Lampiran 1. TKKS Lampiran 2. Serbuk α-Selulosa
Derajat Substitusi (DS) dihitung dengan cara: % ��� = [ ( �0− �n ) x 0,058 x 100 ] / M
Derajat Substitusi (DS) = [ 162 x % CMC / [5800- (57 x % CMC] Dimana V0 = ml NaOH yang digunakan untuk menitrasi blanko
Lampiran 8. Data hasil anava berat monokloroasetat terhadap derajat substitusi
Lampiran 9. Data hasil anava waktu sintesis CMC terhadap Derajat Substitusi
Sumber
Lampiran 10. Perhitungan Nilai Viskositas (η) (η)viskositas Relatif
(η)viskositas Spesifik
(η)viskositas Reduksi
Data Viskositas reduksi terhadap konsentrasi
DAFTAR PUSTAKA
Aambjornsson, H. A., K. Schenzel., and U. Germgard. 2013. Carboxymethyl Cellulose Produced at Different Mercerization Condition and Caracterized by NIR FT Raman Spectroscopy in Combination with Multivariate Analytical Methods. Bioresources.com. 8. 1918-1932.
Adinugraha, M. P. and D.W. Marseno, Haryadi. 2005. Synthesis and Characterization of Sodium Carboxymethyl Cellulose From Cavendish Banana Pseudo Stem (Musa Cavendishii LAMBERT). Carbohydrate Polymers, 62:164-169.
Arnelli, Yoga M. S. H., Astuti Y., 2006. Pengaktifan Kapas Sebagai Resin Penukar Kation Asam Lemah. Jurnal Sains & Matematika. Vol 14 No.4
Arum, W. , Khoirul, U., dan Siti T., 2005, Karakterisasi Karboksimetil Selulosa (CMC) dari Eceng Gondok (Eichornia crassipes (Mart) Solm), A Review : Indo. J. Chem., 2005,5 (3), 228-231
Battacharyya, M. W., Lim, T. 1995, Optimasi Kondisi Reaksi Sintesis Karboksimetil Selulosa Dari Jerami Padi (Oryza sativa), Universitas Tadulako, Palu.
Belitz, H.D and W.Grosch., 1987, Food Chemistry,Translation from the second German Edition by D. Hadziyev, Department of Food Science University of Alberta, Canada. Bird, T. 1993. Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta : PT. Gramedia
Coei – 1 - CMC. 2009. International Cenological Codex Carboxymethylcellulose
Darnoko. 1992. “Potensi Pemanfaatan Limbah Lignoselulosa Kelapa Sawit Melalui Biokonversi”. Berita penelitian perkebunan Vol 2 (2). Medan : Puslitbun (RISPA). Deman, M.J. 1997. Kimia Makanan. Edisi Kedua. Bandung : ITB Bandung.
Enari, T.M., 1983, Microbial Cellulase, Di dalam W.M Fogarty (ed). Microbial Enzyme and Biotechnology Applied Science Publisher. New York.
Fauzi, Y. 2012. Kelapa Sawit. Edisi Revisi. Jakarta : Penebar Swadaya.
Hadi, M. M., 2004. Teknik Berkebun Kelapa Sawit.Cetakan Pertama. Adicita Karya Nusa. Yogyakarta
Hambali, E. 2008. Teknologi Bioenergi. Cetakan Kedua. Jakarta: Agro Media Pusaka.
Hamellinck CN, Hooijdonk GV, Faaji APC. 2005. Etanol From Lignocellulosic Biomass: Techno- Economic Perfomance In Short, Middle And Long Term. Biomass and Bioenergy 28: 384-410.
Haygreen, J. G. 1987. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada Press.
Heinze, T. 2005. Carboxymethyl Ether of Cellulose and Starch. Xhmnr Pacthtejibhoro Cbi Pbr. 3. 13-29.
Herawan, T. 2013. Pembuatan Mikrokristal Selulosa Tandan Kosong Sawit Sebagai Bahan Pengisi Tablet Karoten Sawit. Medan : Jurnal Farmasi.
Hong, K. M. 2013. Preparation and Characterization of Carboxymethyl Cellulose from Sugarcane Bagasse. (S). Departement of Cemical Science. Faculty of Science. Universiti Tunku Abdul Rahman. Malaysia.
Khalil, H. P. A., Ismail, H., Rozman, H.D., and Ahmad, M.N. 2001. The Effect of Acetylation on Interfacial Shear Strength Between Plant Fiber and Various Matrices. European Polymer Journal. 37(5): 1037-1045.
Klemm, D.,Schmauder, H.P., and Heinze, T. 1998. Nanocellulose Innovative Polymers in Research and Application. Journal of Advance of Polymer Science. 205: 275-287. Krishnaiah, D., A. Bono., P. H. Ying., C. L. Muei., and R. Sarbatly. 2009. Synthesis and
Characterization of Carboxymethyl Cellulose from Palm Kernel Cake. Advances in Natural and Applied Sciences. 3. 5-11.
Lehninger, A.L., 1988, Dasar-Dasar Biokimia, Jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Melisa, Bahri, S., Nurhaeni., 2014, Optimasi Sintesis Karboksimetil Selulosa Dari Tonggol Jagung Manis (Zea Mays L Saccharata). Online Jurnal of Natural Science. Vol. 3 (2): 70-78.
Menifie, B. W., 1989, Choclate,Cocoa,And Confectionery Science And Technology, Third Edition, An Aspen Publication, United states Of America.
Nuryanto, E. 2000. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Sumber Bahan Kimia. Volume 8. Medan: Warta Pusat Penelitian Kelapa.
Nisa, D. dan W. D. R. P.. 2014. Pemanfaatan Selulosa dari Kulit Buah Kakao (Teobroma Cacao L.) sebagai Bahan Baku CMC (Carboxymethyl Cellulose). Jurnal Pangan dan Agroindustri. 2. 34-42.
Ohwoavworhua, F. 2005. Phosporic Acid-Mediated Depolymerization and
Decrystallization of α-Cellulose Obtained from Corncorb: Preparation of Low Crytallinity Cellulose and Some Physicochemical Properties. Tropical Journal of Pharmaceutical Research. 4 (2): 509-516.
Pavia, D.L., Lampman, G.M., Kriz, G.S., dan Vyvyan, J.R. 2009. Introduction to Spectroscopy. Sauders College. Philadelphia.
Phillips, G.O and P.A. Williams., 1987, Handbook of Hydrocolloids,Woodhead Publishing Limited, Cambridge England.
Roosita, H. 2007. Panduan Penyusunan dan Pemeriksaan Dokumen UKL-UPL Perkebunan Kelapa Sawit. Jakarta: Deputi Bidang Tata Lingkungan Kementrian Negara Hidup. Sastrohamidjojo, H. 2009. Kimia Organik Stereokimia, Karbohidrat, Lemak, dan Protein.
Cetakan Kedua. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.
Setiawan, D. 2005. Petunjuk Lengkap Budidaya Karet. Jakarta : Agromedia Pustaka. Sjostrom, E. 1995. Kimia Kayu: Dasar – dasar dan Penggunaan.Jilid 2. Yogyakarta:
Universitas Gajah Mada Press.
Streitweiser, A. 1987. Introduction to Organic Chemistry. Fourth Edition. New York : John Willey & Sons, inc.
Stuart, B. 2004. Infrared Spectroscopy. John Wiley & sons.
Wibisono, D. 2002. Riset Bisnis: Panduan Bagi Praktisi dan Akademisi. Penerbit PT. Gramedia PUstaka Utama.
Widhiastuti, R. 2001. Pola Pemanfaatan Limbah Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit dalam Upaya Menghindari Pencemaran Lingkungan. Universitas Sumatera Utara : Medan. Widodo, S. 2012. Psikologi Belajar. Jakarta: Rineka Cipta.
Wijayanti, A., Ummah, K., dan Siti Tjahjani. 2005. Karakteristik Karboksimetil Selulosa (CMC) dari Eceng Gondok (Eichorniacrassipes (Mart) Solms). Universitas Negeri Surabaya. Indo. J. Chem., 2005, 5 (3), 228-231
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Alat-Alat
Alat –alat yang digunakan adalah :
- Alat-alatgelas Pyrex
- Neracaanalitis Ohaus
- Hot plate Cimarex
- Termometer Fisher
- Oven Memmert
- pH universal Sartorius
- Seperangkatalat FTIR Shimadzu
-Visikometer Pyrex
3.2 Bahan-Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah :
- Tandan kosong sawit PT.PP London Sumut
- Monokloroasetat p.a Merck
- Alkohol p.a Merck
3.3.1 Pembuatan Pereaksi
3.3.1.1 Pembuatan Larutan HNO3 3,5%
Sebanyak 53,8 mL HNO3 65% ditambahkan 10 mg NaNO2, dimasukkan dalam labu takar 1000 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.1.2 Pembuatan Larutan NaOH 2%
Sebanyak 20 g NaOH, dimasukkan kedalam labu takar 1000 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.1.3 Pembuatan Larutan Na2SO3 2%
Sebanyak 20 g Na2SO3, dimasukkan kedalam labu takar 1000 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.1.4 Pembuatan Larutan NaOCl 1,75%
Sebanyak 145,8 mL NaOCl 12%, dimasukkan kedalam labu takar 1000 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.1.5 Pembuatan Larutan NaOH 17,5%
Sebanyak 175 g NaOH, dimasukkan kedalam labu takar 1000 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.1.6Pembuatan Larutan H2O2 10%
3.3.1.7Pembuatan Larutan NaOH 40%
Sebanyak 200 g NaOH, dimasukkan kedalam labu takar 500 mL. Diencerkan dengan aquadest sampai garis tanda dan dihomogenkan.
3.3.2 Isolasi Nanokristal Selulosa Dari TKKS
3.3.2.1 Preparasi Serbuk Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
TKKS dipisahkan dari cangkangnya. Dibersihkan dengan air. Dikeringkan di bawah sinar matahari sampai kering. Digunting- gunting hingga membentuk serat halus.
3.3.2.2 Isolasi α-Selulosa dari TandanKosongKelapaSawit (TKKS)
Sebanyak 75 g serbuk TKKS dimasukkan kedalam beaker glass, kemudian ditambahkan 1 L campuran larutan HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2, dipanaskan di atas hot plate pada suhu 90 o
C selama 2 jam, kemudian disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral. Selanjutnya didigesti dengan 750 mL larutan yang mengandung NaOH 2% dan Na2SO3 2% pada suhu 50 o
3.3.2.3 Analisa Gugus Fungsi dengan Menggunakan Fourier Transform- Infra Red
Sampel diletakkan pada plat kearah sinar infra merah lalu dijepit. Hasilnya akan di peroleh spektrum puncak absorbsi infra merah dari sampel berupa plot bilangan gelombang (cm-1) dan persen transmitansi (%T) di monitor dengan rentang bilangan gelombang 4000-500 cm-1.
3.3.2.4Sintesis Karboksimetil Selulosa dengan penambahan α-selulosa TKKS
Sebanyak 5 g α-selulosa dimasukkan kedalam beaker glass selanjutnya terjadi tahap alkalisasi yaitu dengan penambahan 400 ml isopropanol, 50 ml metanol, dan 50 ml aquadest dan diaduk selama 10 menit. Ditambahkan 40 ml NaOH 40 % dan dipanaskan pada suhu 60 o
C selama 1 jam. Kemudian selanjutnya tahap karboksimetilasi yaitu dengan penambahan variasi α-selulosa :natrium monokloroasetat variasi 5:5, 5:6, 5:7, 5:8, dan 5:9 g dengan variasi waktu selama 1,2,3, 4, dan 5 jam, diaduk pada suhu 60 oC. Kemudian tahap netralisasi yaitu dengan penambahan asam asetat glasial sampai pH netral dan didekantasi. Residu ditambah 200 ml metanol diaduk dan disaring. Dibungkus dengan aluminium foil di keringkan dalam oven selama 4 jam pada suhu 60 oC. Karboksimetil selulosa yang dihasilkan diuji FT-IR, analisa derajat substitusi menggunakan metode substitusi menggunakan titrasi, analisis viskositas menggunakan visikometer otswald (Kentjana,1998).
3.3.3 Karakterisasi
3.3.3.1 Uji Penentuan Derajat Substitusi (DS)
Derajat Substitusi (DS) dihitung dengan cara:
% ��� = [ ( �0− �n ) x 0,058 x 100 ] / M ...(3.1) Derajat Substitusi (DS) = [ 162 x % CMC / [5800- (57 x % CMC]
Dimana V0 = ml NaOH yang digunakan untuk menitrasi blanko Vn= ml NaOH yang digunakan untuk menitrasi sampel M = berat sampel (g)
3.3.3.2 Pengukuran viskositas larutan CMC
Dirangkai alat Viskometer Ostwald sedemikian rupa, kemudian dimasukkan 10 ml aquadest kedalam alat Viskometer Ostwald dan dengan menggunakan bola karet, hisap larutan aquadest tersebut sampai garis tanda yang ada, kemudian setelah dihentikan hisapan, diukur waktu yang diperlukan aquadest untuk turun dari batas atas sampai batas bawah. Kemudian masukkan 0,1 g CMC kedalam 10 ml aquadest untuk membuat larutan polimer 0,01 g/ml dan selanjutnya dibuat juga untuk 0,02 g/ml ; 0,03 g/ml ; 0,04 g/ml ; 0,05 g/ml yang selanjutnya masukkan larutan polimer tersebut kedalam Viskometer Ostwald dengan tahap yang sama seperti yang diatas yang dilakukan berulang sebanyak 3 kali dan dicari nilai viskositas intrinsik dan di hitung bobot molekulnya.
3.3.3.3 Analisis Data
Data diperoleh dengan metode analisis varians (ANAVA) dengan tingkat signifikasinya 0,05 untuk menolak dan menerima hipotesa yang diajukan, data yang diperoleh dapat ditulis dalam tabel.
a. Analisa Jumlah Kuadrat (JK) Utama
3. Jumlah Kuadrat Perlakuan (JKperlakuan) JKperlakuan= ��
2
� − ��
4. Jumlah Kuadrat Galat (JKgalat) JKtotal = JKtotal-JKperlakuan b. Analisa Jumlah Kuadrat (JK) Faktorial
5. Derajat Bebas
ʋperlakuan= n-1 ʋgalat= r(n-1)
6. Kuadrat Tengah
a. Kuadrat Tengah Perlakuan (KTp) KTp =
Hipotesa-hipotesa yang diuji pada penelitian ini adalah : 1. Hipotesa nol (Ho)
Dimana i adalah taraf konsentrasi dari penambahan natrium monokloroasetat, berarti tidak ada pengaruh konsentrasi penambahan natrium monokloroasetat terhadap pengukuran derajat substitusi.
Ho2 : Ai = 0 ; (i= 1, 2, …, a)
Dimana i adalah taraf konsentrasi dari penambahan waktu, berarti tidak ada pengaruh konsentrasi penambahan waktu terhadap pengukuran derajat substitusi
2. Hipotesa Alternatif (HA) HA1 : Ai≠ 0 ; (i= 1, 2, …, a)
Dimana i adalah taraf konsentrasi dari penambahan natrium monokloroasetat, berarti ada pengaruh konsentrasi penambahan natrium monokloroasetat terhadap pengukuran derajat substitusi.
HA2 : Ai≠ 0 ; (i= 1, 2, …, a)
Dimana i adalah taraf konsentrasi dari penambahan waktu, berarti ada pengaruh konsentrasi penambahan waktu terhadap pengukuran derajat substitusi.
Cara Pengujian H1 dipakai statistik F1
Dengan daerah kritis pengujian ditentukan oleh F(a-1), a(n-1) Kriteria Pengujian
Pada batas ketangguhan α = 0,05 pada daerah kritis pengujian berlaku : Ho1; Ho2 diterima bila Fhitung < Ftabel
3.4 Bagan Penelitian
3.4.1 Preparasi Sampel TKKS
Tandan Kosong Sawit (TKS)
Serat TKS
Dicuci hingga bersih
Dikeringkan di bawah sinar matahari
hingga kering
75 g serbuk TKS
Dimasukkan ke dalam beaker glass 2000 mL
Ditambahkan 1 L campuran HNO3 3,5% dan 10 mg NaNO2
Dipanaskan pada suhu 90oC sambil diaduk selama 2 jam Disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral
Residu Filtrat
Ditambahkan dengan 750 mL NaOH 2% dan Na2SO3 2% pada suhu 50oC selama 1 jam sambil diaduk
Disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral
Residu
Residu
Filtrat
Diputihkan dengan 250 mL NaOCl 1,75% pada suhu 70oC selama 30 menit sambil diaduk
Disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral
Ditambahkan dengan 500 mL NaOH 17,5% pada suhu 80oC selama 30 menit sambil diaduk
Disaring dan ampas dicuci hingga filtrat netral
Diputihkan dengan H2O2 10% pada suhu 60oC selama 15 menit sambil diaduk
Disaring dan dicuci dengan aquadest
Filtrat Filtrat
Alpha Selulosa
Alpha Selulosa basah
Dikeringkan pada suhu 60oCdi dalam oven selama 4 jam
Alpha Selulosa Kering
Dikarakterisasi dengan FTIR
Filtrat
5 g alpaselulosa
Ditambahkan 40 ml NaOH 40 %
Dipanaskan pada suhu 60 oC selama 1 jam
proses karboksimetilasi
Ditambahkan a-selulosa : Natrium Monokloroasetat dengan variasi 5:5, 5:6, 5:7, 5:8, 5:9 g
Divariasikan waktu 1, 2, 3, 4, 5 jam pada suhu 60 oC
proses netralisasi dan pengeringan
Ditambahkan asam asetat glasial sampai pH netral
Filtrat Residu
Dikeringkan dalam oven 4 jam suhu 60 oC
Dipanaskan diatas hotplate
3.4.4 Penentuan Derajat Substitusi CMC
0,7 g CMC
Dimasukkan kedalam desikator selama 2 jam
Dimasukkan kedalam erlenmeyer
Ditambahkan 35 ml H2SO4 0,1 N
Ditambahkan 250 ml aquadest
Didihkan selama 30 menit
Ditambahkan indikator phenolftalein
Dititrasi dengan NaOH 0,1 N
Diaduk hingga terjadi perubahan warna dari tidak berwarna menjadi merah lembayung
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.1.1 Hasil Isolasi α-selulosa dari TKKS
Berdasarkan serangkaian proses delignifikasi, dan proses pemutihan maka didapatkan α -selulosa yang berwarna putih. Pada proses isolasi α-selulosa digunakan 75 g serbuk TKKS, dan pada akhir proses dihasilkan α-selulosa murni sebanyak 26,01 g. α-selulosa yang dihasilkan dari penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4.1
4.1.2 HasilAnalisisGugusFungsi α-selulosaMenggunakan FT-IR
Hasil analisis gugus fungsi α-selulosa dari TKKS dengan menggunakan FTIR dapat dilihat tabel 4.1
Tabel 4.1 Bilangan Gelombang Dari Berbagai Gugus Fungsi pada α-selulosa
Gugus fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
Uluran O-H 3394
Uluran C-H 2893
Uluran C-O 1064
Gambar 4.2 Spektrum FTIR dari α- Selulosa
OH
C-H
4.1.3 Hasil Sintesis CMC dengan penambahan α-selulosa TKKS
Karboksimetil Selulosa dihasilkan dari reaksi eterifikasi. Dimulai dari alkalisasi menggunakan isopropanol, Karboksimetilasi menggunakan natrium monokloroasetat, dan netralisasi menggunakan asam asetat glasial. Hasilnya dapat terlihat pada tabel 4.2 maka dperoleh:
Tabel 4.2 Hasil CMC dari variasi berat monokloroasetat
Berat α-selulosa (g) Berat monokloroasetat (g) CMC(g)
5 5 5,19
5 6 8,08
5 7 17,13
5 8 15,33
5 9 10,74
4.1.4 Hasil Analisis Derajat Substitusi
CMC yang dihasilkan kemudian diuji Derajat Substitusi menggunakan titrasi asam basa. Dihasilkan larutan dari warna bening menjadi merah lembayung. Hasilnya dapat dilihat pada tabel 4.3 berikut:
Tabel 4.3 variasi berat monokloroasetat terhadap derajat substitusi
Berat α-selulosa (g) Berat monokloroasetat (g) Derajat substitusi
5 5 0,42
5 6 0,42
5 7 0,84
5 8 0,11
Tabel 4.4 variasi waktu sintesis CMC terhadap derajat substitusi
Berat α-selulosa:natrium Waktu sintesis CMC (jam) Derajat substitusi Monokloroasetat (g)
5:7 1 0,40
5:7 2 0,42
5:7 3 0,80
5:7 4 0,11
5:7 5 0,40
4.1.5 Hasil Analisis Gugus Fungsi CMC Menggunakan FTIR
Hasil analisis gugus CMC dari TKKS dengan menggunakan FT-IR dapat dilihat pada tabel 4.5
Tabel 4.5 Bilangan Gelombang Dari Berbagai Gugus Fungsi pada CMC
Gugus fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
Uluran O-H 3425
Uluran C-H 2939
Uluran C-O 1072
Gambar 4.3 Spektrum FTIR dari CMC
4.1.6 Hasil Viskositas CMC
Pengujian Viskositas CMC
Penentuan viskositas berdasarkan viskositas Ostwald menggunakan alat viskosimeter, maka diperoleh data sebagai berikut. Dapat dilihat pada Tabel 4.6 dan 4.7 berikut:
Tabel 4.6 Data Viskositas CMC
Sampel t1 (s) t2 (s) t3 (s) t rata-rata (s)
aquadest 10ml 59,82 59,80 59,81 59,81
Tabel 4.7 Data Viskositas reduksi terhadap konsentrasi
Konsentrasi(%) V. reduksi
0,1 2
0,2 3,5
0,3 8
0,4 6,5
0,5 5,6
4.2 Pembahasan
4.2.1 Isolasi α-Selulosa dari TKKS
4.2.2 Analisa Gugus Fungsi α-selulosa dengan Menggunakan FTIR
Dari spektra FTIR diatas terdapat pita yang melebar pada daerah serapan 3300-3400 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan O-H dari alkohol dalam molekul selulosa, yang diikuti oleh vibrasi regangan C-H dari rantai alkana pada daerah serapan 2880-2895 cm-1, dan puncak vibrasi regangan C-O pada daerah serapan 1020-1090 cm-1 (Khalil et al, 2001). Dari hasil analisa FTIR diperoleh pita yang melebar pada daerah serapan 3394 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan O-H dari alkohol dalam molekul selulosa, yang diikuti oleh vibrasi C-H dari rantai alkana pada daerah serapan 2893 cm-1 , dan puncak vibrasi regangan C-O pada daerah serapan 1064 cm-1. Maka dapat disimpulkan bahwa sampel merupakan senyawa α-selulosa.
4.2.3 Sintesis Karboksimetil Selulosa dengan penambahan α-selulosa TKKS
α-selulosa yang dihasilkan kemudian dialkalisasi menggunakan isopropanol, metanol, aquades diaduk selama 10 menit. Kemudian ditambahkan NaOH 40% dipanaskan pada suhu 60 oC selama 1 jam. Tahap ini berfungsi sebagai pembentuk selulosa alkali, dan juga berfungsi mengaktifkan gugus –OH yang ada. Tahap berikutnya adalah karboksimetilasi. Penambahan natrium monokloroasetat dengan bervariasi α-selulosa : natrium monokloroasetat variasi 5:5, 5:6, 5:7, 5:8, dan 5:9 g dengan variasi waktu selama 1, 2, 3, 4, dan 5 jam, diaduk pada suhu 60 oC. Tujuannya adalah sebagai agen eterifikasi selulosa alkali. Tahap terakhir adalah netralisasi dengan penambahan asama setat glasial sampai pH netral dan didekantasi. Residu ditambah 200 ml metanol diaduk dan disaring. Dibungkus dengan aluminium foil di keringkan dalam oven selama 4 jam pada suhu 60oC. Penetralan disini berfungsi untuk memisahkan zat pengotor dari CMC. Hingga akhirnya didapatkan CMC kering berwarna putih. Maka perbandingan natrium monokloroasetat dan waktu reaksi yang paling optimum adalah 7 g, dan pada waktu 3 jam. Karena apabila jumlah natrium monokloroasetat ditambahkan lebih dari 7 g maka akan mengakibatkan pembentukan glikolat semakin tinggi, dan apabila waktu nya dinaiikan maka akan menghasilkan derajat substitusi yang tinggi disebabkan terjadi reaksi substitusi yang tepat. Tapi apabila lebih dari 3 jam, maka akan terjadi proses degradasi polimer kebentuk yang lebih sederhana pada CMC.
O
4.2.4 Hasil analisa variasi (ANAVA) Berat Monokloroaseat terhadap Derajat Substitusi
Dari hipotesa -1 diperoleh harga Fhitung lebih kecil dari Ftabel , maka HA1diterima dan H01ditolak sehingga bias disimpulkan bahwa ada pengaruh penambahan variasi berat monokloroaseat terhadap derajat substitusi, dapat dilihat pada lampiran 8, dan pada tabel 4.8 berikut:
Tabel 4.8 variasi berat monokloroasetat terhadap derajat substitusi
Berat α-selulosa (g) Berat monokloroasetat (g) Derajat substitusi
5 5 0,42
5 6 0,42
5 7 0,84
5 8 0,11
5 9 0,42
4.2.5 Hasil analisa variasi (ANAVA) Waktu Sintesis CMC terhadap Derajat Substitusi
Dari hipotesa -2 diperoleh harga Fhitung lebih kecil dari Ftabel , maka HA1 diterima dan H01 ditolak sehingga bias disimpulkan bahwa ada pengaruh penambahan variasi berat monokloroasetat terhadap derajat substitusi. Dapat dilihat pada lampiran 9, dan pada tabel 4.9 berikut:
Tabel 4.9 variasi waktu sintesis CMC terhadap derajat substitusi
Berat α-selulosa: natrium Waktu sintesis CMC (jam) Derajat Substitusi Monokloroasetat (g)
5:5 1 0,40
5:5 2 0,42
5:5 3 0,80
5:5 4 0,11
4.2.6 Optimasi Berat Monokloroasetat terhadap Derajat Substitusi
Gambar 4.5 Grafik berat natrium monoklotroasetat terhadap derajat substitusi
Dapat dilihat dari grafik bahwa kondisi optimum reaksi sintesis karboksimetil selulosa dengan variasi jumlah natrium monokloroasetat pada rasio 7:5 g dengan derajat substitusi dari karboksimetil selulosa 0,84. Pushpamalar et al (2005) menyatakan bahwa kemurnian dari CMC hasil penelitian mengalami penurunan bila CLCH2COONa semakin naik, akibat dari semakin banyaknya terbentuk NaCl dan HOCH2COONa yang mengakibatkan turunnya derajat substitusi. Pada penambahan natrium monokloroasetat yang lebih dari 6,0 g, pembentukan glikolat semakin tinggi dan menurunkan efisiensi reaksi.
0
4.2.7 Optimasi waktu reaksi sintesis CMC terhadap Derajat Substitusi
Gambar 4.6 Grafik waktu reaksi sintesis CMC terhadap derajat substitusi
Dapat dilihat pada grafik bahwa karboksimetil selulosa yang mempunyai nilai derajat substitusi yang tertinggi diperoleh pada waktu reaksi 3 jam. Menunjukkan derajat substitusi tertinggi yaitu 0.80. Battacharyya et al (1995) Menyatakan pada waktu 1 sampai 3 jam, terjadi peningkatan derajat substitusi. Peningkatan ini terjadi karena dengan bertambahnya waktu reaksi yang digunakan dalam proses karboksimetilasi akan meningkatkan terjadinya reaksi substitusi yang terjadi. Pada waktu tersebut reaksi berlangsung secara efektif sehingga kontak yang lebih baik antara agen eterifikasi dengan α-selulosa dan molekul karboksimetil terbentuk secara sempurna. Pushpamalar et al (2005) Menyatakan bahwa penurunan derajat substitusi dikarenakan terjadinya proses degradasi polimer merupakan pemecahan molekul-molekul kompleks menjadi molekul-molekul-molekul-molekul yang lebih sederhana pada CMC.
0
4.2.8 Analisa Gugus Fungsi CMC dengan menggunakan FTIR
Dari spektra FTIR diatas terdapat pita yang melebar pada daerah serapan 3300-3400 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan O-H dari alkohol dalam molekul selulosa, yang diikuti oleh vibrasi regangan C-H dari rantai alkana pada daerah serapan 2880-2895 cm-1, dan puncak vibrasi C-O pada daerah serapan 1020-1090 cm-1 , serta puncak vibrasi C=O pada daerah serapan 1500-1730 (Khalil et al, 2001). Dari hasil analisa FTIR diperoleh pita yang melebar pada daerah serapan 3425 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi regangan O-H dari alkohol dalam molekul selulosa, yang diikuti oleh vibrasi regangan C-H dari rantai alkana pada daerah serapan 2939 cm-1, dan puncak vibrasi regangan C-O pada daerah serapan 1072 cm-1, serta puncak vibrasi C=O pada daerah serapan 1573 cm-1. Maka dapat disimpulkan bahwa sampel merupakan senyawa karboksimetil selulosa.
4.2.9 Analisa Kualitatif pada CMC
Hasil analisis kualitatif pada CMC, bila ditambahkan dengan beberapa larutan akan menghasilkan warna yang khas. Ini juga yang akan menjadi acuan untuk membuktikan adanya kandungan CMC. Hasilnya sama seperti tabel 4.10 berikut:
Tabel 4.10 Uji Kualitatif pada CMC
CMC yang ditambahkan dengan larutan Warna yang dihasilkan
Aseton Larutan Putih
1-naftol Cincin Merah Keunguan
CuSO4 2 N Flokulan Biru Muda
(Coei, 2009)
4.2.10 PenentuanViskositas CMC Pengujian Viskositas CMC
Penentuan viskositas berdasarkan viskositas Ostwald menggunakan alat viskosimeter, maka diperoleh data sebagai berikut. Dapat dilihat pada Tabel 4.6.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Berat optimum natrium monokloroasetat yang diperlukan dalam pembuatan CMC adalah 7 g.
2. Waktu optimum yang diperlukan dalam pembuatan CMC adalah 3 jam.
3. Analisa gugus fungsi pada CMC dengan FTIR memperlihatkan puncak disekitar 3425 cm-1, 1573 cm-1 , 1342 cm-1, 1072 cm-1. Menunjukkan adanya gugus O-H, C=O, C-O. Derajat substitusi yang optimum adalah 0,84, maka bisa diaplikasikan pada produk makanan dan minuman. Hasil waktu rata-rata alir diperoleh semakin besar dengan penambahan konsentrasi dari CMC yaitu 0,05 g. Ini sesuai dengan sifat CMC yang memiliki viskositas yang tinggi.
5.2 Saran
1. Peneliti selanjutnya diharapkan agar melakukan penelitian terhadap TKKS untuk menghasilkan CMC dengan menggunakan asam trikloroasetat.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tanaman Kelapa Sawit
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis jack) berasal dari Afrika. Dalam bahasa Inggris tanaman ini dikenal dengan namaoil palm. Tanaman kelapa sawit memiliki bentuk menyerupai pohon kelapa. Di Indonesia, tanaman kelapa sawit termasuk tanaman pendatang yang mulai dikenal sejak sebelum perang Dunia II (Roosita, 2007).
Sentra utama produksi sawit Indonesia antara lain Sumatera Utara, Riau, Jambi, Sumatera Selatan, dan Kalimantan Barat.Potensi areal perkebunan Indonesia masih terbuka luas untuk tanaman kelapa sawit.Pengembangan perkebunan tidak hanya di arahkan pada sentra-sentra produksi seperti Sumatera dan Kalimantan, tetapi daerah potensi pengembangan seperti Sulawesi, Jawa, Papua juga terus dilakukan (Yan, 2012).
Tanaman kelapa sawit merupakan tanaman tingkat tinggi dengan klasifikasi sebagai berikut:
Divisio : Tracheophyta Subdivisio : Pteropsida Kelas : Angiospermae Subkelas : Monocotiledonae Ordo : Cocoideae Familia : Palmae Genus : Elaeis
Spesies : Elaeis guinensis Varietas : Dura, Psifera, Tenera
Gambar 2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit (Hadi, 2004)
2.2 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Limbah industri kelapa sawit adalah limbah yang dihasilkan pada saat proses pengolahan kelapa sawit. Salah satu limbah padat industri adalah TKKS. TKKS merupakan limbah terbesar yang dihasilkan oleh perkebunan kelapa sawit. Jumlah TKKS mencapai 30-35% dari berat TBS setiap pemanenan (Hambali, 2008). Limbah padat TKKS jumlahnya cukup besar yaitu sebesar 6 juta ton yang tercatat pada tahun 2004 (Nuryanto, 2000).
Pemanfaatan TKKS masih sangat terbatas. Kebanyakan limbah TKKS hanya digunakan sebagai pupuk organik dan bahan serat. Melihat komposisi selulosa yang cukup besar seperti yang tertera pada Tabel 2.1, maka TKKS sangat potensial untuk dimanfaatkan menjadi bentuk biopolimer (Fauzi, 2012).
Tabel 2.1 Komposisi Kimiawi TKKS
Komposisi Kadar (%)
Selulosa adalah polisakarida yang terbentuk dari sisa β-D(+)-glukosa yang bergabung dalam
rantai linear dengan ikatan β-1-4 diantara satuan glukosanya seperti dapat dilihat pada Gambar 2.2. Selulosa merupakan senyawa polimer yang berlimpah di alam dan merupakan senyawa organik yang paling umum (Deman, 1997).
dihubungkan oleh ikatan 1-4 glikosida senyawa ini akan kelihatan seperti amilosa, dan rantai utama glikogen (Lehninger, 1988).
Gambar 2.2 Struktur kimia selulosa (Streitweiser, 1987).
Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polisakarida lain seperti lignin dalam jumlah yang beragam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara delignifikasi.
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan kelarutan dalam senyawa Natrium Hidroksida (NaOH) 17,5 %,selulosa dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu:
1. α-selulosa adalah selulosa berantai panjang yang tahan dan tidak larut dalam NaOH 17,5 % atau larutan basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) 600-15000.
α-selulosa di gunakan sebagai penduga tingkat kemurnian selulosa. Selulosa
dengan derajat kemurnian α di atas 92 % memenuhi syarat untuk bahan baku pembuatan bahan peledak. Semakin tinggi kadar α- selulosa,maka akan semakin baik mutu bahanya.
2. β- selulosa, adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) berkisar antara 15-90. β- selulosa dapat mengendap jika ekstrak dinetralkan.
3. γ- selulosa, adalah selulosa berantai pendek yang larut dalam larutan NaOH 17,5% atau basa kuat dengan derajat polimerisasi (DP) kurang dari 15.
α- selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar α -selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut. Sifat hidrofilik yang dimiliki
Rantai-rantai selulosa akan bergabung menjadi satu kesatuan membentuk mikrofibril, bagian kristalin akan bergabung dengan bagian nonkristalin. Mikrofibril-mikrofibril akan bergabung membentuk fibril, selanjutnya gabungan fibril akan membentuk serat (Klemm, 1998).
2.4 Lignin
Kebanyakan selulosa berasosiasi dengan lignin sehingga sering disebut sebagai lignoselulosa. Pada saat yang sama, komponen-komponen utama penyusun tanaman ini diuraikan oleh aktivitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme mampu menghidrolisis selulosa untuk digunakan sebagai sumber energi, seperti bakteri dan kapang (Enary, 1983).
Lignin adalah suatu polimer yang kompleks dengan berat molekul tinggi, tersusun atas unit-unit fenilpropan. Meskipun tersusun atas karbon, hidrogen, dan oksigen, lignin bukanlah suatu karbohidrat dan bukan tidak ada hubungannya dengan golongan senyawa tersebut. Sebaliknya lignin pada dasarnya adalah suatu fenol. lignin sangat stabil dan sukar dipisahkan dan mempunyai bentuk yang bermacam-macam karena susunan lignin yang pasti didalam kayu tetap tidak menentu.
Selulosa berfungsi sebagai bahan struktur dalam jaringan tumbuhan dalam bentuk campuran polimer homolog dan biasanya disertai polisakarida lain seperti lignin dalam jumlah yang beragam. Lignin dapat dihilangkan dengan cara delignifikasi.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi delignifikasi yaitu: a. Jenis bahan delignifikasi
Bahan-bahan yang dapat digunakan dalam proses delignifikasi yaitu asam phosfat, asam klorida (HCl), asam sulfat, dan yang basa seperti NaOH, natrium sulfit dan natrium sulfat.
b. Waktu delignifikasi
Pada proses delignifikasi waktu berpengaruh pada hasil delignifikasi, biasanya digunakan waktu 1-3 jam.
c. Temperatur delignifikasi
Gambar 2.3 Struktur Kimia Lignin (Haygreen, 1987).
Di dalam kayu, lignin merupakan bahan yang tidak berwarna. Apabila lignin bersentuhan dengan udara, terutama dengan adanya sinar matahari, maka (bersama-sama dengan karbohidrat-karbohidrat tertentu) lama-kelamaan lignin cenderung menjadi kuning. Oleh karena itu, kertas koran yang terbuat dari serat-serat yang diperolehsecara mekanis dengan lignin yang belum dipisahkan, tidak berumur panjang karena kecenderungannya untuk menjadi kuning. Kertas koran juga kasar, massanya besar dan kekuatanya rendah karena serat-seratnya yang kaku memilki ikatan antar serat yang lemah.
Lignin bersifat termoplastik. Artinya lignin akan menjadi lunak dan dapat dibentuk pada suhu yang lebih tinggi dan keras kembali apabila menjadi dingin. Sifat termoplastik lignin menjadi dasar pembuatan papan kertas (Hardboard) dan lain-lain produk kayu yang dimampatkan (Haygreen, 1987).
Lignin merupakan polimer kompleks phenylpropana, amorf, bersifat aromatis 1,3 dengan indeks bias 1,6. Berat molekul 1500-2000 yang bervariasi dengan jenis kayu. Kadar lignin dalam kayu 20-30%. Struktur molekul lignin belum dapat diketahui karena metoda isolasi untuk lignin dapat mengakibatkan perubahan strukturnya.Lignin merupakan bagian yang tidak diinginkan dalam pulp, sehingga harus dihilangkan atau diputihkan sesuai dengan mutu pulp yang diinginkan. Hal ini disebabkan oleh lignin yang mempunyai sifat menolak air (hidrofobik) dan kaku sehingga kandungan lignin dalam pulp akan menyulitkan penggilingan. Lignin dapat dijumpai pada tumbuh-tumbuhan sebagai zat perekat yang berhubungan dengan kekuatan kayu (Sjostrom, 1995).
2.5 Hemiselulosa
polisakarida kayu banyak bercabang dan mudah larut dalam air. Khas untuk pohon-pohon tropika tertentu adalah pembentukan spontan getah-getah yang menetes, yang adalah pembentukan spontan getah-getah yang menetes, yang menetes sebagai cair kental pada tempat –tempat yang terluka dan setelah terdehidrasi menjadi bintil –bintil yang keras dan jernih yang keras dan jernih yang kaya akan polisakarida. Getah –getah ini misalnya, getah arabika, terdiri atas polisakrida yang banyak bercabang yang larut dalam air. Jumlah hemiselulosa dari berat kering biasanya antara 20-30%. Komposisi dan struktur hemiselulosa dalam kayu keras. Perbedaan-perbedaan yang besar juga terdapat dalam kandungan dan komposisi hemiselulosa antara batang, cabang-cabang akar dan kulit kayu.
Dapat dilihat pada gambar 2.4, rantai hemiselulosa lebih pendek dari pada rantai selulosa. Hemiselulosa adalah polimer bercabang atau tidak linier. Selama pembuatan pulp, hemiselulosa bereaksi lebih cepat dengan larutan pemasak dibandingkan dengan selulosa. Hemiselulosa bersifat hidrofil (mudah menyerap air) yang mengakibatkan strukturnya jadi kurang teratur. Kadar hemiselulosa dalam pulp jauh lebih kecil dibandingkan dengan serat asal, karena selama pemasakan hemiselulosa bereaksi dengan bahan pemasak dan lebih mudah terlarut daripada selulosa (Sjostrom, 1995).
O
Gambar 2.4 Struktur Hemiselulosa (Sjostrom, 1995).
Diketahui bahwa selulosa murni, ketika mengalami hidrolisis, dapat dengan mudah terurai menjadi "mikrokristal selulosa "dengan hampir tidak ada penurunan berat. Turunan selulosa dapat dibuat dengan proses eterifikasi, esterifikasi, ikat silang, atau reaksi grafting-kopolimerisasi. untuk memodifikasi struktur selulosa, ikatan hidrogen harus dihancurkan dengan cara pembengkakan atau pemutusan (Yu, 2009).
Senyawa CMC pertama kali ditemukan pada tahun 1918 dan diproduksi secara komersil pada tahun 1920 di Jerman. Sejak saat itu, pengembangan secara signifikan dalam teknologi proses, kualitas produk, dan efisiensi produksi dibuat. Sejarah produksi CMC pada skala industri termasuk komentar tentang pengembangan kedepan dari turunan penting selulosa ini telah dipublikasikan. Saat ini, CMC dengan kualitas yang berbeda digunakan di berbagai industri dan kehidupan manusia. Dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Struktur karboksimetil selulosa (Heinze, 2005).
2.6.1 Derajat Substitusi Karboksimetil Selulosa
Senyawa CMC merupakan senyawa turunan selulosa yang paling penting, yang memiliki kepentingan yang sangat besar dalam industri dan kehidupan kita sehari hari. Senyawa ini memiliki struktur yang linear, berantai panjang, tidak larut dalam air, dan polisakarida anionik yang diturunkan dari selulosa (Hong, 2013).
Aambjornsson et al (2013) Dalam penelitianya, CMC salah satu gugus OH dieterifikasi dengan gugus karboksimetil dan derajat substitusi menunjukkan jumlah rata-rata gugus karboksimetil per unit anhidroglukosa. Derajat substitusi ini merupakan parameter CMC yang penting, contohnya untuk menentukan kelarutannya di dalam air. Nilai derajat substitusi maksimum secara teori untuk CMC adalah 3, tetapi rata-rata nilai derajat substitusi sebenarnya adalah 0,4-1,5. Semakin tinggi nilai derajat substitusi, maka kelarutan CMC dalam air akan meningkat. Nilai derajat subtitusi untuk kelarutan CMC yang baik sebesar 0,6. Senyawa CMC yang memiliki nilai derajat subtitusi kurang dari 0,2 akan mempertahankan karakter fiber atau berserat dan tidak larut di dalam air.
akan mengendap pada pH kurang dari 1 (Hong, 2013).
2.6.2 Sintesis Karboksimetil Selulosa
Telah banyak penelitian yang mensintesis CMC. Selain itu, metode yang mereka gunakan juga berbeda-beda. Sebagai contoh sintesis CMC yang dilakukan oleh Krishnaiah et al, (2009). Sintesis CMC dari selulosa terdiri dari dua tahap, yaitu alkalisasi dan eterifikasi. Pada tahap alkalisasi, serbuk selulosa dilarutkan dalam isopropanol dan ditambah larutan NaOH 17,5%. Setelah itu diaduk pada suhu 30 oC selama satu jam. Pada tahap eterifikasi, larutan dari tahap alkalisasi ditambah padatan sodium monocholoroacetate (SCMA) dan dipanaskan pada suhu 50 oC selama dua jam.
Pada tahap alkalisasi, serat selulosa akan mengembang, yang menyebabkan struktur kristalin selulosa akan berubah dan meningkatkan kemampuan kimia masuk ke dalam serat. Selain itu, fase cair (campuran alkohol-air) sebagai agen solvasi, melarutkan NaOH dan mendistribusikannya ke gugus hidroksil selulosa membentuk alkil selulosa. Larutan NaOH akan menembus ke struktur kristal selulosa, kemudian mensolvasi gugus hidroksil yang membuatnya siap untuk reaksi eterifikasi dengan cara memutus ikatan hidrogen.
Alkil selulosa yang dihasilkan sangat reaktif terhadap natrium monokloroasetat membentuk eter CMC. NaOH secara spontan akan bereaksi dengan natrium monokloroasetat yang membentuk dua produk, yaitu natrium glikolat dan natrium klorida. Selain itu, NaOH digunakan juga untuk menjaga pH basa selama reaksi berlangsung. Jika reaksi berlangsung pada pH asam, akan terjadi eterifikasi internal dan menyebabkan cross-link pada molekul CMC (Hong, 2013).
dalam pelarut nonpolar kecil. Oleh karena itu hanya sedikit ion Na+ dan ion OH- yang akan masuk ke dalam isopropanol dan pada konsentrasi NaOH tinggi lebih suka di sekeliling area selulosa, yang menghasilkan dekristalisasi secara signifikan dan mengubah bentuk polimer selulosa menjadi Na-selulosa (Hong, 2013).
2.6.3 Kegunaan Karboksimetil Selulosa
Senyawa CMC telah banyak digunakan dalam bidang industri dan kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh senyawa ini digunakan dalam bidang makanan, farmasi, deterjen, dan kosmetik (Najafpour, 2009). Dapat terlihat pada tabel 2.2. Selain itu, senyawa ini juga berguna dalam sistem koloid hidrofilik (Krishnaiah, 2009).
Tabel 2.2 Kegunaan CMC dari berbagai produk
Industri Aplikasi Fungsi
Kertas Adiktif Internal Pengikat Air
Deterjen Laundri Anti Noda
Kosmetik Pasta Gigi Penebal
Tekstil Pasta Printing Pengikat Air
Celupan Penebal Makanan Pembeku Menghambat Kristal Es (Hong, 2013).
2.6.4 Sifat-Sifat CMC
CMC tidak berwarna dan tidak berbau, mudah larut dalam air panas dan air dingin. Kekentalan dihasilkan oleh kontribusi dari CMC untuk stabilisasi produk-produk beku seperti es krim. CMC juga dapat digunakan sebagai stabilizer utama dalam es krim untuk mengontrol ukuran kristal es dan pembentukan kristal es selama pembekuan dan penyimpanan untuk memberikan tekstur lembut saat dimakan (Phillips, 1987).
CMC ini mudah larut dalam air panas maupun air dingin. Pada pemanasan dapat terjadi pengurangan viskositas yang bersifat dapat balik (reversible). Viskositas larutan CMC dipengaruhi oleh pH larutan, kisaran pH Na-CMC adalah 5-11 sedangkan pH optimum adalah 5, dan jika pH terlalu rendah kurang dari 3, Na-CMC akan mengendap (Belitz, 1987).
Sifat CMC yang biodegradable dan food grade relatif aman untuk digunakan dalam aplikasi berbagai produk makanan atau minuman. CMC sebagai pengemulsi sangat baik untuk memperbaiki kenampakan tekstur dari produk berkadar gula tinggi sedangkan sebagai pengental sifatnya mampu mengikat air sehingga molekul-molekul air terperangkap dalam struktur gel yang dibentuk oleh CMC (Menifie, 1989).
2.6.5 Karakterisasi Karboksimetil Selulosa
2.6.5.1. Spektroskopi IR
Spektroskopi IR merupakan salah satu dari teknik penentuan struktur yang didasarkan pada vibrasi atom dalam molekul. Spektrum inframerah didapatkan dengan melewatkan radiasi inframerah ke dalam sampel dan menentukan fraksi radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi yang muncul pada spektrum absorbansi sebagai beberapa puncak menggambarkan frekuensi vibrasi dari bagian molekul. Absorbansi infarmerah tidak sempit dan ada beberapa faktor yang menyumbang luasnya absorbansi. Pertama, untuk gas terdapat efek Doppler dimana frekuensi radiasi bergeser ketika sumber radiasi bergerak mendekati atau menjauhi objek yang diamati. Kedua, lebar pita antarmolekul yang bertumbukkan.Interaksi inframerah dengan bahan dapat dipahami dalam muatan dipol molekul yang berasosiasi vibrasi dan rotasi.Molekul dapat dilihat sebagai sistem rantai yang bergabung sangat banyak dalam suatu ikatan.Misalnya molekul diatomik yang memiliki derajat kebebasan translasi tiga atau derajat kebebasan rotasi dua. Contoh kasus sederhana, atom dalam molekul dapat berpindah satu sama lain sehingga panjang ikatannya dapat berubah atau satu atom dapat keluar dari sistem, hal tersebut merupakan penjelasan dari uluran atau bengkokan yang disebut dengan vibrasi (Stuart, 2004). Dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut:
Ikatan Bilangan Gelombang (cm-1)
Derajat substitusi menentukan kelarutan CMC. Derajat substitusi adalah jumlah rata-rata gugus per anhidroglukosa unit yang di substitusikan oleh gugus lain. Apabila gugus yang menggantikan berupa satu gugus anhidroksil pada tiap unit anhidroglukosa diesterifikasi dengan satu buah gugus asetil, nilai DS sebesar 1. DS yang dihasilkan yaitu 0,083-0,207 (Wijayanti, 2005). Nilai derajat substitusi berdasarkan pengaplikasianya dapat dilihat pada tabel 2.4 berikut:
Tabel 2.4 Nilai derajat substitusi berdasarkan pengaplikasianya
Derajat substitusi Aplikasi
0,4-1,2 Dalam bidang komersil
0,7-0,9 Bahan makanan dan minuman
(Aambjobjornsson, 2013).
Proses alkalisasi NaOH yang diberikan menggunakan konsentrasi yang sama dan lama agitasi yang sama pula. Penambahan NaOH juga membantu menaikkan derajat substitusi, jika terjadi pengikatan secara maksimal maka NaOH akan berikatan seluruhnya dengan selulosa (Arnelli, 2006).
Penentuan jumlah asam trikloroasetat yang mampu menempel pada permukaan selulosa dapat dilakukan dengan analisis semikuantitatif mengenai derajat substitusi.Banyaknya jumlah gugus hidroksil yang tersubstitusi oleh asam trikoloroasetat terhadap selulosa dengan harapan jumlah, distribusi dan penataan asam trikoloroasetat yang menempel pada permukaan selulosa dapat ditentukan (Hamelinck, 2005).
besar. Adapun hasil dari pengaruh jumlah natrium monokloroasetat terhadap derajat substitusi karboksimetil selulosa yang diperoleh (Arum, 2005).
2.6.5.3 pH
Indikator lain yang menunjukkan kualitas CMC yang baik adalah pH. pH disini menentukan bagaimana kekentalan berkurang pada pH kurang dari 5. CMC mantap pada pH 5-11, kekentalan maksimum pada pH 7-9. CMC dapat berfungsi bersama dengan kebanyakan gom lain yang larut dalam air, dan tidak terpengaruh oleh adanya kation yang dapat menghasilkan garam yang larut (Heinze, 2005).
2.6.5.4 Viskositas
Viskositas adalah suatu sifat dari cairan yang lebih bertahan untuk mengalir. Viskositas adalah kekuatan yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu permukaan datar ke permukaan lainya dengan ketentuan cairan digerakkan dengan gaya tertentu (Adinugraha, 2005).
Secara umum, viskositas cairan dapat ditentukan dengan dua metode, yaitu : a. Viskosimeter Ostwald
Metode ini ditentukan berdasarkan hukum poiseuille menggunakan alat Viskosimeter Ostwald. Penetapannya dilakukan dengan jalan mengukur waktu yang diperlukan untuk mengalirnya cairan dalam pipa kapiler dari a ke b. Sejumlah cairan yang akan diukur viskositasnya dimasukkan kedalam viskosimeter yang diletakkan pada termostat. Cairan kemudian dihisap dengan pompa kedalam bola C sampai diatas tanda a. Cairan dibiarkan mengalir kebawah dan waktu yang diperlukan dari a ke b dicatat menggunakan stopwatch (Yazid, 2005).
Pada metode Ostwald yang diukur adalah waktu yang diperlukan oleh sejumlah tertentu cairan untuk mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabka oleh berat cairan itu sendiri. Pada percobaan, sejumlah tertentu cairan dipipet ke dalam viskosimeter. Cairan kemudian dihisap melalui labu pengukur dari viskosimeter sampai permukaan cairan lebih tinggi dari batas “a” dan “b” dapat ditentukan. Tekanan P merupakan perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa U dan besarnya diasumsikan sebanding dengan berat jenis cairan (Bird, 1993).
Viskositas cairan dapat ditentukan dengan metode bola jatuh berdasarkan hukum
stokes. Penetapanya diperlukan bola kelereng dari logam dan alat gelas silinder
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Kelapa Sawit (Elaeis guineensis jack) termasuk produk yang banyak diminati oleh investor karena nilai ekonominya cukup tinggi. Para investor menanam modalnya untuk membangun perkebunan dan pabrik pengolahan kelapa sawit. Pada tahun 1990-an luas perkebunan kelapa sawit mencapai lebih dari 1,6 juta ha yang tersebar di berbagai sentra produksi seperti Sumatera. Sumatera Utara merupakan sentra produksi terbesar mencapai 2.951.537 ton/ha pada tahun 2009 (Yan, 2012).
Laju perkembangan industri kelapa sawit yang semakin pesat membutuhkan perhatian yang besar terutama dampaknya terhadap kelestarian lingkungan sekitarnya (Widhiastuti, 2001). Selama pengolahan kelapa sawit menjadi minyak sawit, 1 ton tandan buah segar (TBS) akan menghasilkan minyak sawit sebesar 0,21 ton dan inti sawit 0,05 ton, sisanya merupakan limbah padat seperti Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), sabut, dan cangkang biji (Darnoko, 1992).
Karboksimetil selulosa atau Carboxymethyl Cellulose (CMC) banyak digunakan pada berbagai industri seperti: deterjen, cat, keramik, tekstil, kertas dan makanan. Fungsi CMC adalah sebagai pengental, penstabil emulsi atau suspensi dan bahan pengikat (Setiawan, 1990).
Arum et al (2005) melakukan penelitian tentang karboksimetil selulosa (CMC) dari eceng gondok dengan menggunakan metode perbandingan pada penambahan natrium monokloroasetat dan NaOH. Dari penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa, penambahan NaOH sebesar 32,5 g telah membuat selulosa mengembang secara maksimal. Jika NaOH yang ditambahkan lebih dari 32,5 g maka sisa NaOH bereaksi dengan ClCH2COONa membentuk HOCH2COONa (natrium glikolat) dan NaCl yang mengakibatkan turunnya derajat substitusi.
Nisaet al (2014) melakukan penelitian tentang CMC dari kulit buah kakao dengan metode perbandingan penambahan trikloroasetat dan variasi waktu. Hasil penelitian ini menunjukkan, perlakuan yang terbaik diperoleh dengan konsentrasi asam trikloroasetat 20% dan lama agitasi 1 jam yang menghasilkan CMC dengan derajat substitusi 0,10, pH 7,86, viskositas 6,33 cp, kadar air 13,51, kecerahan (L) 79,43,derajat kekuningan 2,40,dan derajat kemerahan 19,63.
Melisa et al (2014) melakukan penelitian tentang perbandingan optimum dan waktu reaksi sintesis karboksimetil selulosa dari tongkol jagung manis untuk mendapatkan derajat substitusi terbaik. Kondisi optimum reaksi sintesis karboksimetil selulosa dari tongkol jagung manis diperoleh pada penambahan 7 g natrium monokloroasetat dan menggunakan 4 jam waktu reaksi. Karboksimetil selulosa yang dihasilkan mempunyai derajat substitusi 1,197, dengan rendemen 73,45% dan kadar air 7,47 % .
1.2Permasalahan
Pada penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah :
1. Berapa berat optimum natrium monokloroasetat yang diperlukan dalam pembuatan CMC?
2. Berapa waktu optimum yang diperlukan dalam pembuatan CMC?
3. Bagaimana hasil karakterisasi FT-IR, penentuan derajat substitusi (DS), viskositas dari CMC yang diperoleh?
1.3Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan-batasan sebagai berikut:
1. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang digunakan berasal dari limbah PT.PP London Sumatera Indonesia tbk Desa Naga Timbul, Kecamatan Galang Kabupaten Deli Serdang.
2. Variasi α selulosa : natrium monokloroasetat adalah 5:5, 5:6, 5:7, 5:8, dan 5:9 g. 3. Variasi waktu reaksi pembuatan CMC 1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam, dan 5 jam yang
dipanaskan pada suhu 60 oC.
1.4TujuanPenelitian Penelitian ini bertujuan :
1. Untuk menentukan berat optimum natrium monokloroasetat yang diperlukan dalam pembuatan CMC.
2. Untuk menentukan waktu optimum yang diperlukan dalam pembuatan CMC.
3. Untuk menentukan hasil karakterisasi FT-IR, penentuan derajat substitusi (DS), viskositas dari CMC.
1.5Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang pemanfaatan limbah TKKS sebagai bahan baku pembuatan CMC.
1.6Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Labarotarium Ilmu Dasar LIDA USU Medan, Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM.
1.7Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan 2 tahap, yaitu:
1. Pada tahap ini adalah penyiapan serbuk TKKS kemudian diisolasi untuk mendapatkan α -selulosa. Karakterisasi yang digunakan adalah analisis gugus fungsi dengan menggunakan Spektroskopi FTIR
Variabel yang digunakan adalah : - Variabel tetap :
Suhu (oC) Waktu (menit)
Berat serbuk TKKS (g) Volume (ml)
2. Tahap kedua adalah Pembuatan CMC dari tandan kosong kelapa sawit melalui proses: 1. Alkalisasi dengan penambahan isopropanol, metanol, dan aquadest dan diaduk selama
10 menit. Ditambahkan NaOH 40 % dan di panaskan pada suhu 60 oC selama 1 jam. 2. Karboksimetilasi dengan penambahan variasi α-selulosa : natrium monokloroasetat
variasi 5:5, 5:6, 5:7, 5:8, dan 5:9 g dengan variasi waktu selama 1, 2, 3, 4, dan 5 jam, diaduk pada suhu 60 oC.
3. Netralisasi dengan penambahan asam asetat glasial sampai pH netral dan didekantasi. Residu ditambah metanol diaduk dan disaring. Dibungkus dengan aluminium foil dikeringkan dalam oven selama 4 jam pada suhu 60 oC. Karboksilmetil selulosa yang dihasilkan diuji FT-IR, analisis derajat substitusi menggunakan metode substitusi, analisis viskositas menggunakan visikometer ostwald.
Variabel- Variabel yang digunakan adalah: - Variabel tetap: -Berat alpha selulosa (g)
- Variabel bebas: -Berat natrium monokloroasetat (g) -Waktu (jam)
OPTIMASI BERAT NATRIUM MONOKLOROASETAT DAN WAKTU
SINTESIS KARBOKSIMETIL SELULOSA (CMC) DARI TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (
Elaeis guineensis jack)ABSTRAK
OPTIMIZATION WEIGHT AND TIME SYNTHESIS OF SODIUM MONOKLOROASETAT CARBOXYMETHYL CELLULOSE
(CMC) BUNCH OF EMPTY PALM (Elaeis guineensis jack)
ABSTRACT
Has done research on weight optimization and synthesis time monokloroasetat sodium carboxymethyl cellulose (CMC) from empty fruit bunches of oil palm (Elaeis guineensis jack). This study was conducted in two phases, namely the isolation of α-cellulose powder empty fruit bunches of oil palm, and the process of synthesis of cellulose with the addition of
α-cellulose using NaOH 40%, and sodium monokloroasetat the weight variation 5, 6, 7, 8, and 9 g at a temperature of 60 °C and glacial acetic acid to neutralize the pH. To characterize
α-cellulose and CMC using Fourier Transform Infra-Red. Analysis of the degree of substitution using acid-base titration method. Analysis of viscosity using a viscometer Otswald. FTIR data from CMC showed an OH group absorption peak at 3425 cm-1, and CO at 1072 cm-1 and C=O at 1573 cm-1. Analysis of the degree of substitution of the variations in
weight of sodium monokloroasetat: α-cellulose is 5: 5, 5: 6, 5; 7, 5: 8 and 5: 9. As well as varying the time the synthesis of CMC ie 1, 2, 3, 4, and 5 hours. The optimum conditions carboxymethyl cellulose synthesis reaction of TKKS the addition of 7 g of sodium monokloroasetat and use 3 hours of reaction time. The resulting CMC has a degree of substitution of 0.84. Thus the analysis of the degree of substitution of CMC can be applied to groceries.
OPTIMASI BERAT NATRIUM MONOKLOROASETAT DAN WAKTU
SINTESIS KARBOKSIMETIL SELULOSA (CMC) DARI TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (
Elaeis guineensis jack)SKRIPSI
MARTHA MARTINNI
110802004
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SINTESIS KARBOKSIMETIL SELULOSA (CMC) DARI TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (
Elaeis guineensis jack)SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MARTHA MARTINNI 110802004
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul :
Kategori : Skripsi
Nama : Martha Martinni Nomor Induk Mahasiswa : 110802004
Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen : Kimia
Fakultas :
Disetujui di :
Medan, Januari 2016
Komisi Pembimbing:
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Dr.Cut Fatimah Zuhra, M.Si Saharman Gea, Ph.D NIP: 197405051999032001 NIP: 196811101999031001
Diketahui/Disetujui oleh:
Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,
Dr. Rumondang Bulan, MS NIP: 195408301985032001
Optimasi Berat Natrium Monokloroasetat dan Waktu Sintesis Karboksimetil Selulosa (CMC) Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (Elaeis guineensis jack)
PERNYATAAN
OPTIMASI BERAT NATRIUM MONOKLOROASETAT DAN WAKTU
SINTESIS KARBOKSIMETIL SELULOSA (CMC) DARI TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (
Elaeis guineensis jack)SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2016
PENGHARGAAN
Bismillahirrahmanirrahiim,
Puji dan syukur senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Shalawat beriring salam penulis haturkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, semoga kita mendapat syafaatnya kelak di hari akhir nanti.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Sutarman M.Sc selaku Dekan MIPA, Bapak Saharman Gea, Ph. D selaku dosen pembimbing I dan Ibu Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah membantu dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Terima kasih juga kepada Ibu Dr. Rumondang Bulan Nasution, M.S selaku Ketua Departemen Kimia FMIPA USU dan kepada Bapak Drs. Albert Pasaribu, M.Sc selaku sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU. Kepada Bapak Jamahir Gultom, Ph.D, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan saran dan motivasi selama masa perkuliahan. Terima kasih juga kepada seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah memberikan ilmunya kepada penulis selama pendidikan.
Penghargaan yang tinggi kepada orang tua tercinta, Ayahanda Syaiful, S.pd dan Ibunda Annisah, serta adik-adik penulis Nelly, Fierda, Erlin. Terima kasih atas segala kasih sayang, pengorbanan, cinta, dukungan, dan kepercayaan yang tiada terkira kepada penulis. Kepada seluruh keluarga, terima kasih atas segala doa dan dukungannya.
Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Saharman Gea, Ph.D selaku Kepala Laboratorium Kimia Dasar, dan Kak Sri Rahayu, S.Si selaku Laboran Laboratorium Kimia Dasar. Terima kasih atas segala fasilitas selama mengerjakan penelitian. Untuk keluarga besar laboratorium Kimia Dasar, rekan-rekan stambuk 2010-2014, terima kasih atas persaudaraan selama ini. Terkhusus untuk sahabat-sahabat penulis, Paulina Auliya Lubis, Suci Aisyah, Suci Laila, Sakinah, Hendra, Riski, Riana, Friska, Dewi, Tohar, Isti, dan Saleh, terima kasih telah menjadi keluarga untuk penulis selama pendidikan ini dan terma kasih atas persahabatan yang tulus ini. Kepada teman-teman seperjuangan stambuk 2011, terima kasih atas segala doa dan kekompakannya.
Semoga Allah senantiasa mengabulkan doa kita dan membalas segala kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Aamiin Ya Rabbal ‘Alamiin.
OPTIMASI BERAT NATRIUM MONOKLOROASETAT DAN WAKTU
SINTESIS KARBOKSIMETIL SELULOSA (CMC) DARI TANDAN
KOSONG KELAPA SAWIT (
Elaeis guineensis jack)ABSTRAK
OPTIMIZATION WEIGHT AND TIME SYNTHESIS OF SODIUM MONOKLOROASETAT CARBOXYMETHYL CELLULOSE
(CMC) BUNCH OF EMPTY PALM (Elaeis guineensis jack)
ABSTRACT
Has done research on weight optimization and synthesis time monokloroasetat sodium carboxymethyl cellulose (CMC) from empty fruit bunches of oil palm (Elaeis guineensis jack). This study was conducted in two phases, namely the isolation of α-cellulose powder empty fruit bunches of oil palm, and the process of synthesis of cellulose with the addition of α-cellulose using NaOH 40%, and sodium monokloroasetat the weight variation 5, 6, 7, 8, and 9 g at a temperature of 60 °C and glacial acetic acid to neutralize the pH. To characterize α-cellulose and CMC using Fourier Transform Infra-Red. Analysis of the degree of substitution using acid-base titration method. Analysis of viscosity using a viscometer Otswald. FTIR data from CMC showed an OH group absorption peak at 3425 cm-1, and CO at 1072 cm-1 and C=O at 1573 cm-1. Analysis of the degree of substitution of the variations in weight of sodium monokloroasetat: α-cellulose is 5: 5, 5: 6, 5; 7, 5: 8 and 5: 9. As well as varying the time the synthesis of CMC ie 1, 2, 3, 4, and 5 hours. The optimum conditions carboxymethyl cellulose synthesis reaction of TKKS the addition of 7 g of sodium monokloroasetat and use 3 hours of reaction time. The resulting CMC has a degree of substitution of 0.84. Thus the analysis of the degree of substitution of CMC can be applied to groceries.
DAFTAR ISI
Daftar Singkatan xii
Daftar Lampiran xiii
Bab 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.7. Metodologi Penelitian 4
Bab 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tanaman Kelapa Sawit 6
2.2. Tandan Kosong Kelapa Sawit 8
2.3. Selulosa 8
2.4. Lignin 10
2.5. Hemiselulosa 12
2.6. Karboksimetil Selulosa 13
Bab 3. Metode Penelitian
3.4. Bagan Penelitian 28
3.4.1 Preparasi Sampel TKKS 28
3.4.2 Isolasi α-selulosa dari TKKS 29 3.4.3 Pembuatan CMC dari α-selulosa 30 3.4.4 Penentuan Derajat Substitusi 31
Daftar Pustaka 45
Lampiran 49
Bab 5. KESIMPULAN Dan SARAN
5.1. Kesimpulan 44
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Komposisi Kimiawi TKKS 8
2.2 Kegunaan CMC dari berbagai produk 16
2.3 Serapan inframerah senyawa CMC 17
2.4 Nilai derajat substitusi berdasarkan pengaplikasianya 18
4.1 Bilangan Gelombang Dari Berbagai Gugus Fungsi pada α-selulosa 33
4.2 Hasil CMC dari Variasi Berat Monokloroasetat 34
4.3 Variasi Berat Monokloroasetat Terhadap Derajat Substitusi 34
4.4 Variasi Waktu Sintesis CMC Terhadap Derajat Substitusi 35
4.5 Bilangan Gelombang Dari Berbagai Gugus Fungsi Pada CMC 35
4.6 Data Viskositas CMC 36
4.7 Data Viskositas Reduksi Terhadap Konsentrasi 36
4.8 Variasi Berat Monokloroasetat Terhadap Derajat Substitusi 40
4.9 Variasi Waktu Sintesis CMC Terhadap Derajat Substitusi 40
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Tandan Kosong Kelapa Sawit 7
2.2 Struktur Kimia Selulosa 9
2.3 Struktur Kimia Lignin 11
2.4 Struktur Hemiselulosa 13
2.5 Struktur karboksimetil selulosa 14
4.1 α- Selulosa yang Diisolasi dari TKKS 32
4.2 Spektrum FTIR dari α- Selulosa 33
4.3 Spektrum FTIR dari CMC 35
4.4 Mekanisme Reaksi α-selulosa Dengan Asam Monokloroasetat 39
DAFTAR SINGKATAN
ANAVA = Analisa Varians
CMC = Carboxymethyle Cellulose CPO = Crude Palm Oil
DP = Derajat Polimerisasi DS = Derajat Substitusi TBS = Tandan Buah Segar
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran
1. TKKS 50
2. Serbuk α-Selulosa 50
3. Serbuk CMC 50
4. Analisa Derajat Substitusi 50
5. Spektrum FT-IR α-Selulosa 51
6. Spektrum FT-IR CMC 52
7. Perhitungan Derajat Substitusi 53
8. Data Hasil Anava Berat Monokloroasetat 54 Terhadap Derajat Substitusi
9. Data Hasil Anava Waktu Sintesis CMC 54 Terhadap Derajat Substitusi
