BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1. Kertas

Kertas yang menggambarkan suatu benda atau barang dengan bentuk lembaran- lembaran tipis, yang diproduksi dari kompresi serat kayu yang bermula dari pulp.

Bangsa China yang merupakan negara yang pertama kali mengembangkan kertas [5].

Pada dasarnya kertas yang merupakan salah satu dari beberapa produk dalam industri yang sangat dibutuhkan oleh banyak orang atau masyarakat. Selain itu pula dalam kehidupan sehari-hari fungsi dari kertas sudah tidak diragukan lagi, karena manfaat serta fungsinya yang signifikan dalam kehidupan manusia. Fungsi utama dari kertas itu sendiri yaitu sebagai media tulis yang digunakan dalam dunia pendidikan, perkantoran hingga sebagai media penyalur kreativitas seni.

Pada tahun 2019 Indonesia merupakan produsen kertas nomor 6 terbesar di dunia karena mampu memproduksi kertas dengan jumlah 7,98 juta ton kertas [1]. Dan berdasarkan data dari Badan Pusat Statistik (BPS) pada tahun 2020 yaitu sejak terjadinya pandemi covid-19 produksi kertas mengalami kenaikan sebesar 12,49 % pada kuartal II/2019 [2]. Kertas yang digunakan secara berlebihan dapat memberikan efek buruk terhadap lingkungan, dikarenakan tingginya penggunaan kertas maka tinggi juga banyak pohon yang akan ditebang dan dapat menyebabkan hutan gundul.

Penggunaan kertas yang berlebihan yang juga berpengaruh kepada hutan yang akan menjadi gundul, dikarenakan kertas yang berasal dari kayu-kayu yang biasanya diambil dari hutan. Pada umumnya kertas itu sendiri memiliki beberapa komponen, yaitu seperti selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Selain itu pula kertas memiliki sifat-sifat, yaitu seperti [5]:

1) Mudah dibakar 2) Dapat menyerap air

6 3) Dapat dilipat

4) Mudah robek 5) Tipis

6) Dapat direkat dengan lem 7) Mudah diremas

8) Mudah berlobang

Kertas memiliki beberapa jenis, diantaranya yaitu [5]:

1) Kertas tulis: HVS 2) Kertas karton 3) Kertas hardboard 4) Kertas koran

5) Keras cetak: untuk buku cetak 6) Kertas tisu

7) Kertas bungkus: kertas lilin

2.1.1. Limbah Kertas

Kertas yang telah digunakan tersebut akan menjadi limbah kertas, persoalan limbah kertas akan menjadi masalah serius apabila tidak segera diatasi. Limbah kertas dapat diatasi dengan berbagai cara, yaitu seperti dibakar, dan ditimbun. Namun berdasarkan cara-cara tersebut dampak negatif nya seperti untuk limbah kertas yang dibakar maka akan mencemari udara, untuk limbah kertas yang ditimbun maka akan mencemari tanah. Oleh karena itu dibutuhkan metode daur ulang baru untuk merubah limbah kertas menjadi bentuk lain yang bisa dimanfaatkan. Berdasarkan penelitian sebelumnya, dimana telah membuktikan bahwa limbah kertas dapat didaur ulang dan diubah menjadi nanofiber [3]. Namun pada penelitian tersebut belum menjelaskan secara jelas sifat fisis penggunaan nanofiber dari limbah kertas tersebut. Mendaur ulang limbah kertas menjadi nanofiber dapat digunakan di berbagai macam aplikasi, seperti dalam bidang filter air dengan mengetahui

7

nanofiber tersebut memiliki sifat hidrofilik. Sebagai contoh bentuk dari limbah kertas dapat dilihat pada Gambar 2.1

Gambar 2.1. Limbah kertas.

Limbah kertas yang terdiri dari berbagai macam kertas yang sudah menjadi satu bagian, namun pada penelitian ini yaitu untuk mensintesis limbah kertas menjadi nanofiber dengan menggunakan teknik electrospinning digunakan limbah kertas dengan tipe kertas yaitu kertas HVS dikarenakan limbah kertas HVS tersebut lebih banyak digunakan oleh masyarakat.

1.2. Nanofiber

Nanofiber adalah serat yang memiliki diameter dengan rentang mikrometer hingga nanometer. Pada nanofiber, diameter serat akan dipengaruhi oleh beberapa parameter proses diantaranya terdiri dari besar tegangan, laju alir, dan jarak jarum ke kolektor yang digunakan [6, 7, 8]. Besar laju alir yang diberikan bernilai sebanding dengan jarak jarum ke kolektor yang diberikan, dan akan bernilai berbanding terbalik dengan tegangan yang diberikan. Dimana semakin besar tegangan yang diberikan maka diameter serat yang dihasilkan semakin kecil, dan semakin besar laju alir ataupun jarak yang diberikan maka diameter serat yang dihasilkan semakin besar. Selain itu nanofiber dikatakan dapat diaplikasikan secara efektif untuk bidang medis, filtrasi, energi, kain pelindung (protective fabrics) dan lain-lain. Bidang nanofiber lebih mudah diaplikasikan karena dalam bidang

8

nanomaterial yang memiliki potensi besar. Bentuk serat nanofiber dapat dilihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.2. Nanofiber [8].

Berdasarkan dari sifat-sifat yang dimiliki nanofiber tersebut nanofiber menjadi bahan atau serat yang sangat dibutuhkan untuk dimanfaatkan sebagai pengembangan di berbagai bidang industri, diantaranya seperti industri komposit, tekstil, kosmetik, kesehatan, farmasi, olahraga, dan juga pulp serta kertas [9].

Dikarenakan nanofiber sangat dibutuhkan untuk dimanfaatkan sebagai pengembangan di berbagai bidang industri tersebut pada umumnya untuk membuat nanofiber terdapat beberapa teknik atau cara, yaitu seperti pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Beberapa teknik atau cara membuat nanofiber [4, 10].

No Teknik Penjelasan

1 Drawing Teknik drawing merupakan teknik

yang memiliki sifat viscoelastic yang mampu menahan deformasi akibat stress dan penarikan dengan tetap mempertahankan hanya gaya kohesi polimernya. Teknik drawing ini memiliki kelebihan yaitu alat yang digunakan sederhana, namun juga teknik ini memiliki kekurangan yaitu pada prosesnya hasil yang

9

didapat tidak kontinu.

2 Phase separation Teknik phase separation

merupakan teknik dengan melakukan beberapa proses yaitu pelarutan, pembuatan jel, ekstraksi dengan pelarut, pembekuan, serta pengeringan sehingga dapat menghasilkan material busa dengan berpori nano namun menggunakan waktu yang lama. Pada teknik phase separation ini alat yang digunakan sederhana.

3 Template synthesis Teknik template synthesis

merupakan teknik yang memerlukan nanoporous membran sebagai template untuk menghasilkan nanofiber. Pada teknik template synthesis ini tidak mampu menghasilkan filamen serat yang kontinu.

4 Self-assembly Teknik self-assembly merupakan

teknik yang proses nya dilakukan secara individu artinya pada teknik ini komponen yang digunakan dipersiapkan dahulu dengan fungsi serta pola yang diinginkan. Pada teknik self-assembly ini untuk menghasilkan nanofiber yang kontinu harus menggunakan waktu yang cukup lama.

5 Electrospinning atau teknik pemintalan elektrik

Teknik electrospinning merupakan teknik yang efisien dalam

10

pembuatan nanofiber polimer, dikarenakan arus serta tegangan yang dapat dikontrol sesuai dengan yang diinginkan, nanofiber yang dihasilkan memiliki serat yang panjang, dan biaya yang dikeluarkan tidak banyak.

Walaupun teknik electrospinning ini terjadi ketidakstabilan pada cone jet.

1.3. Electrospinning

Pemintalan elektrik atau electrospinning yang merupakan salah satu teknik yang efisien untuk membuat serat dengan diameter mikrometer hingga nanometer yang memanfaatkan pengaruh medan listrik dalam menghasilkan pancaran (jet) larutan atau lelehan polimer bermuatan listrik, serat tersebut yang dinamakan nanofiber [4, 6]. Hasil nanofiber dari teknik electrospinning memiliki karakteristik yang menarik dan unik, seperti diameter yang dihasilkan konstan [7].

Electrospinning yang memiliki sifat yaitu dalam prosesnya dapat ditingkatkan, dapat dilakukan berulang, proses yang mudah dilakukan, dan pada dimensi serat yang dapat dikontrol [4, 10]. Selain itu electrospinning ini memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu biaya yang efektif, dapat menghasilkan nanofiber yang cukup panjang (kontinu), dan nanofiber terus menerus dapat diproduksi, namun ketidakstabilan dari jet [11, 12, 13]. Skema alat electrospinning dapat dilihat pada Gambar 2.3

11

Gambar 2.3. Skema electrospinning.

Berdasarkan Gambar 2.3. yaitu skema electrospinning dapat dijelaskan bahwa electrospinning dapat bekerja untuk menghasilkan serat karena memanfaatkan tegangan tinggi dari power supply yang awalnya berupa larutan atau cairan polimer yang berbentuk homogen yang berada pada jarum suntik di syringe pump alat electrospinning. Tegangan tinggi yang digunakan pada power supply electrospinning yaitu kisaran 7 kV hingga 20 kV, apabila tegangan pada electrospinning tersebut rendah atau kecil maka larutan atau cairan polimer yang terdapat pada jarum suntik di syringe pump yang keluar hanya berupa tetesan yang jatuh dan tidak akan menghasilkan serat. Namun dapat diketahui bahwa tegangan yang tinggi akan menyebabkan larutan atau cairan atau polimer menjadi bermuatan, larutan yang bermuatan tinggi tersebut akan tertarik oleh gaya elektrostatik (𝑭_𝑪).

Dimana gaya elektrostatik (𝑭_𝑪). yang merupakan gaya yang terjadi akibat adanya tegangan listrik. Larutan yang tertarik tersebut akan menuju ke kolektor drum dimana akan terbentuknya serta yang tersimpan di kolektor drum, karena dapat diketahui bahwa kolektor drum memiliki fungsi sebagai tempat penampung serat.

Serat yang dihasilkan tersebut merupakan nanofiber, tertariknya larutan dari ujung jarum ke kolektor berbentuk cone jet dimana cone jet tersebut terbentuk seperti kerucut. Skema dari gaya yang terdapat di cone jet dapat dilihat pada Gambar 2.4

12

Gambar 2.4. Ilustrasi gaya yang terdapat pada cone jet alat electrospinning [4, 14].

Larutan yang terdorong dari jarum suntik ke kolektor drum juga dipengaruhi oleh besar alir (besar alir yang dapat diatur) serta tegangan yang diberikan. Larutan polimer ketika diberikan tegangan yang semakin besar maka akan mengakibatkan muatan yang berada pada permukaan larutan semakin besar dan akan mengakibatkan kenaikan gaya elektrostatik. Berdasarkan pada Gambar 2.4.

terdapat gaya lainnya selain gaya elektrostatik yang terdapat pada cone jet alat electrospinning seperti gaya tegangan permukaan (𝑭_𝜸) dan juga gaya hidrodinamik (𝑭_𝑯). Dimana gaya tegangan permukaan (𝑭_𝜸) merupakan gaya yang mempertahankan suatu tegangan permukaan, dan sedangkan gaya hidrodinamik (𝑭_𝑯) merupakan gaya yang didapatkan karena adanya dorongan dari syringe pump.

Gaya elektrostatik (𝑭_𝑪), gaya tegangan permukaan (𝑭_𝜸) dan gaya hidrodinamik (𝑭_𝑯) memiliki hubungan yaitu seperti pada persamaan (2.1) [10].

𝑭_𝑪+ 𝑭_𝑯− 𝑭_𝜸 = 0. (2.1.)

dengan 𝑭_𝑪= 𝑘^𝑞1𝑞2

𝑟² . (2.2.)

𝑭_𝑯≅ 𝜔. (2.3.)

𝑭_𝜸≅ ¹

𝜇. (2.4.)

Dimana 𝑘 merupakan konstanta pembanding (9 × 10⁹ 𝑁𝑚⁻²), 𝑞₁ merupakan muatan yang berada di ujung jarum (C), 𝑞₂ merupakan muatan yang berada di

13

kolektor drum (C), 𝑟 merupakan jarak antara jarum dengan kolektor drum (m), 𝜔 merupakan flowrate / laju alir (^𝐿

𝑠), dan 𝜇 merupakan viskositas sebuah larutan (^𝑁𝑠

𝑚²).

Selain itu pula dalam melakukan proses electrospinning terdapat parameter- parameter yang sangat berpengaruh, diantaranya seperti pada Tabel 2.2

Tabel 2.2. Parameter-parameter dalam electrospinning [4].

Berdasarkan dari beberapa parameter-parameter tersebut secara ideal nanofiber yang dihasilkan dengan electrospinning apabila diameter nanofiber yang dihasilkan konsisten dan dapat dikontrol, tidak cacat, dan kontinu serta dapat dikumpulkan pada kolektor [4, 6, 9, 13].

1.4. Asam Asetat

Asam asetat merupakan salah satu macam dari asam karboksilat setelah asam format yang paling sederhana. Dalam air, larutan asam asetat merupakan asam lemah yang hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H⁺ dan CH3COOH^-. Asam asetat yang dilambangkan dengan senyawa kimia C2H4O2 atau CH3CHOOH, bentuk senyawa kimia asam asetat seperti pada Gambar 2.5. Asam asetat merupakan senyawa kimia yang memiliki sifat korosif yang tidak memiliki warna, berbau menyengat, dengan massa molekul 60,05 gr/mol, dan titik didih sebuah asam asetat sebesar -169˚C serta asam asetat yang dapat membeku pada suhu 16,7˚C [15].

Parameter Larutan Parameter Proses Parameter Lingkungan Konsentrasi Tegangan elektrostatik Temperatur

Viskositas Laju alir listrik Kelembaban

Jarak jarum ke kolektor

14

Gambar 2.5. Senyawa kimia asam asetat.

1.5. PVAc (Polyvinyl Acetate)

Polyvinyl Acetate atau yang biasa disebut dengan PVAc merupakan salah satu jenis polimer aplikatif yang dapat digunakan untuk bahan perekat antara material satu dengan lainnya. PVAc dapat dilambangkan dengan rumus atau senyawa kimia C4H6O2, serta bentuk senyawa kimia dari polimer PVAc dapat dilihat dari Gambar 2.6. PVAc memiliki sifat seperti tidak berwarna, kerekatan yang sangat kuat, tidak berbau, lebih cepat solid, tidak mudah terbakar, stabilitas yang baik terhadap cahaya, dan merupakan salah satu jenis perekat yang memiliki harga murah [16].

PVAc memiliki titik lebur sebesar 60˚C, titik didih sebesar 72,5˚C, dan memiliki kerapatan sebesar 1,191g/cm³ [17].

Gambar 2.6. Senyawa kimia polimer PVAc.

15

1.6. FTIR (Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy)

Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy atau yang biasa disebut dengan FTIR merupakan pengujian inframerah atau infra-red untuk mengetahui suatu gugus fungsi yang terdapat pada suatu sampel, dengan digunakan radiasi elektromagnetik sebagai sumber sinar [18]. Salah satu metode yang dilakukan pada pengujian atau karakterisasi FTIR adalah metode ATR (Attenuated Total Reflectance), dimana digunakan untuk analisa gugus fungsional dari bahan padat ataupun cairan. Hasil dari uji FTIR ini yang diperoleh berupa data dan pola absorbansi, yang akan dianalisis agar mengetahui ada atau tidak nya perubahan yang terdapat pada struktur ikatan berdasarkan dari spektrum inframerah atau infra-red (IR) yang didapat [19].

Berdasarkan dari sampel yang berbeda-beda pada FTIR akan mendapatkan suatu gugus fungsi yang berbeda-beda, dan dari gugus fungsi yang didapatkan tersebut akan mendukung pernyataan dari hasil pengujian sudut kontak yang didapatkan yaitu bersifat hidrofilik ataupun hidrofobik. Spektrum IR dalam FTIR adalah hasil dari interaksi terhadap senyawa-senyawa kimia pada matriks suatu sampel yang kompleks.

Alat FTIR memiliki prinsip kerja dimana daerah celah menuju sampel akan terlewati oleh infrared saat FTIR sedang dilakukan. Celah tersebut akan berfungsi guna untuk pengontrol jumlah energi yang akan diberikan terhadap sampel.

Beberapa infrared akan masuk ke sampel yang menyerap yang memiliki ikatan dengan momen dipol, namun infrared yang tidak masuk menyerap ke sampel akan pindah melalui permukaan sampel, dengan tujuan agar sinar tersebut dapat naik ke tingkatan energi yang tinggi agar tereksitasi sampai ke detector. Sinyal yang didapatkan akan dikirim ke computer untuk direkam agar dapat mengetahui panjang gelombang dari pola absorbansi pada jenis spektrum IR [18]. Skema alat FTIR dapat dilihat pada Gambar 2.7

16

Gambar 2.7. Skema FTIR.