perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN
N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP
KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN
Disusun oleh :
SIWI AJI WIJAYANTI
M0307022
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-METILEN
BISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI
KITOSAN” ini adalah benar-benar karya saya sendiri dan tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan
tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat
yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu
dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Juli 2012
SIWI AJI WIJAYANTI
commit to user
iv
PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN
N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP
KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN
SIWI AJI WIJAYANTI
Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Pengaruh penambahan asam itakonat dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) terhadap karakteristik hidrogel dari kitosan telah dipelajari dalam penelitian ini. Karakteristik hidrogel dari kitosan yang dianalisis adalah kapasitas
swelling dan tingkat kestabilan termal. Hidrogel dibuat menggunakan metode
grafting kopolimerisasi, dengan menggunakan refluks dalam kondisi vakum selama 1 jam pada suhu 60ºC.
Penentuan gugus-gugus fungsi yang terdapat pada hidrogel diidentifikasi menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Ketahanan termal hidrogel dengan dan tanpa crosslinking agent dibandingkan dan diidentifikasi menggunakan Thermogravimetric Analysis (TGA) dan Differential Thermal Analysis (DTA). Kapasitas swelling hidrogel dengan penambahan MBA dibandingan dengan hidrogel tanpa MBA. Hidrogel dengan penambahan MBA diuji kapasitas swellingdengan variasi pH media, yaitu dari 2 hingga 12.
Hasil karakterisasi dengan menggunakan FT-IR mengindikasikan telah terjadi ikatan silang antara asam itakonat dengan MBA. Hal ini ditunjukkan dengan adanya bilangan gelombang pada 1543,05 cm-1 (serapan –NH tekuk) dan serapan yang lebih tajam pada 1307,74 cm-1(serapan C-N) yang semakin banyak. Uji swelling dari hidrogel menunjukkan bahwa kapasitas swelling hidrogel tanpa adanya crosslinking agent lebih tinggi daripada hidrogel dengan crosslinking agent. Kapasitas swelling juga meningkat dengan penambahan asam itakonat. Uji
swelling pada variasi pH dari media menunjukkan bahwa kapasitas swelling
optimum diperoleh pada kondisi asam dengan pH 3 sedangkan pada kondisi basa dicapai pada pH 9. Karakterisasi menggunakan TGA/DTA menunjukkan kestabilan termal hidrogel meningkat dengan penambahan crosslinking agent
(MBA), reaksi yang terjadi selama proses dekomposisi merupakan reaksi endotermis.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
EFFECT OF ITACONIC ACID AND N,N’-METHYLENE BISACRYLAMIDE
ADDITION ON CHARACTERISTICS OF HYDROGEL FROM CHITOSAN
SIWI AJI WIJAYANTI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science
Sebelas Maret University
ABSTRACT
The effect of adding itakonat acid and N, n'-methylene bisakrilamida (MBA) on the characteristics of chitosan hydrogel has been studied in this research. Characteristics of the chitosan hydrogel was analyzed and the degree of swelling capacity of the thermal stability. Hydrogel was made using the method of grafting copolymerization, using a reflux in a vacuum for 1 hour at 60 ºC.
Determination of the function groups contained in the hydrogel was identified using Fourier Transform Infra Red (FTIR). Thermal stability of the hydrogel with and without crosslinking agent were compared and identified using Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Thermal Analysis (DTA). Swelling capacity of hydrogels with the addition of MBA compared with hydrogel without the MBA. Hydrogels with the addition of MBA was tested the swelling capacity with a variety of media pH, ie from 2 to 12.
The results of characterization by using FT-IR indicate crosslinking has occurred between itakonat acid with an MBA. This is shown by the wave number at 1543.05 cm-1 (-NH bending absorption) and a sharper absorption at 1307.74 cm-1 (CN absorption). Swelling test of hydrogel showed that swelling capacity of hydrogels in the absence of crosslinking agent is higher than the hydrogel with crosslinking agent. Swelling test on the variation of pH of swelling medium showed that the optimum capacity is obtained in acidic conditions with pH 3, while in base conditions achieved at pH 9. Characterization using a TGA / DTA shows that the thermal stability of the hydrogel increased with the addition of crosslinking agent (MBA), a reaction that occurs during the decomposition process is an endothermic reaction.
commit to user
vi
MOTTO
“Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi
(pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu; Allah mengetahui,
sedang kamu tidak mengetahui”
(QS. Al Baqarah 2:216)
” Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah sungguh-sungguh (urusan) yang lain.
Dan hanya kepada Rabbmulah kamu berharap ”
(Q.S 94 : 6-8)
Ikhlas dan bersabarlah dalam menghadapi ujian, karena kelak akan kau katakan
“Aku tak akan sampai pada titik ini tanpa melewati ujian itu”. Maka bersyukur
adalah cara terbaik untuk menghadapi segala sesuatu
(Penulis)
Segala sesuatu mungkin tidak akan semudah yang kita katakan dan bisa jadi tidak
sesulit yang kita bayangkan, maka lakukanlah apa yang benar-benar ada saat
ini dengan sebaik-baiknya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
PERSEMBAHAN
Syukur Alhamdulillah..
Karya ini penulis persembahkan kepada:
Alm. Bapak tercinta,,
Ibu dan Ayah tercinta, terimakasih atas kasih sayang, nasihat, doa, semangat, dan dukungan yang selalu mengalir untukku,,
Mas Teguh, Mas Agus, Mba Indri atas doa dan dukungan yang tak pernah putus,,
Diffenda Arbitri, Natura Kinanti, dan Harjuna Bayu Nendra, pelita-pelita kecilku yang selalu kurindukan,,
Tyas, Nila, Husna, Pipit, Furi, Dwi, Melina, dan Irma, atas tawa, tangis, bantuan, dukungan, nasihat, semangat dan kebersamaannya selama ini. Kalian adalah sahabat terbaik yang Allah anugerahkan untukku,,
Para penghuni Kimia FMIPA UNS 2007,,
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun dan
menyelesaikan skripsi yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN ASAM
ITAKONAT DAN N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP
KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN. Penulis menyadari bahwa
skripsi ini tidak akan dapat terselesaikan dengan baik tanpa bantuan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Prof. Ari Handono R., M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS.
2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS
3. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si selaku dosen pembimbing
skripsi.
4. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D selaku pembimbing akademik.
5. Bapak/Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia FMIPA UNS
6. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS dan Sub
Laboratorium Kimia UNS.
7. Semua pihak yang telah membantu dari awal hingga selesainya penyusunan
skripsi ini.
Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas segala dukungan
dan bantuan yang diberikan. Amin.
Penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Namun, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan
skripsi ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari para
pembaca untuk hasil yang lebih baik ke depannya.
Surakarta, Juli 2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACT ... v
MOTTO ... vi
PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ...1
A. Latar Belakang Masalah... 1
B. Perumusan Masalah ...3
1. Identifikasi Masalah ...3
2. Batasan Masalah ...4
3. Rumusan Masalah ...5
C. Tujuan Penelitian ...5
D. Manfaat Penelitian...6
BAB II. LANDASAN TEORI... 7
A. Tinjauan Pustaka ... 7
1. Polimer ...7
2. Hidrogel ...7
3. Kitosan ...9
4. Asam Itakonat ...10
5. Kopolimer ...12
commit to user
x
7. Crosslinking Agent (MBA) ...14
8. Kalium Persulfat (KPS) ...15
9. Swelling ...16
B. Kerangka Pemikiran ... ...16
C. Hipotesis ... ...18
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ...19
A. Metode Penelitian ...19
B. Tempat dan Waktu Penelitian ... ... 19
C. Alat dan Bahan ... ... 19
D. Prosedur Penelitian ... 21
1. Pembuatan Larutan Kitosan ... 21
2. Sintesis Hidrogel ... 21
a. Sintesis Hidrogel tanpa penambahan N,N’-Metilen Bisakrilamida (MBA)...21
b. Sintesis Hidrogel dengan Penambahan N,N’-Metilen Bisakrilamida (MBA)...21
3. Karakterisasi Hidrogel... 22
E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data... 22
BAB IV. PEMBAHASAN ... 23
A. Sintesis Hidrogel ... 23
B. Karakterisasi Hidrogel... 30
1. Uji Swelling...30
2. Karakterisasi Menggunakan TGA/DTA ... 34
BAB V. PENUTUP ... 40
DAFTAR PUSTAKA ... ... 41
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat ... 12
Tabel 2. Sifat-Sifat N,N’-Metilen Bisakrilamida ...15
Tabel 3. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Kitosan, Asam Itakonat, dan
Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA ... 26
Tabel 4. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Hidrogel Kitosan-Asam
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Struktur Kitosan ... 9
Gambar 2. Struktur Asam Itakonat ... 11
Gambar 3. Jalur Biosintesis Asam Itakonat ... 11
Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer ... 13
Gambar 5. Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-g-poli(B) ... 14
Gambar 6. Struktur Kimia N,N’-Metilen Bisakrilamida ... 15
Gambar 7. Hidrogel dengan Penambahan MBA... 23
Gambar 8. Hidrogel tanpa Penambahan MBA ... 23
Gambar 9. Spektra FT-IR Kitosan, Asam Itakonat, Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat... ...24
Gambar 10. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan tanpa MBA...27
Gambar 11. Spektra FT-IR Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat dan Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat–MBA ...28
Gambar 12. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan dengan Penambahan MBA.. ... 30
Gambar 13. Kapasitas Swelling Hidrogel dari kitosan dengan dan tanpa MBA pada pH 7...31
Gambar 14. Grafik Pengaruh Penambahan Asam Itakonat terhadap Kapasitas Swelling pada pH 8 ... 32
Gambar 15. Grafik Pengaruh pH Media terhadap Kapasitas Swelling... 33
Gambar 16. Grafik TGA/DTA Kitosan ... 35
Gambar 17. Grafik TGA/DTA Asam Itakonat ... 36
Gambar 18. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat ... 37
Gambar 19. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA ... 38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Sintesis hidrogel ... 44
Lampiran 2. Hasil Uji Swelling... 48
Lampiran 3. Data FT-IR ... 50
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Hidrogel merupakan suatu polimer hidrofilik dengan struktur jaringan
yang memiliki ikatan silang. Hidrogel mempunyai kemampuan untuk menyerap
sejumlah air tanpa adanya proses pelarutan. Karena elastisitas dan kelembutannya,
serta sifat fisiknya yang seperti tisu, hidrogel memiliki sifat hidrodinamik dari sel
dalam banyak cara. Karena sifat-sifatnya tersebut, hidrogel memiliki nilai-nilai
yang berharga untuk pengganti tisu yang lembut, pelapisan pipa saluran tubuh,
membran hemodialisis, lensa kontak, enkapsulasi sel, sarana pengangkut obat,
bahan pembuat tisu, pembalut luka, organ tubuh buatan/tiruan, dan biosensor
(Jiang et al., 2009).
Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi oleh adanya gugus hidroksil,
gugus karboksilat, gugus amida, atau gugus hidrosulfit. Sedangkan ketidaklarutan
dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Kemampuan
hidrogel untuk mengembang dalam air merupakan hasil dari keseimbangan antara
kekuatan sebar pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah
penetrasi air ke dalam hidrogel. Derajat dan sifat ikatan silang polimer juga dapat
menentukan sifat mengembang dari hidrogel (Kroschwitz, 1992). Hidrogel
berbahan dasar dari alam sangat menarik, karena dapat meningkatkan sifat-sifat
mekanik dari polimer alam. Bahan alami dari hidrogel memungkinkan sifat
biodegradabilitas material tersebut. Oleh karena sifatnya yang biokompatibel,
biodegradabel serta non-toksik, maka polosakarida dapat menjadi pilihan sebagai
bahan penyusun hidrogel (Pourjavadi et al., 2005). Kitosan adalah suatu material polimer hidrogel polielektrolit yang bersifar nontoksik yang mempunyai
kemiripan sifat dengan selulosa (Kimet al., 2004).
Kitosan merupakan salah satu polimer alam yang memiliki karakteristik
bidegradabel, kelambanan kimia, biokompatibilitas, kemampuan membentuk film
yang baik, dan harganya murah (Mucha et al., 2007). Kitosan merupakan senyawa yang dihasilkan dari senyawa kitin yang banyak terdapat dalam kulit luar hewan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
golongan Crustaceae seperti udang dan kepiting. Kitosan memiliki gugus hidroksil dan amin yang dapat memberi jembatan hidrogen secara intermolekuler
atau intramolekuler. Dengan demikian, jaringan hidrogen yang kuat akan
terbentuk, yang menyebabkan kitosan tidak larut dalam air. Gugus fungsi dari
kitosan (gugus hidroksil primer pada C-6, gugus hidrosil sekunder pada C-3 dan
gugus amino pada posisi C-2) membuat kitosan mudah dimodifikasi secara kimia.
Kitosan memiliki gugus hidrofilik berupa –NH2. Gugus hidrofilik ini
menyebabkan kitosan memiliki kemampuan untuk berikatan dengan
molekul-molekul air. Dengan sifat fisika dan kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi
kitosan dalam bidang kesehatan adalah sebagai hidrogel (Rekso dan Sunarni,
2007).
Asam itakonat merupakan salah satu monomer organik yang biasa
dimasukkan ke dalam suatu polisakarida. Asam ini dapat berfungsi sebagai
pengganti asam akrilat atau metakrilat. Asam itakonat digunakan 1-5% sebagai
komonomer dalam resin dan juga dalam pembuatan serat sintetis, sebagai pelapis,
perekat, pengental dan pengikat. Selain itu, asam itakonat juga merupakan
monomer yang bersifat biodegradabel karena bersumber dari karbohidrat yang
berasal dari bahan alam. Asam itakonat dapat dimanfaatkan dalam pembuatan
hidrogel dari kitosan melalui grafting kopolimerisasi dengan penambahan suatu inisiator dan agen pengikat silang (crosslinking agent).
Inisiator merupakan pembentuk radikal bebas yang berguna sebagai
pemicu terjadinya proses polimerisasi. Inisiator dibedakan berdasarkan sistem
kerjanya dalam menginisiasi reaksi polimerisasi. Menurut Bhattacharya et al.
(2009), inisiator dibedakan menjadi inisiator yang bekerja secara redoks, inisiator
yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas maupun inisiator yang bekerja
secara enzimatis. Inisiator radikal bebas merupakan iniasiator yang sangat reaktif
dan banyak digunakan dalam reaksi polimerisasi.
Selain inisiator, dalam grafting polimerisasi juga diperlukan suatu agen pengikat silang. selain terbentuknya grafting, terbentuknya ikatan silang pada saat polimerisasi sangat penting untuk menghasilkan jejaring polimer yang dapat
commit to user
semakin kuat. Berbagai macam jenis agen pengikat silang (crosslinking agent) dapat digunakan untuk menghasilkan ikatan silang dalam suatu sintesis polimer.
Menurut Saptono (2008), ikatan silang (crosslink) sangat berperan dalam menentukan elastisitas. Ikatan silang berfungsi sebagai pengikat bentuk (shape memory) yang memungkinkan terjadinya deformasi elastik dalam jumlah yang sangat besar. Tanpa adanya ikatan silang deformasi plastis akan mudah terjadi.
Deformasi elastik adalah terjadinya peregangan pada suatu material yang dapat
kembali ke bentuk awalnya. Deformasi plastis adalah peregangan pada suatu
material yang tidak dapat kembali ke bentuk awalnya.
Adanya ikatan silang menyebabkan polimer yang terbentuk tidak dapat
larut dalam air. Akan tetapi, kemampuan polimer untuk menggembung (swelling) turun selagi derajat ikatan silang meningkat. Untuk itu, yang diharapkan adalah
terbentuk rantai sepanjang mungkin dan terikat silang hanya di beberapa tempat.
Salah satu contoh penyambung silang yang diperlukan sangat sedikit (sekitar 0,08
mol %) relatif terhadap asam akrilat) adalah N,N’-metilen bisakrilamida atau
MBA. Zat ini mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga dapat
tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi polimerisasi berlangsung,
sehingga menghasilkan ikatan sambung-silang. Meskipun MBA memiliki gugus
fungsional amina, tetapi sangat tahan terhadap hidrolisis (Garner et al., 1997). Berdasarkan uraian-uraian di atas, maka perlu dilakukan penelitian untuk
mensintesis suatu hidrogel berbahan dasar alam, yaitu kitosan dengan
penambahan variasi konsentrasi asam itakonat dan agen pengikat silang berupa
N,N’-metilen bisakrilamida (MBA).
B. Perumusan Masalah
1. Identifikasi Masalah
a. Hidrogel dapat disintesis dari suatu bahan alami melalui grafting
kopolimerisasi monomer ke dalam suatu polisakarida. Beberapa polisakarida
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
b. Beberapa monomer yang dapat digunakan dalam grafting kopolimerisasi dengan polisakarida misalnya asam metakrilat (MAA), akrilonitril (AN) dan
asam itakonat (IA).
c. Medium yang digunakan dalam polimerisasi disesuaikan dengan sifat zat
yang akan digunakan. Medium dapat berupa pelarut polar seperti metanol,
etanol, dan air. Medium yang bersifat non-polar seperti n-heksan dan
kloroform, juga dapat digunakan.
d. Kitosan dapat larut pada larutan-larutan asam, antara lain larutan asam
format, asam asetat, asam laktat, dan asam glutamat 1-2% (v/v).
e. Inisiator radikal bebas merupakan jenis inisiator yang paling banyak
digunakan. Inisiator tersebut tidak stabil terhadap panas dan terurai menjadi
radikal-radikal pada suhu tertentu dengan laju bergantung dari strukturnya.
Beberapa jenis inisiator yang sering digunakan dalam reaksi polimerisasi
yaitu kalium persulfat, amonium persulfat, dan benzoil peroksida.
f. Penambahan agen pengikat silang (crosslinking agent) bertujuan untuk menghasilkan polimer yang memiliki sifat lebih baik dari tiap-tiap
homopolimer pembentuknya. Agen pengikat silang yang biasa digunakan
antara lain divinil benzena (DVB), N,N’-metilen bisakrilamida (MBA), dan
asam akrilat.
g. Suhu thermostatic bathyang biasa digunakan dalam sintesis hidrogel berkisar antara 50-70ºC.
h. Hidrogel dapat dikarakterisasi menggunakan analisis FT-IR, Spectro Electro Microscopy (SEM), Termal Gravity Analysis (TGA), Texture analyzer, dan uji swelling.
i. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kapasitas swelling hidrogel dari kitosan antara lain jumlah monomer, crosslinking agent, dan inisiator yang ditambahkan, permukaan pori, ukuran pori, dan kondisi pH media swelling.
2. Batasan Masalah
commit to user
b. Monomer yang digunakan berupa asam itakonat (IA).
c. Medium yang digunakan merupakan medium polar, yaitu air.
d. Larutan asam yang digunakan untuk melarutkan kitosan adalah asam asetat
1% (v/v).
e. Inisiator radikal bebas yang digunakan berupa kalium persulfat.
f. Agen pengikat silang yang digunakan adalah N,N’-metilen bisakrilamida
(MBA).
g. Suhu thermostatic bathyang digunakan adalah 60 ºC.
h. Karakteristik hidrogel diuji menggunakan analisis FT-IR, TGA, dan uji
swelling.
i. Jumlah monomer yang ditambahkan, penambahan crosslinking agent, dan kondisi pH media swelling dipelajari pengaruhnya terhadap kapasitas
swellinghidrogel dari kitosan.
3. Rumusan Masalah
a. Bagaimana pengaruh penambahan variasi massa asam itakonat terhadap
kapasitas swellinghidrogel dari kitosan?
b. Bagaimana pengaruh penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA)
terhadap kapasitas swellingdan kestabilan termal hidrogel dari kitosan? c. Bagaimana pengaruh variasi pH media terhadap kapasitas swelling hidrogel
kitosan-asam itakonat-MBA?
C. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah :
a. Mengetahui pengaruh penambahan variasi massa asam itakonat terhadap
kapasitasswellinghidrogel dari kitosan.
b. Mengetahui pengaruh penambahan N,N’-metilen bis akrilamida (MBA)
terhadap kapasitas swellingdan kestabilan termal hidrogel dari kitosan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
D. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
a. Secara praktis, dapat memberikan informasi tentang pembuatan hidrogel yang
berbahan dasar kitosan dan asam itakonat.
b. Secara teoritis, dapat meningkatkan pengetahuan mengenai pemanfaatan
bahan alam dalam dunia polimer.
c. Dapat mengembangkan pemanfaatan hidrogel dalam dunia industri, antara
commit to user
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Polimer
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari pengulangan unit
yang kecil dan sederhana. Unit ulang dari polimer biasanya sama atau hampir
sama dengan monomernya. Polimer yang terbentuk bisa lurus, membentuk
cabang, dan membentuk ikatan silang. Panjang rantai suatu polimer ditentukan
melalui jumlah unit ulang dalam rantai, biasanya dinyatakan dengan derajat
polimerisasi (DP).
Proses polimerisasi oleh Flory (1953) dan Carothers (1940) dibagi menjadi
dua kelompok besar, yaitu polimerisasi kondensasi (step-reaction polymerization) dan polimerisasi adisi (chain-reaction polymerization). Polimerisasi kondensasi merupakan polimerisasi bertahap, didasarkan pada reaksi antara dua pusat aktif
sehingga terbentuk senyawa baru dan hasil samping. Bila molekul pereaksi
memiliki dua gugus fungsi atau lebih, reaksi dapat berjalan lebih lanjut
membentuk rantai polimer yang panjang.Polimerisasi adisi didasarkan pada
pemutusan ikatan rangkap pada substrat. Pada polimerisasi adisi biasanya terjadi
reaksi rantai dimana radikal bebas atau ion terlibat didalamnya. Polimerisasi
ionik, polimerisasi radikal, dan polimerisasi Ziegler-Natta termasuk kedalam
polimerisasi adisi (http://sunfh.tripod.com/chem3.htm. 13 April 2012).
2. Hidrogel
Hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang terikat silang, dimana
terdiri dari kopolimer hidrofilik yang memiliki kemampuan untuk menyerap
sejumlah besar air. Hidrogel mempunyai kemampuan mengembang (swelling) dalam air, tetapi tidak larut dalam air. Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi
oleh adanya gugus hidroksil, gugus karboksilat, gugus amida, atau gugus
hidrosulfit, sedangkan ketidaklarutan dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
dimensi dari hidrogel. Kemampuan hidrogel untuk mengembang dalam air
merupakan hasil dari keseimbangan antara kekuatan sebar pada rantai hidrat
dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah penetrasi air ke dalam hidrogel.
Hidrogel merupakan objek menarik yang memiliki sifat baik seperti
padatan ataupun cairan.Sifat yang menyerupai cairan disebabkan oleh fakta bahwa
unsur utama dari gel umumnya adalah cairan, seperti air. Di sisi lain, suatu gel
dapat mempertahankan bentuknya karena memiliki suatu modulus geser yang
menjadi nyata jika gel tersebut diubah bentuknya. Modulus itu karena terjadinya
ikatan silang dari polimer dalam membentuk jaringan. Aspek ini menunjukkan
sifat padat dari gel. Sebagai tambahan untuk aspek yang menyerupai padatan dan
cairan ini, gel dapat mengubah keadaannya secara drastis, mirip dengan cara gas
mengubah volumenya lebih dari sekedar seribu kali. Suatu hidrogel dapat
dipandang sebagai suatu wadah air yang terbuat dari jaringan tiga dimensi. Pada
keadaan kering, gel merupakan material padat. Hidrogel mengembang hingga
mencapai kesetimbangan pengembangan ketika air ditambahkan (Karadag et al., 1996).
Hidrogel dapat dibagi menjadi dua berdasarkan asalnya, yaitu hidrogel
alami dan hidrogel sintetik. Komponen utama hidrogel sintetik adalah monomer
atau polimer sintetik. Ditinjau dari sifat biologisnya, hidrogel yang diperoleh dari
hasil sintetis maupun yang dari alam dapat bersifat biodegradabel,
non-biodegradabel, dan bio-erodibel. Hidrogel biodegradabel umumnya berasal dari
senyawa alami, misalnya karbohidrat dan derivatnya yang mudah dicerna oleh
enzim. Hidrogel non-biodegradabel biasanya terbuat dari senyawa sintetik.
Hidrogel bio-erodibel adalah salah satu jenis hidrogel yang dapat terkikis dalam
proses pemakaiannya.
Polimer hidrofilik yang terikat silang dapat membentuk hidrogel yang
mampu menyerap dan mempertahankan air ratusan kali dari beratnya dan dikenal
sebagai superabsorben. Sifat-sifat hidrogel ini sudah menarik perhatian dari
banyak peneliti, teknolog dan sudah ditemukanaplikasi yang tersebar luas di
commit to user
3. Kitosan
Kitosan dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari
deasetilasi kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organisme.
Adapun struktur kitosan ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Kitosan (Kusumaningsih et al., 2004)
Kitosan adalah hasil proses deasetilasi dari senyawa kitin yang banyak
terdapat dalam kulit luar hewan golongan Crustaceaeseperti udang dan kepiting (Hargono et al., 2008). Kitosan dihasilkan dari kitin dan mempunyai struktur kimia yang sama dengan kitin, dimana terdiri dari rantai molekul yang panjang
dan berat molekul yang tinggi. Adapun perbedaan antara kitin dan kitosan adalah
pada setiap cincin molekul kitin terdapat gugus asetil (-CH3-CO) pada atom
karbon kedua, sedangkan pada kitosan terdapat gugus amina (-NH) (Apsari dan
Fitriasti, 2010).
Kitosan diisolasi dari cangkang hewan Crustaceae, terutama udang melalui serangkaian proses, diantaranya depigmentasi, deproteinasi,
demineralisasi, dan deasetilasi. Kitosan merupakan kitin yang mengalami proses
deasetilasi, dimana gugus asetilnya telah hilang sehingga menyisakan gugus
amina bebas yang menyebabkannya bersifat polikationik ( Rochima, E et al., 2004). Kitosan merupakan senyawa yang tidak larut dalam air, sedikit larut dalam
HCl, HNO3 dan H3PO4 serta tidak larut dalam H2SO4. Kitosan lebih mudah
dilarutkan dalam asam-asam encer seperti asam asetat, asam format, asam sitrat
(Meriatna, 2008). Kitosan juga tidak larut dalam beberapa pelarut organik seperti
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
dalam asam format berkonsentrasi 0,2-100% dalam pelarut air (Apsari dan
Fitriasti, 2010).
Kitosan merupakan salah satu polimer alam yang memiliki karakteristik
bidegradabel, kelambanan kimia, biokompatibilitas, kemampuan membentuk film
yang baik, dan harganya murah (Mucha et al.,2007). Kitosan adalah suatu material polimer hidrogel polielektrolit yang bersifar nontoksik yang mempunyai
kemiripan sifat dengan selulosa (Kim, et al., 2004)
Kitosan yang disebut juga dengan β-1,4-2-amino-dioksi-D-glukosa merupakan turunan dari kitin melalui proses deasetilasi. Proses deasetilasi
dilakukan dengan penambahan natrium hidroksida 50% karena merupakan basa
kuat yang reaktif sehingga deasetilasi lebih cepat terjadi. Dengan sifat fisika dan
kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi kitosan dalam bidang kesehatan adalah
sebagai hidrogel. Kitosan sebagai polimer alam memiliki sifat fisik dan daya
swelling yang relatif rendah dibandingkan polimer sintesis (Rekso dan Sunarni, 2007).
Perkembangan penggunaan kitosan meningkat pada tahun 1940-an terlebih
dengan makin diperlukannya bahan alami oleh berbagai industri sekitar tahun
1970-an. Penggunaan kitosan untuk aplikasi khusus seperti farmasi, kesehatan,
bidang industri antara lain industri membran, biokimia, bioteknologi, pangan,
pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri perkayuan, polimer, dan
industri kertas (Sugita, 2009).
4. Asam Itakonat
Asam itakonat ditemukan oleh Baup pada tahun 1837 sebagai produk
dekomposisi termal dari asam sitrat. Kemudian pada tahun 1932, Kinoshita
berhasil melakukan biosintesis asam itakonat dari karbohidrat dengan bantuan
fungi, Aspergillus itaconicus.
Asamitakonat(IA) merupakan asamorganiktak jenuhdikarbonat. Asam
inidapat dengan mudah dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai
pengganti asam akrilat atau metakrilat. Asam ini digunakan 1-5% sebagai
commit to user
perekat, pengental dan pengikat. Proses produksi biasanya melalui fermentasi
karbohidrat oleh jamur. Jamur yang bisa digunakan antara lain Aspergillus itaconicus dan Aspergillus terreus(Willke andVorlop, 2001).Struktur dari asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 2.
C
CH2
COOH
COOH H2C
Gambar 2. Struktur Asam Itakonat
Setelah ditemukannya biosintesis asam itakonat, lalu mulai dikembangkan
teknik untuk mensintesis asam itakonat secara kimia. Salah satunya seperti yang
dilakukan Blatt pada tahun 1943 yang menggunakan dry distillation asam sitrat. Ada juga yang menggunakan cara oksidasi dari mesitil oksida seperti yang
dilakukan Berg dan Hetzel pada 1978 (Willke and Vorlop, 2001). Akan tetapi,
sintesis asam itakonat secara kimia tidak efektif bila dibandingkan dengan cara
fermentasi dengan menggunakan fungi. Karena itu, lebih banyak dikembangkan
teknik biosintesis asam itakonat yang mana fungi yang paling sering digunakan
untuk fermentasi adalah Aspergillus terreus. Jalur biosintesis asam itakonat ditunjukkan pada Gambar 3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Tate pada tahun 1981 menyebutkan bahwa asam itakonat stabil pada
keadaan asam, netral maupun setengah basa pada suhu moderat. Beberapa sifat
dari asam itakonat disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat
Rumus molekul C5O4H4
Berat molekul 130,1
Titik leleh 167-168 °C
Titik didih 268 °C
Kelarutan dalam air 83,103 g/L
Densitas 1,632 g/L (20 °C)
pH 2 (pada larutan air 80 mg/L)
pKa 3,84 dan 5,55
5. Kopolimer
Kopolimerisasi merupakan suatu reaksi polimerisasi yang menggunakan
lebih dari satu jenis monomer. Hasil dari reaksi kopolimerisasi disebut kopolimer.
Jika monomer A dan B dipolimerisasi bersama, maka ada empat jenis susunan
kopolimer yang mungkin terbentuk. Jika dua unit monomer terikat berselang
seling dalam rantai polimer maka produknya disebut kopolimer alterasi,
sedangkan bila distribusinya acak dikenal sebagai kopolimer acak. Susunan unit
ulang yang ketiga adalah jika terbentuk blok A dan blok B bersama, disebut
sebagai kopolimer blok. Jika satu unit ulang tercangkok dengan rantai utama
hanya mengandung satu macam kesatuan berulang, maka kopolimer ini disebut
kopolimer cangkok. Jenis- jenis kopolimer disajikan pada Gambar 4.
Seperti halnya polimerisasi biasa, mekanisme kopolimerisasi dapat
berlangsung melalui reaksi radikal bebas, penggunaan inisiator ionik
(kopolimerisasi anionik maupun kationik) dan kopolimerisasi dengan katalis
commit to user
Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer
Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer
6. GraftingKopolimerisasi
Grafting kopolimerisasi merupakan salah satu metode yang paling umum digunakan untuk memodifikasi sifat-sifat kimia dan fisika polimer alami dan
sintetik. Grafting kopolimerisasi dilakukan dengan cara menumbuhkan atau menggabungkan polimer sintetik pada backbone polimer alami, dimana istilah lain dari menumbuhkan atau manggabungkan dalam sintesa kopolimer graf
disebut grafting. Ada tiga metode sintesisgraftingkopolimer : Pertama: grafting from yaitu polimer backbone membawa site aktif yang digunakan untuk menginisiasi polimerisasi monomer, kedua: grafting to yaitu polimer backbone
membawa gugus fungsional X reaktif yang terdistribusi secara random, bereaksi
dengan polimer lain yang membawa gugus fungsi Y, dan ketiga: grafting through
yaitu adanya makromer dengan BM rendah dan site yang tidak jenuh, polimer yang sedang tumbuh dapat bereaksi pada site yang tidak jenuh menghasilkan kopolimer graf. Keberhasilan sintesis kopolimer graf sangat dipengaruhi oleh proses inisiasi yaitu proses pembentukan radikal bebas pada backbone(Silvianita
et al., 2004).
Sedangkan menurut Athawale dan Rathi (1999), graftingkopolimer adalah rantai makromolekular dengan satu spesies blok atau lebih yang disambungkan ke
rantai utama sebagai rantai sisi. Batang tubuh polimer utama polimer (A) yang
memiliki cabang-cabang rantai polimer (B) yang berasal dari titik yang berbeda -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A- Kopolimer alterasi
-A-A-A-B-B-A-A-B-A-A-A-B-B- Kopolimer acak
-A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-B- Kopolimer blok
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A Kopolimer cangkok |
B |
B-B-B-B-perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
dan tercangkok pada sepanjang rantai utama, secara umum ditulis sebagai
poli(A)-cangkok-poli(B) atau poli(A)-g-poli(B) seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Mekanisme GraftingKopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-g-poli(B) (Zohuriaan-Mehr, 2005)
7. Crosslinking Agent (MBA)
Reaksi ikatan silang pada saat polimerisasi sangat penting untuk
menghasilkan jejaring polimer yang dapat menyerap air. Pengikat silang yang
digunakan dalam penelitian ini adalah N,N’-metilenbisakrilamida (MBA) yang
bereaksi dengan gugus fungsi karboksil pada rantai polimer sehingga terbentuk
jejaring polimer. Zat ini mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga
dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi polimerisasi
berlangsung, sehingga menghasilkan ikatan sambung-silang. Meskipun MBA
commit to user
hidrolisis(Salim dan Suwardi, 2009).Struktur kimia N,N’-metilen bisakrilamida
(MBA) ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Struktur Kimia N,N’-Metilen Bisakrilamida (Salim dan
Suwardi, 2009)
Sifat-sifat dari N,N’-metilen bisakrilamida disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Sifat-Sifat N,N’-metilen bisakrilamida
Rumus molekul C7H10N2O2
Berat molekul 154,17
Titik leleh 185 ºC
Kelarutan dalam air 0,01-0,1 g/100 mL at 18 ºC
Densitas 1,235
8. Kalium Persulfat (KPS)
Kalium persulfat atau pottasium persulfat merupakan garam dengan rumus
kimia K2S2O8 yang berupa padatan kristal berwarna putih dan tidak berbau.
Kalium persulfat biasa digunakan sebagai inisiator radikal. Kaliumpersulfat
bersifat higroskopis dan harus disimpan ditempat yang kering.
Suatu mekanisme degradasi radikal bebas dari kitosan menggunakan KPS
dilakukan untuk menjelaskan perilaku degradasi. Secara singkat, ion-ion persulfat
terdisosiasi secara termal ke dalam radikal anionik dan tertarik ke gugus amino
kationik pada karbon C-2 dari cincin kitosan. Setelah itu, radikal anionik
menyerang karbon C-4, dan mentransfer radikal ke karbon C-4 dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
menyebabkan pemotongan ikatan C-O-C pada rantai utama (Shih-Chang Hsuaet al., 2001).
9. Swelling
Sifat yang menguntungkan dari hidrogel adalah kemampuannya untuk
mengembang (swell) ketika dimasukkan ke dalam pelarut yang kompatibel secara termodinamik (Ganji, F. et al., 2010). Kapasitas swellingmerupakan kemampuan hidrogel untuk menyerap air ratusan kali dari berat hidrogel tersebut. Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi kapasitas swelling hidrogel, diantaranya adalah konsentrasi crosslinking agent, jumlah monomer yang ditambahkan, konsentrasi inisiator yang digunakan, dan pH medium swelling.
B. Kerangka Pemikiran
Polimer hidrofilik yang terikat silang dapat membentuk hidrogel yang
mampu menyerap dan mempertahankan air ratusan kali dari beratnya. Hidrogel
memiliki gugus-gugus hidrofilik dan memiliki kemampuan untuk mengembang di
dalam medium cair. Kemampuan hidrogel untuk mengembang di dalam medium
cair disebut sebagai kapasitas swelling. Adanya ikatan silang pada hidrogel menyebabkan struktur hidrogel lebih rapat sehingga tidak mudah larut dalam air.
Sifat-sifat hidrogel ini sudah menarik perhatian dari banyak peneliti dan teknolog
dan sudah ditemukan aplikasi-aplikasi yang tersebar luas di berbagai bidang,
sepertidrug delivery systems, pertanian, proses-proses pemisahan (Sadeghiet al., 2011).
Hidrogel berbahan dasar alam merupakan hidrogel yang disusun oleh
bahan-bahan alam. Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik karena
dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Adanya bahan alami
menjamin biodegradabilitas dari material. Polisakarida merupakan salah satu
polimer alam yang sering dimanfaatkan dalam pembuatan hidrogel. Polisakarida
memiliki sifat biokompatibel, biodegradabel serta non-toksik. Salah satu metode
commit to user
Kitosan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan untuk
pembuatan hidrogel. Kitosan yang disebut juga dengan β
-1,4-2-amino-dioksi-D-glukosa merupakan turunan dari kitin melalui proses deasetilasi. Proses deasetilasi
dilakukan dengan penambahan natrium hidroksida 50% karena merupakan basa
kuat yang reaktif sehingga deasetilasi lebih cepat terjadi. Kitosan memiliki gugus
hidrofilik berupa –NH2. Gugus hidrofilik ini menyebabkan kitosan memiliki
kemampuan untuk berikatan dengan molekul-molekul air. Dengan sifat fisika dan
kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi kitosan dalam bidang kesehatan adalah
sebagai hidrogel (Rekso dan Sunarni, 2007).Kitosan digunakan sebagai rantai
utama dalam pembuatan hidrogel dan akan berikatan dengan suatu monomer.
Asamitakonatadalah salah satu monomer yang merupakan asamorganiktak
jenuhdikarbonat. Asam inidapat dengan mudahdimasukkan ke
dalampolimerdandapatberfungsisebagaipenggantiasamakrilikataumetakrilat
berbasis petrokimia. Asam itakonat juga memiliki gugus hidrofilik berupa COO
-yang mudah untuk mengikat molekul air. Adanya sifat hidrofilik -yang dimiliki
asam itakonat mengakibatkan hidrogel yang dihasilkan akan semakin hidrofilik
dan semakin lebih banyak menyerap air. Penambahan variasi massa asam itakonat
yang semakin meningkat akan meningkatkan sifat hidrofilik hidrogel sehingga
kapasitas swellinghidrogel juga meningkat.
Pembuatan hidrogel dapat dilakukan melalui graf kopolimerisasi asam itakonat ke dalam kitosan dengan penambahan inisiator berupa kalium persulfat.
Untuk mengubah keadaan polimer sehingga tidak dapat larut dalam air,
rantai-rantai harus tersambung silang. Agen pengikat silang yang digunakan adalah
N,N’-metilen bisakrilamida (MBA). MBA memiliki dua ikatan rangkap yang
sangat reaktif, sehingga dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi
polimerisasi berlangsung dan menghasilkan ikatan sambung silang. Meskipun
MBA memiliki gugus fungsional amina, tetapi sangat tahan terhadap hidrolisis.
Ikatan silang yang dihasilkan oleh MBA membuat struktur hidrogel yang
dihasilkan semakin rapat sehingga semakin tidak larut dalam air.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
berbeda antara hidrogel dengan lingkungan swelling. Kenaikan pH media swelling
dapat meningkatkan kapasitas swelling hidrogel dari kitosan. Kapasitas swelling
optimum dari hidrogel dapat dicapai pada kondisi asam maupun basa (Sadeghi
and Yarahmadi, 2011).
C. Hipotesis
a. Penambahan variasi konsentrasi asam itakonat akan meningkatkan
kapasitas swellinghidrogel dari kitosan.
b. Penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) akan meningkatkan
kapasitas swelling dan kestabilan termal hidrogel dari kitosan.
commit to user BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental di dalam
laboratorium. Tahap pertama adalah sintesis hidrogel untuk menentukan pengaruh
konsentrasi monomer dengan merefluks kitosan dan asam itakonat dalam beberapa
variasi konsentrasi dengan menggunakan medium akuades dengan penambahan
kalium persulfat dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) kemudian dihilangkan
kandungan airnya. Tahap kedua adalah penentuan pengaruh konsentrasi crosslinking
agent dengan memvariasi konsentrasi N,N’-metilen bisakrilamida dalam sintesis
hidrogel dengan komposisi optimum yang telah diperoleh pada tahap kedua.
Selanjutnya dilakukan karakterisasi hidrogel dengan FTIR, TGA dan uji swelling.
B. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia FMIPA Universitas
Sebelas Maret selama 6 bulan (Oktober 2011 – Maret 2012).
C. Alat dan Bahan
1. Alat
a. Seperangkat alat refluks
b. Termometer
c. Gelas beker
d. Labu ukur
f. Pengaduk
g. Kaca arloji
h. Pipet tetes
i. Hot plate
j. Pompa vakum
k. Pompa air
l. Tabung gas nitrogen
m. Neraca analit
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
n. Selang
o. Klem
p. Statif
q. Kertas saring
r. pH stick
s. Magnetik stirrer
t. Cawan petri
u. Oven
v. Seperangkat alat Fourier Transform Infra Red(IR) Shimadzu tipe FT-IR-820431 PC
w. Seperangkat alat Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis
Shimadzu tipe DTG 60H
2. Bahan
a. Kitosan
b. Asam itakonat (Aldrich)
c. Kalium persulfat (E.Merck)
d. Asam asetat glasial (E.Merck)
e. Metanol teknis
f. Metilen bisakrilamida (E.Merck)
g. Akuades
h. HCl (E.Merck)
commit to user
D. Prosedur Penelitian
1. Pembuatan Larutan Kitosan
Sebanyak 1,0 gram kitosan dan 35 ml larutan asam asetat (CH3COOH) 1%
(v/v) dimasukkan ke dalam gelas beker. Campuran kitosan dan CH3COOH diaduk
hingga semua kitosan larut dan diperoleh larutan kitosan yang homogen.
2. Sintesis Hidrogel
a. Sintesis Hidrogel tanpa penambahan MBA
Asam itakonat (IA) dengan variasi massa 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; dan 2,5 g
dilarutkan dengan akuades. Kemudian 35 ml larutan kitosan yang sudah dibuat
pada langkah sebelumnya dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan larutan kalium
persulfat (KPS) 0,04 g dalam 5 ml akuades ditambahkan pada kitosan tersebut.
Campuran dalam labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath berisi air dengan suhu 60 ºC dan dalam kondisi vakum lalu distirer selama 10 menit.
Setelah campuran homogen, larutan asam itakonat ditambahkan ke dalam labu
leher tiga dan direfluks selama 1 jam. Volume total larutan kitosan-asam itakonat
adalah 50 ml. Setelah reaksi selesai, produk dibiarkan hingga mencapai suhu
ruang lalu dituangkan ke dalam cawan petri yang berisi 10 ml metanol teknis dan
dibiarkan hingga 24 jam. Campuran dalam cawan petri dioven selama 24 jam
pada suhu 50ºC.
b. Sintesis Hidrogel dengan Penambahan MBA
Asam itakonat (IA) dengan variasi massa 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; dan 2,5 g
dilarutkan dengan akuades. Kemudian 35 ml larutan kitosan yang sudah dibuat
pada langkah sebelumnya dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan larutan kalium
persulfat (KPS) 0,04 g dalam 5 ml akuades ditambahkan pada kitosan tersebut.
Campuran dalam labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath berisi air dengan suhu 60 ºC dan dalam kondisi vakum lalu distirer selama 10 menit.
Setelah campuran homogen, larutan asam itakonat dan larutan MBA 0,1 g dalam
5 ml aquades ditambahkan ke dalam labu leher tiga dan selanjutnya direfluks
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
ruang lalu dituangkan ke dalam cawan petri berisi 10 ml metanol teknis dan
dibiarkan hingga 24 jam. Campuran dalam cawan petri tersebut dioven selama 24
jam pada suhu 50ºC.
3. Karakterisasi Hidrogel
Serbuk hidrogel hasil sintesis dengan variasi asam itakonat sebagai
monomer diuji kapasitas swelling. Uji swelling juga dilakukan pada beberapa variasi pH media. Hidrogel dengan dan tanpa N,N’-metilen bis akrilamida
dikarakterisasi strukturnya dengan FTIR dan sifat termalnya dengan
menggunakan TGA/DTA.
E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data
Pengumpulan data menggunakan alat FTIR untuk mengetahui strukturnya
dan dengan TGA/DTA dapat diketahui sifat termalnya. Untuk mengetahui
swelling capacityhidrogel dilakukan uji swelling.
Data yang diperoleh dari analisa FT-IR terhadap kitosan, asam itakonat,
hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan hidrogel kitosan-asam itakonat
dengan penambahan MBA digunakan untuk mengamati perubahan gugus fungsi
yang muncul pada spektra. Gugus fungsi-gugus fungsi tersebut dapat digunakan
untuk menentukan struktur yang terbentuk pada sintesis hidrogel dari kitosan.
Analisa menggunakan TGA/DTA bertujuan untuk mengetahui tingkat
kestabilan termal hidrogel dari kitosan yang dihasilkan. Penurunan % massa yang
terjadi berkaitan dengan terjadinya pelepasan suatu molekul atau gugus tertentu
pada hidrogel.
Uji swelling dilakukan pada hidrogel dari kitosan-asam itakonat dengan penambahan MBA dan tanpa penambahan MBA untuk mengetahui pengaruh
penambahan MBA terhadap kapasitas swelling hidrogel dari kitosan. Uji swelling
juga dilakukan pada penambahan asam itakonat sebagai monomer untuk
mengetahui pengaruhnya terhadap kapasitas swelling dari hidrogel. Uji swelling
pada beberapa variasi pH media bertujuan untuk mengetahui pengaruh pH media
commit to user
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Sintesis Hidrogel
Hidrogel telah disintesis dari kitosan dengan variasi monomer. Hidrogel
juga disintesis dengan dan tanpa penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA).
Hasil sintesis hidrogel dengan penambahan MBA ditunjukkan pada Gambar 7,
sedangkan yang disintesis tanpa menggunakan MBA ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 7. Hidrogel dengan Penambahan MBA
Gambar 8. Hidrogel tanpa Penambahan MBA
Secara fisik dapat dilihat bahwa hidrogel dengan penambahan MBA
memiliki warna yang lebih terang dibandingan dengan hidrogel tanpa
penambahan MBA. Hidrogel dari kitosan dengan penambahan MBA lebih lengket
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
dan lebih sulit dihancurkan daripada hidrogel tanpa penambahan MBA. Hal ini
terjadi karena struktur hidrogel dari kitosan dengan penambahan MBA semakin
rapat dengan adanya ikatan silang yang terbentuk.
Analisis FT-IR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi-gugus fungsi
yang ada di dalam hidrogel setelah sintesis, sehingga dapat diketahui
kemungkinan-kemungkinan reaksi yang terjadi selama polimerisasi.
1. Spektra FT-IR kitosan, asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa
MBA
Spektra FT-IR kitosan, asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam itakonat
tanpa MBA ditunjukkan pada Gambar 9.
a
b
c
Gambar 9. Spektra FT-IR Kitosan (a), Asam Itakonat(b) Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat (c)
Gambar 9.a merupakan spektra FT-IR dari kitosan. Pada spektra tersebut
commit to user
N-H dan –OH yang terdapat pada kitosan. Puncak pada 1598,99 cm-1
menunjukkan bilangan gelombang –NH bending yang merupakan ciri khas dari
struktur kitosan. Bilangan gelombang pada 2920,23 dan 2872,01 cm-1merupakan
serapan C-H stretching. Bilangan gelombang 1153,43 cm-1 menunjukkan serapan dari O-C-O. Bilangan gelombang 896,90 cm-1merupakan serapan dari C-H siklik.
Gambar 9.b merupakan grafik spektra FT-IR untuk asam itakonat.
Beberapa puncak yang terbentuk pada spektra tersebut yaitu pada bilangan
gelombang 1703,14 yang merupakan serapan dari C=O asam karboksilat.
Bilangan gelombang 1627,92 menunjukkan serapan dari C=C alkena. Bilangan
gelombang 2931,80; 2951,09; 3024,38; dan 3070,68 merupakan serapan C-H.
Serapan -OH asam karboksilat terdeteksi pada bilangan gelombang 3070,68 dan
3024,38 cm-1.
Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat pada Gambar 9.c
menghasilkan perubahan serapan. Bilangan gelombang pada 3421,72 cm-1 dan
3385,07 cm-1tidak tampak pada Gambar 9.c, hal ini menandakan hilangnya gugus
-OH dari kitosan. Bilangan gelombang 2931,80 cm-1dan 2951,09 cm-1 dari asam
itakonat tidak berubah, sedangkan bilangan gelombang 3024,38 dan 3070,68 cm-1
bergeser menjadi 3026,31 dan 3072,60 cm-1. Serapan baru muncul pada bilangan
gelombang 3093,82 cm-1. Bilangan gelombang-bilangan gelombang tersebut
merupakan serapan dari gugus C-H alkana dan -OH. Bilangan gelombang dan
serapan yang dihasilkan pada Gambar 9 ditunjukkan pada Tabel 3.
Serapan-serapan yang dihasilkan oleh spektra FT-IR dapat memberikan
beberapa kemungkinan reaksi. Kemungkinan reaksi yang dapat terjadi menurut
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Serapan Kitosan Asam itakonat Hidrogel kitosan-asam
1600-1680 C=C alkena 1627,92 1627,92
1579,33 -NH tekuk dari amina
Ada tiga kemungkinan reaksi yang terjadi pada pembuatan hidrogel
kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan tiga kemungkinan reaksi yang terjadi pada
pembuatan hidrogel kitosan-asam itakonat dengan penambahan MBA.
Kemungkinan reaksi pada pembuatan hidrogel kitosan-asam itakonat MBA
ditunjukkan pada Gambar 10, sedangkan pada pembuatan hidrogel kitosan-asam
commit to user
Gambar 10. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan tanpa MBA
2. Spektra FT-IR hidrogel kitosan asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam
itakonat-MBA
Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat dibandingkan dengan
spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA untuk mengetahui adanya
serapan-serapan baru yang mungkin terbentuk dengan adanya penambahan MBA.
Spektra yang membandingkan serapan-serapan yang terbentuk pada hidrogel
kitosan-asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA ditunjukkan pada
Gambar 11.
Spektra FT-IR untuk hidrogel kitosan-asam itakonat sama dengan yang
sudah dijelaskan pada gambar 9.c, yaitu adanya serapan pada bilangan gelombang
1703,14 cm-1 yang teridentifikasi sebagai C=O dan hilangnya gugus -OH.
Bilangan gelombang 2931,80 dan 2951,09 yang merupakan serapan dari C-H
alkana. Serapan pada bilangan gelombang 3026,31; 3072,60 dan 3093,82 cm-1
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
a
b
Gambar 11. Spektra FT-IR Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat (a) dan Hidrogel
Kitosan-Asam Itakonat-MBA (b)
Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA ditunjukkan pada
Gambar 11.b. Spektra yang terbentuk tidak jauh berbeda dengan spektra FT-IR
hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa MBA. Pada spektra (b) hanya terjadi
pergeseran-pergeseran yang sangat tipis. Selain itu, serapan pada bilangan
gelombang 3093,82 cm-1yang terdapat pada spektra (a) sudah tidak ditemukan
lagi pada spektra (b).
Pada spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa penambahan
MBA terdapat serapan pada bilangan gelombang 1307,74 yang menunjukkan
serapan dari C-N yang berasal dari kitosan. Serapan C-N pada bilangan
gelombang 1307,74 semakin tajam setelah ditambahkan MBA. Hal ini disebabkan
karena MBA juga memiliki gugus C-N pada strukturnya sehingga ikut
mempengaruhi serapan C-N pada spektra FT-IR.
Penambahan MBA pada sintesis hidrogel dari kitosan juga mengakibatkan
serapan –OH semakin menyempit. Penyempitan serapan –OH menunjukkan
commit to user
mengindikasikan bahwa jumlah ikatan hidrogen pada senyawa yang dianalisis
semakin sedikit. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi pelepasan H2O selama
reaksi pembentukan hidrogel.
Data serapan dan bilangan gelombang yang dihasilkan pada hidrogel
kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan hidrogel kitosan-asam dengan penambahan
MBA ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Hidrogel Kitosan-Asam
Itakonat dan Kitosan-Asam Itakonat-MBA
Bilangan gelombang (cm-1)
Serapan Hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA
1600-1680 C=C alkena 1627,92 1627,92
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Gambar 12. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan dengan Penambahan MBA
B. Karakterisasi Hidrogel
1. Uji Swelling
a. Pengaruh Crosslinking Agent(MBA) pada Kapasitas Swelling
Adanya crosslinking agent(MBA) dapat mempengaruhi kapasitas swelling
commit to user
Gambar 13. Kapasitas SwellingHidrogel dari Kitosan dengan dan tanpa MBA pada pH 7
Gambar 13 menunjukkan bahwa kapasitas swelling dari hidrogel yang tidak ditambahkan crossslinking agentlebih tinggi dibandingkan dengan hidrogel yang diikat silang oleh crosslinking agent. Polimer hidrofilik yang terikat silang dapat membentuk hidrogel yang mampu menyerap dan menyimpan air ratusan
kali dari beratnya sendiri. Akan tetapi konsentrasi crosslinking agentyang terlalu tinggi mengakibatkan tingginya kekakuan struktur yang terikat silang sehingga
tidak dapat mengembang dan hanya dapat menyerap sejumlah kecil air (Sadeghi,
et al, 2011). Kemampuan hidrogel untuk menyerap air disebut sebagai kapasitas
swelling hidrogel. Hidrogel dalam penelitian ini disintesis secara grafting
kopolimerisasi dari kitosan sebagai polisakarida dan asam itakonat sebagai
monomer. Inisiator yang digunakan pada sintesis ini adalah kalium persulfat
(KPS), sedangkan crosslinking agent yang digunakan adalah metilen bisakrilamida (MBA). Adanya ikatan silang pada hidrogel bertujuan untuk
mencegah terputusnya rantai polimer yang hidrofilik pada lingkungan cair.
Sifat ikatan silang pada hidrogel membuatnya tidak larut di dalam air.
Akan tetapi, penambahan konsentrasi MBA yang terlalu tinggi dapat
menyebabkan penurunan jarak antara rantai kopolimer dan sebagai akibatnya,
struktur kaku yang dihasilkan oleh ikatan silang yang sangat kuat tidak dapat
mengembang dan menyerap air dalam jumlah yang sedikit (Sadeghi and
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
b. Pengaruh Penambahan Monomer (Asam Itakonat) pada Kapasitas
Swelling
Selain adanya crosslinking agent, kapasitas swelling dari hidrogel juga dipengaruhi oleh banyaknya monomer yang ditambahkan. Monomer yang
ditambahkan pada polisakarida dalam penelitian ini adalah asam itakonat. Jumlah
asam itakonat yang ditambahkan bervariasi dari 0,5 g - 2,5 g.Uji swelling
dilakukan pada pH 8. Grafik pengaruh penambahan monomer (asam itakonat)
terhadap kapasitas swellinghidrogel ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 14. Grafik Pengaruh Penambahan Asam Itakonat terhadap Kapasitas
Swellingpada pH 8
Gambar 14 menunjukkan bahwa kapasitas swelling hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA mengalami kenaikan dengan semakin meningkatnya jumlah asam
itakonat yang ditambahkan. Kenaikan kapasitas swellingterjadi pada penambahan asam itakonat mulai 0,5 g - 2 g, dan menurun pada saat asam itakonat yang
ditambahkan sebesar 2,5 g. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas swelling
optimum hidrogel kitosan-asam itakonat terdapat pada penambahan asam itakonat
sebanyak 2,0 g yaitu sebesar 23,9 g/g. Kenaikan awal pada kapasitas swelling
dapat dihubungkan dengan banyaknya ketersediaan molekul-molekul monomer di
sekitar polisakarida dan meningkatnya sifat hidrofilik dari hidrogel sehingga gaya
tarik menarik lebih kuat untuk lebih banyak menyerap air. Sedangkan
menurunnya kapasitas swelling setelah dicapai titik optimum berkaitan dengan lebih banyaknya homopolimerisasi yang terjadi selama graft polimerisasi, dan
commit to user
peningkatan viskositas medium yang membatasi pergerakan radikal bebas dan
molekul monomer, serta meningkatnya peluang untuk terjadi transfer rantai ke
molekul monomer.
c. Pengaruh pH media pada Kapasitas Swelling
Pada penelitian ini juga dilakukan pengujian kapasitas swelling pada beberapa variasi pH asam hingga hingga basa. Kisaran pH yang digunakan adalah
2-13. Larutan asam yang digunakan berupa HCl, sedangkan larutan basa yang
digunakan adalah NaOH. Pengenceran dilakukan menggunakan akuades.Analisis
pengaruh pH media terhadap kapasitas swelling hidrogel dilakukan pada penambahan asam itakonat sebanyak 1,0 g karena pada penambahan tersebut
diperoleh hasil paling optimal. Grafik pengaruh pH media terhadap kapasitas
swellinghidrogel kitosan-asam itakonat-MBA disajikan pada Gambar 15.
Uji swelling dengan variasi pH media bertujuan untuk mengetahui pH optimum terjadinya swelling. Hal ini berkaitan dengan pemanfaatan hidrogel sebagai drug delivery system, yaitu untuk menyampaikan obat dengan baik pada pada sasaran yang dituju sesuai dengan pH dari organ tubuh tersebut.
Gambar 15. Grafik Pengaruh pH Media terhadap Kapasitas Swelling
Gambar 15 merupakan grafik yang menunjukkan pengaruh variasi pH
terhadap kapasitas swellinghidrogel. Kenaikan kapasitas swellingterjadi pada pH 3. Pada pH 4 hingga 7 terjadi kenaikan dan penurunan kapasitas swelling, tetapi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
tidak mencapai kenaikan seperti pada pH 3. Kenaikan kapasitas swelling kembali terjadi pada pH 9. Adanya perubahan swelling yang besar dikarenakan adanya perbedaan spesies yang berinteraksi yang bergantung pada pH dari media yang
digunakan untuk swelling. Pada pH di bawah 3, adanya ion Cl- melindungi penyerapan kation amonium. Pada pH antara 4-7, kebanyakan golongan asam dan
basanya adalah NH3+ dan COO- atau bentuk-bentuk NH2 dan COOH, sehingga
interaksi ionik dari spesies NH3+dan COO-atau ikatan hidrogen antara amina dan
asam karboksilat menyebabkan adanya crosslinking yang diikuti dengan penurunan kapasitas swelling. Pada pH 9, gugus asam karboksilat terionisasi dan gaya tolak elektrostatik meningkat di antara gugus-gugus COO- yang diserang
menyebabkan peningkatan kapasitas swelling.
2. Karakterisasi Menggunakan TGA/DTA
Thermogravimetric Analysis(TGA) adalah suatu teknik analitik untuk menentukan stabilitas termal suatu material dan fraksi komponen volatiledengan menghitung perubahan berat yang dihubungkan dengan perubahan temperatur.
Sedangkan Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik analisis termal dimana perubahan material diukur sebagai fungsi temperatur. DTA
digunakan untuk mempelajari sifat termal dan perubahan fasa akibat perubahan
entalpi dari suatu material. Analisis TGA/DTA telah dilakukan terhadap sampel
kitosan, asam itakonat, hidrogel kitosan-asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam
itakonat-MBA.
a. Grafik TGA/DTA dari Kitosan
Analisis TGA/DTA terhadap kitosan bertujuan untuk mengetahui tingkat
kestabilan termal dari kitosan. Grafik yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar
commit to user
Gambar 16. Grafik TGA/DTA kitosan
Gambar 16 menunjukkan grafik TGA/DTA untuk senyawa kitosan.
Analisis TGA/DTA dilakukan pada suhu 0-600 ºC. Titik endotermis pertama
terbentuk pada suhu 30,3 ºC-64,1 ºC dimana terjadi penurunan massa sebanyak
10%. Degradasi ini berkaitan dengan hilangnya H2O yang terikat pada senyawa
kitosan. Titik endotermis kedua terjadi pada suhu 286,8 ºC-320,0 ºC. Penurunan
massa yang terjadi sebesar 21% sehingga % massa yang tersisa adalah 59%.
Penurunan massa ini disebabkan oleh adanya degradasi dari kitosan.
b. Grafik TGA/DTA dari Asam Itakonat
Analisis TGA/DTA juga dilakukan terhadap asam itakonat untuk
mengetahui kestabilan termal dari asam itakonat. Hasil yang diperoleh berupa
grafik pada Gambar 17 berikut ini.
-50 -40 -30 -20 -10 0 10
0 20 40 60 80 100 120
0 100 200 300 400 500 600 700
TGA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Gambar 17. Grafik TGA/DTA Asam Itakonat
Grafik TGA/DTA asam itakonat menunjukkan dua puncak endotermis.
Puncak endotermis pertama terjadi pada suhu 157,1 ºC-170,6 ºC yang
menyebabkan penurunan % massa sebanyak 2%. Penurunan massa ini
mengindikasikan terjadinya pelepasan H2O. Puncak endotermis kedua terbentuk
pada suhu 238,9 ºC yang mengakibabkan penurunan % massa sebesar 93%.
Dekomposisi tersebut mengindikasikan adanya pelepasan gugus –OH dari asam
itakonat.
c. Grafik TGA/DTA dari Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat
Hidrogel dari kitosan dan asam itakonat diuji TGA/DTA untuk
mengetahui tingkat kestabilan termalnya tanpa adanya penambahan crosslinking agent (MBA). Grafik yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 18.
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20
0 20 40 60 80 100 120
0 200 400 600 800
TGA
commit to user
Gambar 18. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat
Puncak endotermis pertama terjadi pada suhu 169,5 ºC, menyebabkan
penurunan % massa sebesar ±11%. Puncak endotermis kedua terjadi pada suhu
195,4 ºC yang mengakibatkan terjadinya penurunan % massa sebesar ±35,7%.
Puncak endotermis yang ketiga terjadi pada suhu 365,4 ºC dan menyebabkan
terjadinya penurunan % massa sebanyak ±71%. Degradasi-degradasi tersebut
mengindikasikan pelepasan molekul air dan terjadinya degradasi kitosan pada
hidrogel.
d. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA
Hidrogel kitosan-asam itakonat dengan penambahan crosslinking agent
(MBA) juga dianalisis menggunakan TGA/DTA. Hal ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh penambahan MBA terhadap tingkat kestabilan termal
hidrogel. Grafik yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 19.
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
0 20 40 60 80 100 120
0 200 400 600 800
TGA
