana Lubis

(15)

PERNYATAAN ORISINILITAS DISERTASI ... iii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... iv

PENGESAHAN DISERTASI ... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

RIWAYAT HIDUP ... x

CAPAIAN PUBLIKASI DAN SEMINAR ... xi

PRAKATA ... xiii

DAFTAR ISI ... xv

DAFTAR TABEL ... xviii

DAFTAR GAMBAR ... xix

DAFTAR LAMPIRAN ... xxii

BAB 1 PENDAHULUAN... 1

1.1.Latar Belakang ... 1

1.2.Perumusan Masalah ... 4

1.3.Tujuan Penelitian ... 5

1.5. Ruang Lingkup Penelitian ... 6

1.6. Kebaruan (Novelty) ... 6

BAB 2 TINJAUN PUSTAKA ... 7

2.1. Lignoselulosa ... 7

2.1.1. Selulosa ... 8

2.1.2. Hemiselulosa ... 15

2.1.3. Lignin... 16

2.2. Permukaan Serat ... 17

2.2.1. Sudut Kontak... 17

2.2.2. Pengukuran Sudut Kontak ... 20

2.2.3. Modifikasi Permukaan Serat ... 21

2.2.4. Metode Cangkok Kopolimerisasi ... 23

2.3. Modifikasi Kimia Selulosa ... 24

2.3.1. Modifikasi Selulosa Melalui Reaksi Oksidasi ... 25

2.3.2. Modifikasi Selulosa Melalui Kopolimerisasi Cangkok ... 27

2.3.3. Kopolimerisasi Cangkok Radikal Bebas ... 31

2.3.4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kopolimerisasi Cangkok Radikal Bebas ... 33

2.3.5. Aplikasi Kopolimeri Cangkok ... 35

2.4. Kitosan... 38

2.5. Amonium Quartener ... 39

2.6. Kitosan-Amonium quartener ... 41

(16)

1.3. Tahapan Penelitian ... 45

1.3.1.Preparasi Kulit durian ... 45

1.3.2.Preparasi Selulosa ... 45

1.3.3.Pencetakan lembaran Selulosa... 46

1.3.4.Preparasi Oksidasi Selulosa. ... 46

1.3.5.Preparasi Pencangkokan Monomer CIAETA kepada Selulosa ... 47

1.3.6.Preparasi Pencangkokan Monomer CIAETA dan Kitosan kepada Selulosa ... 48

3.4. Karakterisasi ... 50

3.4.1. Analisis Kadar Selulosa (SNI 0492-1989-A, SII 0528-1981) ... 50

3.4.2. Analisis Kadar Hemiselulosa (SNI 0492-1989-A, SII 0528-1981) ... 50

3.4.3. Analisis kadar Lignin (SNI 0492-1989-A, SII 0528-1981) ... 51

3.4.4. Analisis Kadar Abu (Metode AOAC 1984) ... 51

3.4.5. Analisis Kadar Air (Metode AOAC 1984) ... 52

3.4.6. Analisis Kekuatan Tarik ... 52

3.4.7. Analisis Fourier Transform Infrared (FT-IR) ... 52

3.4.8. Analisis Scanning Elektron Microscope (SEM) ... 52

3.4.9. Analisis X-ray Diffraction (XRD)... 52

3.4.10. Analisis Diffrential Scanning Calorimetry (DSC) ... 53

3.4.11 Analisis Thermogravimetric (TG) dan Differential Thermogravimetric Analysis (DTA) ... 53

3.4.12. Analisis Thermoelectro Magnetic (TEM)... 53

3.4.13. Analisis Mutu Selulosa ... 53

3.4. 14. Analisis gugus Fungsi Aldehid ... 54

3.4.15. Analisis Penyerapan air (swelling) ... 55

3.4.16. Penyediaan Subkultur Mikroorganisme Patogen ... 55

3.4.17. Penyediaan Suspensi Mikroorganisme Patogen dengan Kerapatan Sel 108 Sel ... 56

3.4.19. Analisis Aktivitas Antibakteri dan Antifungal... 56

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 57

4.1. Karakterisasi Serat dari Limbah Kulit Durian ... 57

4.1.1. Komposisi Kimia... 57

4.1.2. Analisis Kekuatan Tarik ... 59

4.1.3. Analisis Spektrum FT-IR ... 59

4.1.4. Analisis Morfologi Serat Kulit Durian ... 61

4.1.5. Analisis Thermal Serat ... 62

4.2. Karakterisasi Selulosa ... 64

4.2.1. Isolasi Selulosa ... 64

4.2.1. Analisa Sifat Fisik Selulosa ... 65

4.2.2. Analisa Spektrum FT-IR... 66

4.2.3. Analisis Morfologi Selulosa ... 69

4.2.5. Analisis Thermal Selulosa ... 72

4.3. Karakterisasi Selulosa Teroksidasi ... 74

(17)

4.3.4. Analisis Transmission Electron Microscopy (TEM)... 80

4.3.6. Analisis Thermal ... 84

4.4. Karakterisasi Pencangkokan Monomer CIAETA kepada Molekul Selulosa . 88 4.4.1. Mekanisme Reaksi Pencangkokan DRC-g-CIAETA... 88

4.4.2. Analisis Derajat Pencangkokan... 94

4.4.3. Analisis Data ... 95

4.4.3.1. Uji Normalitas ... 96

4.4.3.2. Uji ANOVA ... 97

4.4.4. Analisis Spektrum FT-IR DRC-g-CIAETA ... 98

4.4.5. Analisis Morfologi DRC-g-CIAETA ... 99

4.4.8. Analisis Penyerapan Air (Swelling) ... 103

4.4.9. Analisis Sudut Kontak ... 104

4.4.10. Analisis Aktivitas Antibakteri ... 105

4.4.11. Analisis Aktivitas Antifungal ... 107

4.5. Karakterisasi Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 109

4.5.1. Mekanisme Reaksi Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 109

4.5.2. Analisis Derajat Pencangkokan... 111

4.5.3. Analisis Data ... 112

4.5.3.1. Uji Normalitas ... 112

4.5.3.2. Uji ANOVA ... 113

4.5.4. Analisis Spektrum FT-IR DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 114

4.5.5. Analisis Morfologi DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 115

4.5.8. Analisis Penyerapan Air (Swelling) ... 120

4.5.9 Analisis Sudut Kontak ... 122

4.5.10. Analisis Aktivitas Antibakteri ... 123

4.5.11. Analisis Aktivitas Antifungal ... 125

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 127

5.1. KESIMPULAN ... 127

5.2. SARAN ... 128

DAFTAR PUSTAKA ... 129

(18)

Nomor Judul Halaman Tabel

Tabel 2.1. Kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin dari biomassa

lignoselulosa. ... 8

Tabel 2. 2. Komposisi Kimia dari kulit dan Serat Durian. ... 11

Tabel 3. 1. Parameter Reaksi Oksidasi selulosa ………47

Tabel 3.2. Parameter Reaksi Pencangkokan CIAETA Kepada Selulosa (DRC-g-CIAETA) ……….48

Tabel 3. 3. Parameter Reaksi Pencangkokan CIAETA dan Kitosan kepada Selulosa ………..49

Tabel 4. 1. Sifat - sifat serat tanaman ……….58

Tabel 4.2. Sifat Mekanik dari Serat Kulit Durian ……….59

Tabel 4. 3. Hasil Analisis Panjang Serat Pulp Putih Kulit Durian ………65

Tabel 4.4. Hasil Analisis Mutu Pulp Putih Kulit Durian ………...65

Tabel 4. 5. Data Analisis Thermal Selulosa ………..73

Tabel 4. 6. Jumlah Gugus karbonil aldehid dari selulosa teroksidasi …………..76

Tabel 4.7. Indeks kristalisasi selulosa sebelum dan sesudah perlakuan oksidasi NaIO4 ……….84

Tabel 4. 8. Data analisis thermal dari selulosa kulit durian sebelum dan sesudah dioksidasi dengan NaIO₄ ………87

Tabel 4. 9. Derajat Pencangkokan DRC-g-CIAETA ………94

Tabel 4. 10. Uji Normalitas Kolmogrov-Smirnov DRC-g-CIAETA ………96

Tabel 4. 11. Daftar Sidik Ragam Pencangkokan DRC-g-CIAETA ………..97

Tabel 4. 12. Data analisis thermal dari DRC dan DRC-g-CIAETA ………102

Tabel 4. 13. Sudut kontak permukaan dari DRC dan DRC-g-CIAETA ………104

Tabel 4. 14. Diameter zona hambat Staphylococcus aurous dan Staphylococcus epidermis dari DRC dan DRC-g-CIAETA ………106

Tabel 4. 15. Diameter zona hambat Candida albicans DRC dan DRC-g-CIAETA ………108

Tabel 4. 16. Derajat pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ………111

Tabel 4. 17. Uji Normalitas Kolmogrov-Smirnov DRC-g-CIAETA-Kitosan …113 Tabel 4. 18. Daftar Sidik Ragam Pencangkokan DRC-g-CIAETA-Kitosan …..113

Tabel 4. 19. Data analisis thermal dari DRC, DRC-g-CIAETA, dan DRC- CIAETA-Kitosan ………120

Tabel 4. 20. Persentasi derajat swelling dari DRC-g-CIAETA-g-Kitosan …….121

Tabel 4. 21. Sudut kontak permukaan dari DRC-g-CIAETA dan DRC-g- CIAETA-g-Kitosan ………122

Tabel 4. 22. Diameter zona hambat Staphylococcus aurous dan Staphylococcus epidermis DRC-g-CIAETA dan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan …..124

Tabel 4. 23. Diameter zona hambat Candida albicans DRC-g-CIAETA dan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ………..126

(19)

Nomor Judul Halaman Gambar

Gambar 2. 1. Struktur lignoselulosa ... 7

Gambar 2. 2. Struktur molekul dari selulosa (n = DP : Derajat Polimerisasi) ... 12

Gambar 2. 3. Ikatan hidrogen intramolekuler didalam molekul selulosa ... 13

Gambar 2. 4. Ikatan hidrogen intermolekuler didalam molekul selulosa ... 13

Gambar 2. 5. Sistim Penomoran untuk atom karbon pada unit anhidroglukosa dari selulosa ... 14

Gambar 2. 6. Struktur molekul gula penyusun Hemiselulosa ... 15

Gambar 2. 7. Komponen utama penyusun lignin, a. Sinapill Alkohol (syringyl), b. coniferil alkohol (guaiacil), c. dan p-coumaril alkohol (p-hidroxiphenol) ... 16

Gambar 2. 8. Bentuk sudut kontak dari molekul : (a) hidrofilik dan (b) hidrofobik ... 18

Gambar 2. 9. Goniometer produksi Rame-Hart (Bracco and Holst, 2013). ... 21

Gambar 2. 10. Reaksi Kopolimerisasi Cangkok ... 23

Gambar 2. 11. Metode Modifikasi Cellulose (Sumber : (Tosh and Routray, 2014) ... 25

Gambar 2. 12. Reaksi oksidasi selulosa oleh NaIO4. ... 26

Gambar 2. 13. Skema refresentatif dari kopolimer cabang selulosa ... 27

Gambar 2. 14. Skema refresentatif dari “grafting to” ... 28

Gambar 2. 15. Skema refresentatif dari ―grafting from‖ ... 29

Gambar 2. 16. Skema refresentatif dari ―grafting trough‖ ... 29

Gambar 2. 17. Bentuk grafting from untuk modifikasi selulosa ... 30

Gambar 2. 18. Mekanisme reaksi dari pencangkokan PHBV kepada selulosa melalui inisiasi radikal peroksida ... 32

.Gambar 2. 19. Mekanisme polimerisasi cangkok dengan inisiator K2S2O8... 33

Gambar 2. 20. Struktur molekul dari kopolimer cangkok selulosa dengan Tannin ... 36

Gambar 2. 21. Reaksi pembentukan basa Schiff antara selulosa dengan kitosan . 37 Gambar 2. 22. Struktur molekul dari kitin ... 38

Gambar 2. 23. Struktur molekul dari kitosan ... 38

Gambar 2. 24. Gugus reaktif dari kitosan ... 39

Gambar 2. 25. Struktur molekul dari N-(2-hidroksi) propil-3-trimethil ammonium kitosan klorida ... 41

Gambar 2. 26. Struktur molekul dari : A. N-[(2-hidroksi-3-trimetilammonium- propil-klorida)]-kitosan, B. N-karboksimetil-kitosan, C. O- akrilamidomethil-N-(2-hidroksi-3-trimetil-ammonium) propil kitosan klorida. ... 43

Gambar3.1.Seperangkat alat pencetak selulosa menjadi lembaran (Handsheet)……… …………..46

(20)

Gambar 4.2. Spektrum FT-IR Serat Kulit Durian ………60 Gambar 4. 3. Struktur molekul : A. selulosa, B. Hemiselulosa, dan C. Lignin …61 Gambar 4. 4. Secanning elektron micrograph dari serat kulit durian; (a) 500 x, (b)

dengan NaOH 2%, (c) bleaching NaOCl dengan 1,75%, (d) selulosa sebelum pencetakan dan (e) selulosa setelah pencetakan.

..……..64Error! Bookmark not defined.

Gambar 4. 7. Pulp putih dari kulit durian dan sebagian noda yang tampak

(ditandai lingkaran merah) ………66 Gambar 4. 8. Spektra FT-IR dari Serat dan Selulosa Kulit Durian ………..67 Gambar 4.9. Secanning elektron micrograph 500 x ; (a) selulosa; (b) serat dari

kulit durian ………70 Gambar 4. 10. X-ray diffragtogram dari selulosa dan serat kulit durian ………..72 Gambar 4. 11. Kurva TGA dan DTG dari Selulosa ……….73 Gambar 4. 12. Bentuk fisik selulosa sebelum dan sesudah oksidasi; a. selulosa

sebelum oksidasi, b dan c selulosa sesudah oksidasi ………74 Gambar 4. 13. larutan selulosa teroksidasi sebelum dititrasi, (b) larutan selulosa

teroksidasi setelah dititrasi. ………...75 Gambar 4. 14. Reaksi antara dialdehida selulosa and hidroksilamina

hidroklorida ……….75 Gambar 4. 15. Skema reaksi oksidasi selulosa menggunakan oksidator periodat 76 Gambar 4. 16. Spektrum FT-IR : A. selulosa sebelum oksidasi, B. selulosa

sesudah oksidasi ………..77 Gambar 4.17. Micrograph SEM : (A) selulosa sebelum oksidasi, (B) selulosa

sesudah oksidasi dengan rasio 0,2 (NaIO4/selulosa, b/b), (C)

selulosa sesudah oksidasi dengan rasio 0,4 (NaIO4/selulosa, b/b) dan (D) selulosa sesudah oksidasi dengan rasio 0,6 (NaIO4/selulosa, b/b) ………80 Gambar 4. 18. TEM dari selulosa dengan rasio NaIO4/selulosa : 0,6 …………..81 Gambar 4.19. X-ray diffragtogram selulosa sebelum dan sesudah perlakuan

oksidasi dengan NaIO4. ………84 Gambar 4. 20. Kurva TGA dan DTG : A. selulose sebelum oksidasi, B. selulosa

sesudah oksidasi dengan rasio NaIO4/selulosa : 0,2, C. selulosa sesudah oksidasi dengan rasio NaIO4/selulosa : 0,4, dan D. selulosa sesudah oksidasi dengan rasio NaIO4/selulosa : 0,6 ………87 Gambar 4.21. skematik illustrasi dari : a. selulosa teroksidasi,b. selulosa

teroksidasi di swollenkan dengan air destilat, c. selulosa + CIAETA + K2S2O8, dan d. rute sintesis untuk DRC-g-CIAETA ………….88 Gambar 4.22. Mekanisme polimerisasi pencangkokan DRC-g-CIAETA ………91 Gambar 4. 23. Mekanisme reaksi homopolimerisasi antar monomer CIAETA …93 Gambar 4. 24. Spektrum FT-IR dari DRC dan DRC-g-CIAETA ……….98 Gambar 4. 25. Morfologi permukaan : a. DRC-g-CIAETA 40% 300x, b. DRC-g-

CIAETA 40% 750x, c. DRC-g-CIAETA 50% 300x. d. DRC-g-

(21)

Gambar 4. 26. . XRD dari DRC dan DRC-g-CIAETA ……….101 Gambar 4. 27. Kurva TGA dan DTG dari (a) DRC-g-CIAETA dan (b) DRC ..102 Gambar 4. 28. Derajat swelling dari DRC dan DRC-g-CIAETA ………...103 Gambar 4. 29. Aktivitas antibakteri dari DRC-g-CIAETA sebelum dan sesudah

perlakuan dengan (a) sebelum perlakuan (b) Chloramphenicol (c) S.

aureus, (d) S. epidermis dan pada media agar ……….106 Gambar 4. 30. Aktivitas antifungal DRC dan DRC-g-CIAETA sebelum perlakuan dan sesudah perlakuan (a) sebelum perlakuan (b) Perlakuan dengan Chloramphenicol, (c) Perlakuan dengan strain jamur C. albicans, dan (d) DRC Perlakuan dengan strain jamur C. albicans ………108 Gambar 4. 31. Skematik illustrasi sintesis DRC-g-CIAETA-Kitosan : a. selulosa

teroksidasi,b. selulosa teroksidasi di swollenkan dengan air destilat, c. DRC-g-CIAETA-g-Kitosan (sebelum pengeringan), d. DRC-g- CIAETA-Kitosan (setelah pengeringan) ………..109 Gambar 4. 32. Mekanisme reaksi pembentukan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan 110 Gambar 4. 33. Spektrum FT-IR dari : A. Kitosan, B. DRC-g-CIAET

C. DRC-g-CIAETA-g-Kitosan dan D. DRC ……….115 Gambar 4. 34. Scanning electron micrograph dari : A. DRC, B. DRC-g-CIAETA, C. DRC-g-CIAETA-g- Kitosan ………..116 Gambar 4.35. XRD dari : A. DRC, B. DRC-g-CIAETA,

C. DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ………117 Gambar 4. 36. Kurva TGA dan DTG dari DRC, DRC-CIAETA, dan

DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ………119 Gambar 4. 37. Aktivitas antibakteri dari DRC-g-CIAETA-kitosan sebelum dan

sesudah perlakuan (a) sebelum perlakuan, (b) Perlakuan dengan Chloramphenicol, (c) Perlakuan dengan strain S. aureus, (d)

Perlakuan dengan strain S. epidermis dan pada media agar …….124 Gambar 4. 38. Aktivitas antifungal dari DRC-g-CIAETA-kitosan sebelum dan

sesudah perlakuan (a) sebelum perlakuan, (b) Chloramphenicol, (c) Perlakuan dengan strain fungi C. albicans (d) DRC-g-CIAETA terhadap strain fungi C. albicans pada media agar ………126

(22)

Nomor Judul Halaman Gambar

Lampiran 1. Thermogram XRD ……… 132 Lampiran 1. 1. Serat Selulosa. ... 138 Lampiran 1. 2. Selulosa ... 139 Lampiran 1. 3. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,6 ... 140 Lampiran 1. 4. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,4 ... 141 Lampiran 1. 5. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,2 ... 142 Lampiran 1. 6. Pencangkokan DRC-g-CIAETA ... 143 Lampiran 1. 7. Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 146 Lampiran 2. Kurva TGA ………... 141 Lampiran 2. 1. Selulosa ... 147 Lampiran 2. 2. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,6 ... 148 Lampiran 2. 3. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,4 ... 149 Lampiran 2. 4. Selulosa Oksidasi NaIO4/selulosa : 0,2 ... 150 Lampiran 2. 5. Pencangkokan DRC-g-CIAETA ... 151 Lampiran 2. 6. Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ... 152 Lampiran 3. Spektrum FT-IR ………... 147 Lampiran 3. 1. Serat Kulit Durian ………. 153 Lampiran 3. 2. Cellulose………. 154 Lampiran 3. 3. Pencangkokan DRC-g-CIAETA 40% ……….. 156 Lampiran 3. 4. Pencangkokan DRC-g-CIAETA 50% ……….. 157 Lampiran 3. 5. Pencangkokan DRC-g-CIAETA 60% ……….. 158 Lampiran 3. 6. Pencangkokan DRC-g-CIAETA 70% ……….. 159 Lampiran 3. 7. Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan ……….. 160 Lampiran 4. Analisa Statistik ……… 155

Lampiran 4.1. Uji Normalitas dari Persentase Pencangkokan DRC-g-CIAETAase Pencangkokan DRC-g-CIAETA ... 161 Lampiran 4.2. Uji ANOVA dari Persentase Pencangkokan DRC-g-CIAETA ... 162 Lampiran 4.3. Uji ANOVA dari Persentase Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g- Kitosan ………...163

(23)

AA Acrylic Acid

AIBN Azobisisobutironitril

ASTM American Standard Testing and Material

BPO Benzoyl Peroxide

BSA Bovin Serum Albumin

C-g-PAA Cellulose-g-Poly-(Acrylamide-Co-Acrylic

CIAETA 2-[Acryloyloxyl]ethyltrimethylammonium Chloride

CR Congo Red

DAC Dialdehide Cellulose

DMSO Dimetil Sulfoksida

DP Derajat Polimerisasi (DP).

DS Degree substitution

DSC Diffrential Scanning Calorimetry (DSC) DTA Thermogravimetric Analysis

FT-IR Fourier Transform Infrared

GL Gaunge Length

HEMA 2-hydroxy ethyl methacrylate

KPS Kalium Peroksidisulfat

LBKP Leaf Bleached Kraft Pulp

MHA Mueller Hinton Agar

MMA Methyl Methacrylate Acid

NA Nutrient Agar

NBKP Needle Bleached Kraft Pulp

PAA Poly(Acrylic Acid)

PDA Potato Dextrose Agar

PHBV Poly (3-Hidroksibutirate-Co-3-Hidroksivalerate)

PMMA Polymethyl Metacrylate

QASs Quartenery Ammonium Salts SEM Scanning Electron Microscope

SNI Standard Nasional Indonesia

TEM Thermoelectro Magnetic

TG Thermogravimetric

TGA Thermogravimetric Analysis

XRD X-Ray Diffractometer

ANOVA Analisis Of Varians

(24)

1.1. Latar Belakang

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian ekstensif telah dilakukan pada pengembangan bahan antibakteri dengan tujuan untuk mengurangi risiko infeksi bakteri (Kong et al., 2019). Permintaan untuk kebersihan, produk antibakteri dan aplikasi perawatan pribadi meningkat, terutama perlengkapan perawatan kesehatan, telah menarik perhatian di kalangan peneliti (Nakasone, Ikematsu and Kobayashi, 2016). Pembalut luka tradisional seperti kapas telah digantikan oleh produk perawatan luka canggih yang terbuat dari biomassa, seperti asam hialuronat (Uppal et al., 2011), kitosan (Liang et al., 2016) and selulosa bakteri (Czaja et al., 2006). yang dapat menempel erat pada luka tanpa menyebabkan ketidaknyamanan saat pelepasan.

Selulosa adalah biopolimer terbarukan paling melimpah yang tersedia sebagai sumber daya alam dan menarik banyak perhatian karena : ketersediaan dalam skala besar, efektivitas biaya, ramah lingkungan, keberlanjutan dan biokompatibilitas (Athinarayanan, Alshatwi and Subbarayan Periasamy, 2020) (Motaung and Linganiso, 2018). Isolasi selulosa dari limbah pertanian telah menjadi lebih popular sebagai sumber yang menjanjikan untuk produksi selulosa seperti batang kelapa sawit (Lamaming et al., 2017), ampas tebu (Sun et al., 2004), limbah sayuran (Perotto et al., 2018), kurma (Galiwango et al., 2019) and kulit durian (Zhao et al., 2019)

Di Indonesia, durian merupakan salah satu komoditas terbesar dan dianggap sebagai salah satu produk sampingan terbesar. Menurut data Badan pusat Statistik Indonesia, produksi durian, khususnya di Sumatera utara, nilai produksi durian meningkat dari 65.529 ton tahun 2015 menjadi 74.811 ton pada tahun 2017.

Peningaktan nilai Produksi durian terus terjadi hingga ketahun 2018 dan 2019 dengan angka produksi masing-masing 82.873 ton dan 90.105 ton. (https://www.bps.go.id) dan diprediksi akan meningkat sebesar 900.000 ton/tahun untuk 20 tahun ke depan (Dewi and Putri, 2016). Kulit durian adalah sumber selulosa yang paling menjanjikan karena kandungan selulosanya yang tinggi (60,54 %) dan beberapa

(25)

komponen yaitu hemiselulosa (13.09 %) dan lignin (15,45 %) (Siti Nur E’Zzati, Anuar and Siti Munirah Salimah, 2018).

Beberapa biopolimer secara intrinsik memiliki aktivitas biosida, misalnya kitosan. Selulosa tidak memiliki sifat biosida. Oleh karena itu dibutuhkan modifikasi kimia atau mencangkokkan senyawa lain, seperti logam nanopartikel (perak, Cu, Zinc, dan lain-lain), antibiotik, dan protein. Hal ini disebabkan karena antibakteri dapat mengalami resistensi terhadap bakteri sehingga penggunaannya menjadi terbatas, beberapa logam nanopartikel memilki efek sitotoksisitas terhadap sel mamalia, protein dalam bentuk bebas sangat sensitif terhadap kondisi lingkungan dan aktivitas bakterinya akan menurun dengan pemakaian waktu yang lama karena terjadi perubahan konformasi dan aglomerasi. Senyawa antibakteri yang terikat kepada molekul pembawa (carrier) secara tidak kovalen, aktivitas antibakterinya mudah mengalami penurunan karena terjadi pelepasan (leaching).

Pelepasan antibakteri akan menurunkan konsentrasi substrat hingga kebawah ambang batas. Pelepasan antibakteri dari molekul pembawa juga dapat membahayakan manusia dan organisme air. Oleh karena itu dibutuhkan biomaterial dengan aktivitas bakteri yang permanen dan panjang (permanent or prolonged). (Tavakolian, Jafari and Ven, 2020)

Beberapa penelitian yang berupaya untuk untuk memasukkan senyawa antibakteri ke dalam molekul selulosa seperti kitosan (Wu et al., 2004), ZnO (Malis et al., 2019), logam nanopartikel (Pinto et al., 2009) dan pembawa obat (Unnithan et al., 2014). Namun senyawa antibakteri yang dimasukkan ke dalam molekul selulosa umumnya menimbulkan efek samping, terjadinya leaching saat pencucuian yang dapat berbahaya karena kemungkinan akumulasi zat beracun (Chen et al., 2015). Strategi terbaru untuk memecahkan masalah leaching adalah melalui modifikasi selulosa dengan kopolimerisasi cangkok selulosa.

(Abdelwahab and Shukry, 2015), (Li et al., 2019). Selulosa yang disiolasi dari ampas tebu dicangkokkan dengan akrilamida dan glicidil metakrilat berhasil diperoleh dengan peningkatan yang signifikan dalam sifat antibakteri (Abdelwahab and Shukry, 2015). Dopamin dan montmorillonite dicangkokkan ke nanofibril selulosa menunjukkan sifat antibakteri yang baik (Li et al., 2019).

2-[acryloyloxyl]ethyltrimethylammonium Chloride

(26)

(CIAETA) adalah golongan senyawa garam amonium quarterner (QASs:

quartenary ammonium salts) dan merupakan surfaktan kationik yang memiliki karakteristik sebagai antimikroba. Senyawaan dari QASs memilki aktifitas terhadap mikroorganisme spektrum luas, misalnya bakteri gram positif, bakteri gram negatif, fungi dan beberapa jenis virus. Aktivitas antimikroba QASs terjadi karena : (i) interaksi antara gugus kation ammonium dari senyawaan QASs dengan muatan negatif membran sel bakteri, (ii) interaksi senyawaan QASs dengan bakteri membentuk kompleks surfaktan-mikroba. Interaksi ini dapat mengganggu fungsi membran sel dan aktivitas protein, mempengaruhi DNA bakteri dengan menyebabkan menurunnya kemampuan multiplikasi bakteri. Jika rantai panjang hidrokarbon berikatan gugus kation ammonium dari QASs, maka ada 2 jenis interaksi yang akan terjadi antara senyawaan QASs dengan mikroba yakni interaksi polar dengan kation nitrogen dari gugus amonium dan interaksi non polar dengan rantai hidrofobik. (Simoncic and Tomsic, 2010).

Secara intrinsik, senyawaan QASs memiliki keunggulan sebagai senyawaan antimikroba, tetapi reaksi pencangkokan atau pelapisan (coating) senyawaan QASs pada permukaan serat selulosa menghasilkan permukaan selulosa tampak berminyak (feel greasy) dan tidak disukai oleh konsumen.(Hassan, 2015a)

Oleh karena itu, untuk mengoptimalkan penggunaan senyawaan QASs pada serat, maka senyawaan QASs dipolimerisasikan dengan monomer atau polimer lain sebelum dicangkokkan dengan serat selulosa. Beberapa monomer dan polimer yang telah digunakan antara lain senyawa akrilat atau metakrilat, N- halamine, polibiguanida, phenol halogenasi (misalnya : triclosan-5-chitosan chloro-2-(2-4-dichlorophenoxy phenol) dan kitosan. (Simoncic and Tomsic, 2010)

Kitosan, secara kimia disusun oleh poly-β-(1-4)-D-glucosamine. Selain memilki aktivitas antimikroba, keunggulan lain dari kitosan antara lain tidak bersifat toksit, biokompatibel, dan biodegradable. Fungsi antimikroba dari kitosan disebabkan oleh protonasi gugus amino pada ataom C-2 dari unit glukosamin dan sifat antimikroba dari kitosan sangat mirip dengan senyawa QAS. Gugus amino

(27)

yang bermuatan positif dapat mengikat muatan negatif dari permukaan bakteri sehingga dapat merusak membran sel dan meningkatkan permeabilitasnya.

Walaupun kitosan memiliki keunggulan sebagai antimiroba, kitosan juga memilki kelemahan. Kelemahan dari kitosan adalah sensitif terhadap pH dan terbatas pada kondisi asam, kitosan memiliki daya adhesi yang lemah pada selulosa sehingga menghasilkan gradual leaching pada permukaan serat dengan pencucian berulang.

CIAETA dan kitosan merupakan dua senyawaan yang memilki karakteristik sebagai antimikroba. Namum kedua senyawa tersebut memilki kelemahan. Kelemahan tersebut dapat direduksi menjadi keunggulan. Oleh karena itu, Pada penelitian ini, kami mencoba mengkombinasi CIAETA dan kitosan untuk dicangkokkan pada molekul selulosa limbah kulit durian (DRC: Durian Rind Cellulose). Kombinasi yang dilakukan adalah melalui reaksi polimerisasi CIAETA dan kitosan. Agar CIAETA dan kitosan dapat membentuk ikatan kimia kovalen dengan DRC, maka DRC dioksidasi dengan garam periodate untuk membentuk gugus aldehid. Selanjutnya gugus aldehid ini menjadi titik aktif (active site) dan akan bereaksi dengan gugus amino kitosan dan membentuk basa Schiff (C = N ikatan rangkap). Diharapkan melalui modifikasi dan reaksi polimerisasi bertahap maka interaksi fisik dan kimia antara CIAETA dan kitosan pada rantai selulosa dapat terjadi secara simultan sehingga meningkatkan efektifitas sifat antibakteri dan mengurangi terjadinya pelepasan (leaching) pada penggunaan berulang.

1.2. Perumusan Masalah

Selulosa adalah biomolekul yang sangat menarik dan dapat ditransformasikan sebagai biofiber yang memilki aktifitas antibakteri dan antifungal. Transformasi selulosa menjadi biofiber yang memiliki aktifitas antibakteri dapat dilakukan dengan memodifikasi selulosa secara kimia dengan teknik cangkok kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer antibakteri CIAETA dan kitosan. Permasalahnnya adalah selama ini senyawa antibakteri yang direaksikan dengan selulosa hanya bersifat melapisi (coating) pada permukaan selulosa, sehingga molekul senyawa antibakteri mudah lepas dari

(28)

permukaan selulosa saat pencucian (leaching) sehingga menghilangkan daya aktivitas antimikrobanya. Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah : 1. Bagimana persentasi keberhasilan modifikasi permukaan selulosa limbah kulit

durian dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan

2. Bagaimana karakteristik kimia dan fisika dari selulosa limbah kulit durian yang telah modifikasi permukaan dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan

3. Bagaimana pengaruh modifikasi permukaan dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan terhadap aktivitas antibakteri dan antifungal dari selulosa limbah kulit durian terhadap strain bakteri S. aureus dan S.epidermis dan strain jamur C. albicans

1.3. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian adalah :

1. Menentukan persentasi keberhasilan dari modifikasi permukaan selulosa limbah kulit durian dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan

2. Menentukan karakteristik kimia dan fisika dari selulosa limbah kulit durian yang telah dimodifikasi permukaan dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan

3. Menentukan aktivitas antibakteri dari antifungal dari selulosa yang dimodifikasi permukaan dengan teknik pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan terhadap strain bakteri S. aureus dan S.epidermis dan strain jamur C. albicans

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai upaya mengoptimalkan penggunaan biofiber selulosa limbah kulit durian sebagai biofiber yang dapat ditransformasikan menjadi biofiber yang memilki aktifitas antibakteri dan antifungal melalui reaksi cangkok kopolimerisasi radikal bebas.

(29)

1.5. Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup dari penelitian disertasi ini meliputi :

a. Pemisahan serat dari limbah kulit durian secara mekanik

b. Isolasi selulosa dari limbah kulit durian melalui metode hidrolisis asam dan basa.

c. Reaksi oksidasi selulosa limbah kulit durian dengan garam periodate NaIO4

dengan rasio 0,2, 0,4, dan 0,6 (b/b) dan waktu reaksi 1,2,3,4, dan 5 jam

d. Kopolimerisasi cangkok DRC dengan monomer CIAETA. Variasi konsentrasi CIAETA 40%, 50%, 60% dan 70%

e. Pencangkokan DRC-g-CIAETA-g-Kitosan

f. Karakterisasi kimia dan fisika dari serat kulit durian, selulosa, selulosa teroksidasi, dan selulosa hasil modifikasi permukaan pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas dengan monomer CIAETA dan kitosan

1.6. Kebaruan (Novelty)

Kebaruan dalam penelitian ini terletak pada upaya untuk memperoleh pembentukan ikatan kimia antara DRC, CIAETA, dan kitosan melalui modifikasi permukaan pencangkokan kopolimerisasi radikal bebas. Diharapkan CIAETA dan kitosan yang dicangkokkan pada DRC tidak hanya berikatan secara fisik (coating) pada permukaan DRC akan tetapi juga berikatan secara kimia sehingga efektivitas DRC sebagai antimikroba dapat bertahan lama dan meminimalisir terjadinya efek pelepasan (leaching). Upaya yang dilakukan dalam penelitian ini adalah melalui reaksi pencangkokan dengan inisiator gugus sulfat (K2S2O8: KSP : kalium persulfat) dan pemanasan dalam kondisi gas nitrogen. DRC diisolasi menggunakan metode hidrolisis asam dan basa. Hidrolisis asam dengan asam nitrat, HNO3 3,5%. Hidrolisis basa dengan natrium hidroksida, NaOH dan menggunakan teknik ledak uap. Reaktivitas DRC ditingkatkan dengan mengoksidasi DRC menggunakan garam periodat. Oksidasi DRC membentuk gugus dialdehida pada C-2 dan C-3 pada struktur molekul DRC. Gugus dialdehida dari DRC adalah gugus aktif yang dengan mudah dapat diinisiasi oleh gugus sulfat (S2O8-2

) membentuk radikal bebas. Radikal bebas dari gugus dialdehida

DRC diharapkan dapat bereaksi dengan gugus elektrofilik dari CIAETA (R-N(CH₃)⁺) dan kitosan (R-NH₂).

(30)

BAB 2

TINJAUN PUSTAKA

2.1. Lignoselulosa

Lignoselulosa merupakan biomassa yang dibentuk oleh tiga komponen utama: (1) selulosa, lignin, dan Hemiselulosa. Keberadaan tiga komonen utama tersebut menjadikan lignoselulosa memilki struktur komplek. (Gambar 2.1).

Selulosa dikelilingi oleh satu lapisan hemiselulosa dan juga ditemukan sebagai matrik dari hemiseulosa dan lignin. Kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin dari biomassa lignoselulosa berbeda-beda. (Tabel 2.1) Perbedaan kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin disebabkan banyak faktor, antara lain sumber biomass, usia biomassa, dan proses ekstraksi yang dilakukan.

Gambar 2. 1. Struktur lignoselulosa

(Sumber : Mulyadi, 2019 dalam Zhou,et.al, 2010) (Mulyadi, 2019)

(31)

Tabel 2.1. Kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin dari biomassa lignoselulosa.

Serat

Sifat-Sifat Kimia Selulosa (%) Hemiselulosa

(%) Lignin (%)

Serat Kulit

Durian^* 57,4 22 13,6

CQRF 77,17 11,02 10,45

Cotton 82,7 5,7 -

Coir 32-43 0,15-0,25 40-45

Jute 64,4 12 11,8

Flax 64,1 16,7 2,0

Hemp 68 15 10

Kenaf 31-72 20,3-21,5 8-19

Ramie 68,6-85 13-16,7 0,5-0,7

Sisal 60-78 10,0-14,2 8,0-14

Hibiscus 28 25 22,7

Pineapple Leaf 70-83 - 5-12,7

Banana 56-63 20,25 7-9

Banana Fibre 31,27 14,98 15,07

Paimyrah 40-52 42-43 -

Bamboo 73,83 12,49 10,15

Sanseveiricylindri

ca 79,7 10,13 3,8

Nerium oleander 45 15 21

Curau 70,7 9,9 7,5-11,1

Corn stalks 35 25 35

Corn cobs 45 35 15

Bagasse 40 30 20

Wheat straw 30 50 15

* (Lubis et al., 2018), (Sundarraj and Ranganathan, 2018).

2.1.1. Selulosa

Selulosa merupakan biopolimer dengan ketersediaan yang melimpah dan berperan sebagai komponen struktur yang penting pada dinding sel tanaman.

Industri menggunakan Selulosa sebagai bahan baku (starting material) untuk berbagai produk diantaranya bahan baku untuk industri pulp dan paper, senyawa turunan selulosa (misalnya : viscose rayon), selulosa ester (misalnya : selulosa asetat dan selulosa nitrat), selulosa ether (misalnya : karboksimethil dan ethil-selulosa) dan produk lainnya berbasis selulosa (nanoselulosa dan mikro kristal selulosa).

Pengembangan selulosa menjadi material, diantaranya tekstil, biokomposit, dan

(32)

bahan teknik lainnya, didasarkan kepada reaktifitas gugus fungsi dari molekul strukturnya.

2.1.1.1. Bahan Sumber Selulosa

Pada umumnya, bahan yang dapat digunakan sebagai sumber selulosa adalah tanaman, tunicate, algae, dan Bakteri.

a. Tanaman

Tanaman merupakan sumber selulosa utama karena ketersediaannya yang melimpah. Beberapa tanaman sumber selulosa diantaranya kapas, rami, serat batang pisang, bambu, dan lain lain. Keterbatasan bahan selulosa dari serat kayu tanaman, banyak penelitian telah dilakukan untuk memanfaatkan limbah perkebunan atau pertanian sebagai bahan sumber selulosa, diantaranya, jerami padi, kulit tebu, ampas tebu, pelepah tandan kosong kelapa sawit, daun pelepah kelapa, serabut kelapa, dan kulit durian.

b. Tunicate

Tunicate adalah hewan laut yang dapat menghasilkan selulosa. Kelompok hewan laut ini dikenal juga dengan sebutan ―sea squirts” (Asidiacea). Ada sekitar 2300 spesies Asidiacea, diantaranya : Halocynthia roretzi, Halocynthia papillosa, dan Metandroxarpauedai. (Moon et al., 2011)

c. Algae

Beberapa spesies algae yang dapat menghasilkan selulosa diantaranya : spesies algae hijau, abu-abu, merah, kuning-hijau, dan lain-lain. Spesies algae sebagai sumber selulosa adalah Micrasterias denticulate, Micrasterias rotate, Valonia, Caldophora, Boergesenia. (Moon et al., 2011)

d. Bakteri

Spesies bakteri yang dapat menghasilkan selulosa adalah Gluconacetobacter xylinus (Acetobacter xylinum). Selulosa bakteri merupakan produk metabolisme ekstraseluler dari Acetobacter xylinum. Acetobakter xylinum adalah golongan bakteri gram negatif penghasil asam laktat. Struktur selulosa bakteri sangat mirip dengan struktur selulosa dari tanaman, tersusun atas unit β-1,4-glikosida. (Moon et al., 2011)

(33)

2.1.1.2. Durian.

Durian (Durio zibenthinus, Murr) merupakan salah satu buah tropis yang dikenal dengan nama ―raja buah‖ (king of fruits). Morfologi buah durian memilki kulit pada permukaannya berduri tajam dan bentuknya yang runcing serta pada bagian bawah tampak lebar. Durian merupakan spesies tanaman musiman tropis dikotiledon yang tergolong kedalam Famili Bombacaceae dan bergenus Durio.

Buah tropis ini sangat populer di Asia Tenggara, misalnya: Thailand, Malaysia, Indonesia, dan Filipina. (Foo and Hameed, 2012) ; (Penjumras et al., 2015) ; (Foo and Hameed, 2011); (Series and Science, 2018); (B and I, 2012); (Penjumras et al., 2015), (Rachtanapun et al., 2012).

Potensi Durian untuk pasar dunia, dapat dilihat dari market pertumbuhannya. Market pertumbuhan buah durian untuk pasar dunia mencapai jumlah 1,4 x 10⁶ ton. Market pasar ini didominasi oleh beberapa negara, diantaranya adalah : Thailand (781.000 ton, Malaysia (376.000 ton), Indonesia (265.000 ton) dan ikuti oleh Philipina (wilayah Davao), Kamboja, Laos, Vietnam, Myamnar, India, Sri Langka, Florida, Hawai, Papau New Guinea, Madagascar, dan Australia. Sementara Cina (65.000 ton), Singapora (40.000 ton), dan Taiwan (5.000 ton) merupakan negara importir durian dengan total 65 % dari total nilai ekspor durian. (Foo and Hameed, 2011).

Indonesia dengan iklim tropisnya dan beraneka jenis buah-buahan tropis yang ada, durian merupakan buah primadona yang banyak digemari oleh masyarakat. Potensi produksi durian di Indonesia sangat tinggi. Di indonesia durian dapat ditemukan hampir diseluruh wilayah Indonesia. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik Indonesia, Produksi buah durian di Indonesia untuk tahun 2012 s/d 2016 terdiri dari 888. 127 ton, 759.000 ton, 859.177 ton, 995.735 ton, 735.423 ton. Sumatera utara, merupakan Provinsi penghasil durian yang terbanyak dibandingkan Provinsi lainnya di Indonesia. Produksi durian di Sumatera utara untuk tahun produksi 2012 – 2016 terdiri dari : 102.767 ton, 79.993 ton, 80.442 ton, 65.529 ton, dan 74.811 ton. (―Badan Pusat Statistik,‖

2017).

Peningkatan produksi durian akan berpotensi meningkatkan limbah dari kulit durian. Potensi peningkatan limbah kulit durian dapat terjadi, karena

(34)

berdasarkan komposisi buah durian. Buah durian terdiri dari : 20 -25% dari bobot buah durian merupakan biji dan 70 – 85 % adalah kulit. Kulit durian merupakan produk sisa (by product) dari konsumsi buah durian. (Penjumras et al., 2015;

Dewi and Putri, 2016 ; Foo and Hameed, 2011; Penjumras et al., 2014; Rizal et al., 2015). Rujukan dari Data Badan Pusat Statistik Indonesia, Bahwa produksi durian di Indonesia untuk tahun 2016 mencapai 735.423 ton, maka dapat diprediksikan bahwa limbah kulit durian yang akan dihasilkan 514.796 ton.

Proses transformasi biomassa kulit durian sebagai material komoditi bernilai tinggi merupakan proses modifikasi yang dapat dilakukan secara kimia dan biokimia. Limbah tanaman yang mengandung lebih dari 90% (b/b) polimer karbohidrat (polisakarida) dapat di modifikasi melalui reaksi kimia dan biokimia.

(Rachtanapun et al., 2012). Berdasarkan kepada jenis tanaman, kebanyakan material tanaman mengandung kira-kira 40-55% selulosa, 15-35% lignin, dan 35-40% hemiselulosa. (Penjumras, Abdul, et al., 2014). Berdasarkan studi penelitian, limbah kulit durian yang merupakan limbah pertanian memilki komposisi selulosa, hemiselulosa, dan lignin, masing-masing adalah : 60,45%, 13,09%, dan 15,45%. (Series and Science, 2018). Data Penelitian lain, menyatakan komposisi kimia dari kulit durian, sebagai berikut : (Tabel 2.2)

Tabel 2. 2. Komposisi Kimia dari kulit dan Serat Durian.

Komposisi Kimia

Standard Kulit durian yang dikeringkan

(%)

Serat Kulit Durian (%)

Kulit Durian (%)

Kadar Abu TAPPI-T211- om-93

5,5 4,3 4,35

Lignin TAPPI-T222-

om-98

10,9 10,7 15,45

Holoselulosa Acid chlorite’s Browing

47,1 54,2 73,54`

α-selulosa TAPPI-T203- om-88

31,6 35,6 60,45

Hemiselulosa - 15,5 18,6 13,09

(Sumber : (Rizal et al., 2015)

(35)

2.1.1.3. Struktur Selulosa

Selulosa (gambar 2.2) dengan rumus molekul (C6H10O5)n, tergolong senyawa polisakarida yang dapat ditemukan pada tanaman dan mikroorganisme yang disusun oleh unit ikatan β-D-glukopiranosa melalui ikatan kovalen antara gugus OH dari atom karbon C4 dan C1.(Prakash Menon et al., 2017)

Selulosa adalah homopolimer linier yang disusun oleh unit D-anhidroglukopiranosa dan dihubungkan oleh ikatan β-(1,4)-glikosida, tidak

seperti glukosa didalam polimer glukan lainnya, unit berulang yang terdapat pada polimer selulosa merupakan suatu dimer dari glukosa yang disebut dengan sellobiosa. Agregat rantai glukosa linier dapat membentuk mikrofibril yang kuat.

Sifat-sifat dari selulosa dipengaruhi oleh Derajat Polimerisasi (DP). Nilai DP sangat dipengaruhi oleh sumber selulosanya. Tingginya jumlah gugus hidroksil (OH) pada kerangka cincin glukosa sendiri merupakan faktor penyebab terjadinya ikatan hidrogen antara rantai selulosa. (Shaghaleh, Xu and Wang, 2018). Bentuk ikatan hidrogen yang terjadi dapat bersifat ikatan intramolekuler dan intermolekuler. (Gambar 2.3 dan 2.4). Hasil dari pembentukan ikatan hidrogen tersebut adalah : (a) kristalisasi dari rantai selulosa menjadi mikrofibril yang tak larut (insoluble) dan 2 bentuk struktur, terdiri dari : bentuk kristal dan amorph, (b) selulosa akan memilki kekuatan, kekakuan, daya tahan, dan biokompatibilitas yang tinggi. (Shaghaleh, Xu and Wang, 2018)

Gambar 2. 2. Struktur molekul dari selulosa (n = DP : Derajat Polimerisasi) (Sumber : Roy et al., 2009)

(36)

Gambar 2. 3. Ikatan hidrogen intramolekuler didalam molekul selulosa (Sumber : Roy et al., 2009)

Gambar 2. 4. Ikatan hidrogen intermolekuler didalam molekul selulosa (Sumber : (Roy et al., 2009)

2.1.1.4. Reaktifitas Selulosa

Salah satu karakteristik yang spesifik dari selulosa adalah bahwa setiap monomer dari selulosa (monomer : unit anhidroglukosa) terdiri dari tiga gugus hidroksil (OH). Kemampuan gugus hidroksil membentuk ikatan hidrogen merupakan faktor yang penting didalam pembentukan fibril dan sifat semikristalin dari selulosa. (Habibi, 2014)

Berdasarkan struktur molekulnya, reaktifitas kimia dari selulosa disebabkan oleh adanya tiga gugus hidroksil (OH) pada setiap rantai residu glukosa penyusunnya. Posisi gugus hidroksi (OH) pada C2 dan C3 bersifat

(37)

sebagai alkohol sekunder dan Gugus hidroksil (OH) pada C6 bersifat sebagai alkohol primer. (gambar 2.5). Ketiga gugus hidroksil (OH) dari residu glukosa rantai selulosa merupakan gugus tempat terjadinya reaksi pada selulosa. Jika ketiga gugus OH dari unit anhidroglukosa disubstitusi untuk terjadinya suatu reaksi maka keberadaan selulosa disebut berderajat substitusi 3 (DS = 3, DS degree of substitution). Nilai DS menyatakan sebagai jumlah rata-rata gugus OH dari unit anhidroglukosa dari molekul selulosa yang tersubsitusi. (Roy et al., 2009)

Gambar 2. 5. Sistim Penomoran untuk atom karbon pada unit anhidroglukosa dari selulosa

(Sumber : (Roy et al., 2009)

Reaktifitas dari ketiga gugus OH tersebut dipengaruhi oleh ―inherent chemical reactivity”, misalnya, dipengaruhi oleh faktor Steric yang dihasilkan oleh zat-zat pereaksi atau yang berasal dari struktur supermolekul selulosa.

Misalnya : pada reaksi esterifikasi, gugus OH pada C6 bereaksi 10 kali lebih cepat dari pada gugus hidroksil lainya. Pada reaksi etherifikasi Gugus OH pada C2 bereaksi 2 kali lebih cepat dari pada gugus OH pada C3. Dibandingkan dengan 2 gugus alkohol sekunder, maka gugus alkohol primer pada C6 dengan posisi axis dapat mengalami rotasi bebas disekitar ikatan C5 dan C6. Secara umum urutan reativitas gugus hidroksil adalah : OH – C6 >>OH – C2 > OH – C3. (Roy et al., 2009), (Lizundia, Meaurio and Vilas, 2016)

(38)

2.1.2. Hemiselulosa

Hemiselulosa merupakan polisakarida heterogen yang dibentuk melaui rute biosintetik yang berbeda dengan selulosa. Selulosa berbentuk homopolisakarida dan hemiselulosa berbentuk heteropolisakarida. Selulosa dan hemiselulosa memilki fungsi yang sama yaitu sebagai material pendukung didalam dinding sel. Hemiselulosa relatif mudah dihidrolisis oleh asam menjadi komponen-komponen monomer misalnya : D-glukosa, D-mannosa, D-xylosa,

L-arabinosa, dan komponen kecil lainnya misalnya : L-rhamnosa, asam D-glukuronat, asam 4-O-methil asam glukuronat, dan asam D-galakturonat.

Hemiselulosa memiliki reaktivitas yang lebih tinggi daripada selulosa.

Hemiselulosa sangat mudah terdekomposisi menjadi monomer seperti : manosa, xylosa, dan beberapa asam glukuronat. Hemiselulosa yang terpapar asam, ikatan glikosida akan mengalami pemecahan sehingga hemiselulosa akan terdegradasi.

Hemiselulosa memilki struktur komplek dan disusun oleh lima unit gula : (1) xylosa, (2) mannosa, (3) galaktosa, (4) rhamnosa, dan (5) arabinosa. Struktur dari kelima unit gula penyusun hemiselulosa ditunjukkan didalam gambar 2.6.

Gambar 2. 6. Struktur molekul gula penyusun hemiselulosa

Galaktosa Mannosa

Xylosa

Rhamnosa Arabinosa

O HO

O

OH

O

(39)

Hemiselulosa dan selulosa berbeda dalam tiga hal. Pertama, unit gula penyusunnya, dimana selulosa hanya disusun oleh unit gula 1,4-β-D- glukopiranosa. Kedua, hemiselulosa memilki derajat rantai cabang, dan selulosa adalah polimer rantai lurus. Ketiga, derajat polimerisasi dari selulosa 10-1000 kali lebih tinggi daripada hemiselulosa. (Baxter et al., 2008)

2.1.3. Lignin

Lignin merupakan satu dari tiga komponen utama penyusun biomassa lignoselulosa setelah selulosa dan hemiselulosa. Lignin disusun oleh senyawa alkohol aromatik dan disebut sebagai monolignol. Senyawa alkohol aromatik utama penyusun molekul lignin terdiri dari Sinapil Alkohol (syringil), koniferil alkohol (guaiacil), dan p-koumaril alcohol (p-hidroksiphenol). (Gambar 2.7), (Irawan, Muslimah and Arifin, 2018)

Gambar 2. 7. Komponen utama penyusun lignin, a. Sinapill Alkohol (syringil), b. koniferil alkohol (guaiacil), c. dan p-koumaril alkohol (p-hidroksiphenol)

Lignin merupakan polimer hidrokarbon yang terdiri dari rantai alifatik dan aromatik. Monomer induk penyusunnya terdiri dari rantai phenil propana tersubsitusi. Sifat mekanik dari lignin lebih rendah dari selulosa. lignin secara keseluruhan berbentuk amorps dan hidrofobik. Lignin memberikan bentuk rigiditas (kaku atau keras) pada tanaman. Lignin merupakan polimer termoplastik dengan suhu transisi kaca sekitar 170⁰C. Lignin tidak dapat dihidrolisis oleh asam, tetapi larut dalam alkali panas, mudah teroksidasi dan berkondensasi dengan phenol. (Baxter et al., 2008)

(40)

2.2. Permukaan Serat

Setiap material memiliki bagian terpenting yaitu permukaan, karena permukaan merupakan bagian pertama yang akan berinteraksi atau mengalami kontak dengan material lain (permukaan material lain) dan juga bagian yang berinteraksi dengan atmosfer atau udara lingkungan dimana material tersebut berada

(Kalin dan Polajnar, 2014). Interaksi antar permukaan dapat terjadi antara permukaan padatan dengan padatan, padatan dengan cairan, atau cairan dengan cairan. Interaksi antar permukaan yang sering diamati dalam dunia industri adalah interaksi antara padatan dengan cairan. Menurut Xu et al., (2013), ketika padatan dan cairan mengalami kontak, maka cairan akan menggantikan lapisan udara pada permukaan padatan, sehingga terbentuk antarmuka padat-cair atau yang disebut dengan fenomena keterbasahan (wettability).

Menurut Adamson and Gast (1997) keterbasahan memiliki arti, sudut kontak antara larutan dan padatan adalah nol atau mendekati nol, sehingga larutan akan tersebar di atas permukaan padatan dengan merata, dan ketidakbasahan padatan berarti memiliki sudut kontak lebih besar dari 90˚, sehingga akan didapati larutan yang cenderung membentuk bulatan dan tergelincir di atas permukaan.

Pemahaman akan permukaan serat alam merupakan hal yang sangat penting untuk dapat memahami efek adhesive bonding dari serat alam yang merupakan polimer heterogen kompleks, tersusun atas selulosa, hemiselulosa, dan lignin. permukaan serat dipengaruhi oleh morfologi polimer, zat-zat kimia ekstraktif, dan kondisi proses. Meskipun penggunaannya terbatas, permukaan serat alam dapat digunakan untuk mengestimasi karakteristik dari komponen serat alam. (Adekunle, 2015)

2.2.1. Sudut Kontak

Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk antara bidang datar bahan uji dengan permukaan cairan yang diteteskan ke bahan uji. Sudut ini sebagai salah satu parameter penting untuk mengetahui energi permukaan, hidrofobisitas, kekasaran dan heterogenitas. Dari pengukuran sudut kontak dapat diketahui permukaan bersifat hidrofobik atau bersifat hidrofilik. Menurut Karthick &

(41)

Maheshwar (2008), permukaan yang bersifat hidrofobik memiliki sudut kontak antara 90°-150°dan hidrofilik memiliki sudut kontak antara 10-90°. Sudut kontak pada permukaan hidrofilik dan hidrofobik ditunjukkan pada Gambar 2.8.

(a) (b)

Gambar 2. 8. Bentuk sudut kontak dari molekul : (a) hidrofilik dan (b) hidrofobik Sumber : (Wiguna, dkk, 2018).

Sudut kontak dapat dihitung dengan persamaan 2.1 dibawah ini :

γpadat = γpadat-cair + γcair cos θ (2.1) dimana : γpadat dan γ_cair masing-masing adalah tegangan permukaan padat dan cairan, γ_padat-cair adalah tegangan permukaan (tegangan antarmuka) antara permukaan padat dan permukaan cair. Tegangan antarmuka dapat juga didefinisikan diantara dua cairan jika masing-masing tidak saling melarutkan. Jika

θ < 90^o, cairan membasahi permukaan padatan dan hal ini dapat terjadi jika γpadat > γpadat-cair (Dogra, 1990)

Permukaan yang memiliki kemampuan hidrofobik tinggi (super- hidrofobik) di alam yang paling dikenal adalah permukaan daun teratai (Lotus), sehingga istilah yang biasa digunakan untuk permukaan dengan hidrofobisitas tinggi adalah ―Lotus Effect‖. Daun teratai memiliki kemampuan swa-bersih (self- cleaning) dan menolak air, yang menjadikannya model alami untuk pengembangan sintesis lapisan superhidrofobik. Selain itu, sudut kontak tidak terbatas pada antarmuka liquid-vapor pada padat; mereka juga berlaku untuk antarmuka cair-cair pada padat. Struktur permukaan daun teratai ini memiliki dua tingkatan kekasaran, (dalam skala mikro dan nano) yang mampu memperangkap udara dibawah tetesan air sehingga dapat menyebabkan tetesan air bergulir dan inilah karakteristik permukaan super-hidrofobik yang baik (Bravo et al., 2007)