Pengaruh Leaching Pada Produk Film Lateks Karet Alam Berpengisi Mikrokristal Selulosa Avicel Dengan Penambahan Penyerasi Alkanolamida

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 LATEKS KARET ALAM

Lateks karet alam didapat dari pohon Hevea Brasiliensis yang berasal dari famili Euphorbiaceae ditemukan dikawasan tropikal Amazon, Amerika Selatan sebelum di bawa ke benua lain. Lateks karet alam yang berasal dari lateks Hevea Brasiliensis ini adalah cairan seperti susu yang diperoleh dari proses penorehan batang pohon karet. Cairan ini terdiri dari 30-40% partikel hidrokarbon yang terkandung di dalam serum juga mengandung protein, karbohidrat dan komposisi-komposisi organik serta bukan organik.Lateks karet alam terdiri dari sistem koloid cis-1,4-poliisoprena yang tersebar secara stabil dengan jumlah molekul yang tinggi dalam serum. Struktur umum cis-1,4-poliisoprena dapat dilihat pada gambar 2.1

Gambar 2.1 Struktur Umum Lateks cis-1,4-poliisoprena[26]

Komposisi lateks Hevea Bransiliensis bila disentrifugasi dengan kecepatan

18.000 rpm adalah sebagai berikut [26]:

• Fraksi karet (37%) : karet (isoprena), protein, lipida dan ion logam.

• Fraksi Frey Wyssling (1-3%) : karotinoid, lipida air, karbohidrat dan inositol, protein dan turunannya.

• Fraksi serum (48%) : senyawa nitrogen, asam nukleat dan nukleotida, senyawa organik, ion anorganik dan logam.

• Fraksi dasar (14%) : fraksi ini mengandung partikel disebut lutoid. Lutoid ini mempunyai dinding semi permiabel. Cairan dalam lutoid ini (serum B) mengandung protein, lipida dan logam.

C

C

CH2

CH3

H

Kandungan karet dalam lateks segar biasanya ditingkatkan menjadi 60% kandungan karet kering (dry rubber content) melalui proses pemekatan sebelum digunakan untuk membuat produk. Proses pengawetan dilakukan di kebun untuk sementara waktu, sebelum proses pemekatan dilakukan. Amonia dengan kepekatan tinggi digunakan untuk pengawetan lateks pekat dalam jangka panjang. Lateks pekat dengan penambahan amonia minimal 1,6% disebut amonia tinggi (High Ammonia lateks) dan lateks pekat yang mengandung amonia maksimal 0,8% disebut amonia rendah (Low Ammonia lateks). Dalam penelitian ini, digunakan lateks pekat amonia tinggi (High Ammonia lateks) dengan kandungan karet kering sebesar 60%.

Lateks pekat umumnya bersifat tidak stabil atau cepat mengalami penggumpalan. Lateks dikatakan stabil apabila sistem koloidnya stabil yaitu tidak terjadi flokulasi atau penggumpalan selama penyimpanan.Ketidakstabilan lateks terjadi disebabkan karena rusaknya lapisan pelindung karet yang terdispersi dalam serum lateks. Dengan rusaknya sistem kestabilan lateks, maka mutu lateks yang dihasilkan menjadi kurang baik [26]. Untuk tetap menjaga kestabilan lateks, maka lateks pekat harus memenuhi persyaratan mutu menurut ASTM D 1076 dan ISO

2004 yang ditunjukkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spesifikasi Mutu Lateks Pekat ASTM D 1076 dan ISO 2004 [26]

No. Parameter ASTM D 1076 ISO 2004

2.2 PEMBUATAN SENYAWA LATEKS KARET ALAM

reaksi,pengaktif, penstabil, antioksidan, dan pengisi. Sedangkan bahan kimia tambahan adalah bahan penyerasi antara pengisi dengan lateks karet alam.

2.2.1 BAHAN VULKANISASI

Vulkanisasi adalah suatu proses dimana molekul karet yang linier mengalami reaksi sambung silang sulfur (sulfur crosslinking) sehingga menjadi molekul polimer yang membentuk rangkaian tiga dimensi. Reaksi ini merubah karet yang bersifat plastis (lembut) dan menjadi karet yang elastis, keras dan kuat. Vulkanisasi yang dikenal dengan proses pematangan (curing) dan molekul karet yang sudah tersambung silang (crosslinked rubber) di rujuk sebagai vulkanisat karet [27].

Secara umum sistem pemvulkanisasi di klasifikasikan menjadi tiga yaitu pemvulkanisasi konvensional, pemvulkanisasi semi effisien, dan pemvulkanisasi effisien. Untuk membedakan ketiga sistem ini dibedakan berdasarkan jumlah kuratif (perbandingan antara sulfur dan pencepat). Untuk sistem konvensional mengandung sulfur lebih banyak bila dibandingkan dengan pencepat. Sistem efisiensi mengandung pencepat lebih banyak dari pada sulfur. Sedangkan sistem semi

effisiensi jumlah sulfur dan pencepat sama banyaknya[26].

Proses vulkanisasi secara konvensional menggunakan belerang pertama kali ditemukan oleh Charles Goodyear tahun 1839, untuk proses vulkanisasi ini sering

Gambar 2.2 Reaksi Vulkanisasi Secara Konvensional Menggunakan Belerang [28]

2.2.2 BAHAN PENCEPAT REAKSI (ACCELERATOR)

Reaksi vulkanisasi dengan menggunakan sulfur biasanya berlangsung sangat lambat. Dalam dunia industri hal ini kurang efisien karena menambah waktu produksi secara tidak langsung juga menambah biaya, dan kekuatan film lateks yang dihasilkan rendah atau lemah. Kekuatan film lateks yang dihasilkan dapat ditingkatkan dengan penambahan bahan-bahan pencepat reaksi dan bahan-bahan penggiat [29].

Berdasarkan jenisnya, bahan pencepat reaksi dapat digolongkan sebagai berikut [30] :

• Golongan thiazol, contohnya MBT (Mercaptobenzothiazole) • Golongan guanidin, contohnya DPG (Diphenyl guanidine)

• Golongan sulfenamida, contohnya CBS (N-cyclohexyl-2-benzothiazolseulfen amide).

• Golongan dithiocarbamate, contohnya ZDEC (Zinc diethyl dithiocarbamate) • Golongan thiuram disulfida, contohnya TMTD (Tetramethylthiuram disulfide)

2.2.3 BAHAN PENGAKTIF (ACTIVATOR)

Sebagian besar dari bahan pencepat reaksi (accelerator) memerlukan bantuan dari bahan pengaktif pencepat (accelator activator) seperti zink oksida dan asam stearat untuk dapat bekerja maksimal. Zink oksida bereaksi dengan asam stearatuntuk membentuk zink stearat (dalam beberapa kasus, zink stearat digunakan untuk menggantikan zink oksida dan asam stearat). Bahan ini digunakan bersamaan dengan bahan pencepat reaksi untuk mempercepat reaksi vulkanisasi. Jika hanya menggunakan sulfur, reaksi akan berjalan selama berjam-jam. Dengan adanya bahan pengaktif ini, reaksi hanya berjalan dalam hitungan menit [30]. Pada penelitian ini, digunakan bahan pengaktif (activator) yaitu ZnO (zink oksida). ZnO (zink oksida) dipilih karena selain sebagai bahan pengaktif (activator), ZnO (zink oksida) juga berfungsi sebagai pengisi yang dapat memperkuat produk lateks karet alam [31].

Perbandingan kekuatan film lateks yang telah di vulkanisasi dengan penambahan bahan pengaktif (ZnO) dan bahan pencepat (ZDEC) dapat ditunjukkan dalam gambar 2.3.

Gambar 2.3 Pengaruh Bahan Pengaktif dan Pencepat Terhadap Kekuatan Tarik Film Lateks Karet Alam Dengan Vulkanisasi Sulfur Pada Suhu 93°C[26]

Dari gambar 2.3 terlihat bahwa pengaruh pengaktif dan pencepat terhadap kekuatan tarik film lateks karet alam yang di vulkanisasi dengan sulfur pada suhu 93 °C mengalami perbedaan yang nyata. Apabila agen vulkanisasi tidak ditambahkan ke dalam formulasi lateks karet alam, kekuatan tariknya rendah dibandingkan dengan formulasi yang telah ditambahkan pengaktif dan pencepat reaksi [26].

Sulfur, ZnO, ZDEC

Sulfur, ZnO

Sulfur

Waktu Vulkanisasi (menit) Kekuatan Tarik

2.2.4 BAHAN PENSTABIL (STABILIZER)

Pada karet alam telah terdapat penstabil alami, tetapi bahan penstabil

tambahan masih diperlukan yaitu KOH. Potasium hidroksida (KOH) selain berfungsi sebagai pengawet yang dapat mencegah pembiakan bakteri, dan dapat juga menjaga kestabilan koloid lateks dengan menghindarkan berlakunya fenomena pemekatan ZnO yang digunakan sebagai pengaktif. Selain daripada itu dapat juga meningkatkan kemampuan partikel lateks dan kemudian meningkatkan kestabilan lateks tersebut [32].

2.2.5 BAHAN ANTIOKSIDAN (ANTIOXIDANT)

Antioksidan adalah bahan kimia yang digunakan untuk mencegah oksidasi (mencegah reaksi dengan oksigen) pada produk karet. Antioksidan menstabilkan radikal bebas dengan melengkapi kekurangan elektron yang dimiliki radikal bebas, dan menghambat terjadinya reaksi berantai dari pembentukan radikal bebas yang dapat menimbulkan stres oksidatif [33]. Bahan antioksidan ditambahkan dalam pembuatan lateks karet alam agar melindungi karet sebelum dan sesudah vulkanisasi,

terhadap pengusangan oleh oksidasi, panas, sinar matahari (ozon) dan pengaruh mekanis. Karet alam telah memiliki bahan antioksidan alami, tetapi karena kadarnya rendah tidak cukup untuk melindungi karet terhadap proses oksidasi. Bila tidak

ditambahkan bahan antioksidan tersebut pada karet, maka karet akan mudah lengket dan lunak serta menjadi keras dan retak – retak ataupun rapuh [34].

.

2.2.6 BAHAN PENGISI (FILLER)

Bahan pengisi dapat dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu [26] : 1. Bahan pengisi penguat

Bahan pengisi penguat yang paling penting adalah karbon hitam dan silika. Bahan pengisi penguat tersebut dengan dimensi 100 – 200 Å, membentuk bermacam-macam ikatan fisika dan kimia dengan rantai polimer. Kekuatan tarik dan sobek meningkat dan modulus meninggi. Bahan pengisi penguat secara luas digunakan pada ban otomotif untuk meningkatkan daya tahan terhadap abrasi. 2. Bahan pengisi bukan penguat

Bahan pengisi bukan penguat yang paling banyak digunakan adalah kalsium karbonat dan kaolin. Kaolin dikenal sebagai pengisi ekonomis untuk memodifikasi proses dan penampilan karet alam dan karet sintesis. Mereka ditambahkan pada karet alam untuk mengurangi daya rekat, meningkatkan kekerasan, memperbaiki daya tahan dan mengurangi biaya.

2.2.7 BAHAN PENYERASI (COMPATIBILIZER)

Pengolahan kimia dilakukan dengan merubah permukaan pengisi atau

matriks dengan menggunakan bahan kimia tertentu. Umumnya perubahan permukaan pengisi dilakukan dengan penambahan bahan penggandeng sedangkan perubahan matriks dilakukan dengan menggunakan bahan penyerasi. Bahan

penggandeng atau bahan penyerasi yang digunakan harus serasi atau dapat bereaksi dengan senyawa-senyawa kimia yang terdapat pada permukaan pengisi atau matriks [35].

Bahan penyerasi adalah bahan kimia yang mempunyai satu segmen kimia untuk menyambungkan satu polimer dan segmen kimia yang kedua dengan polimer yang lain dengan cara membentuk ikatan kovalen antara dua fasa. Penggunaan bahan penyerasi akan mengurangi kedua fasa polimer terpisah dengan cara meningkatkan pelekatan antar muka antara kedua fasa. Umumnya bahan penyerasi merupakan kopolimer blok atau cangkok yang terdiri dari segmen berlainan dengan cara kimia akan serasi dengan fasa matriks polimer yang digunakan. Secara umum fungsi bahan penyerasi adalah untuk [35] :

b. Menambah pelekatan antar muka.

c. Menstabilkan fasa tersebar sewaktu pemprosesan.

2.3 MIKROKRISTAL SELULOSA AVICEL

Mikrokristal selulosa adalah selulosa yang di depolimerisasi dan di murnikan sebagian yang biasa berwarna putih, tidak berbau, dan tidak berasa. Salah satu sumber dari Mikrokristal selulosa adalah tanaman berkayu dan tanaman kapas, mikrokristal selulosa dapat juga dibuat dari bahan yang memiliki kadar selulosa serta lignoselulosa yang tinggi. Beberapa tanaman yang memiliki kandungan selulosa dan lignoselulosa yang tinggi antara lain sekam padi, pakan ternak, Jerami beras, Tongkol Jagung, kulit jeruk, serbuk gergaji, kulit kedelai, kulit manggis, kulit pepaya, limbah kapas, serta biji mangga. Mikrokristal selulosa Avicel adalah mikrokristal selulosa yang diproduksi dan dikembangkan oleh FMC Biopolymer. Tabel kandungan selulosa pada beberapa tanaman ditunjukkan pada tabel 2.2, Tabel sifat fisika dan kimia mikrokristal selulosa ditunjukkan pada tabel 2.3.

Tabel 2.2 Kandungan selulosa dan hemiselulosa pada beberapa tumbuhanan[18]

Nama Selulosa Hemi Selulosa Lignin

Pisang abak 60-65 6-8 5-10

Coir 43 1 45

Kapas 90 6 -

Flax 70-72 14 4-5

Jute 61-63 13 3-13

Mesta 60 15 10

Palmirah 40-50 15 42-45

Nenas 80 - 12

Rami 80-85 3-4 0,5-1

Sisal 60-67 10-15 8-12

Dari Tabel 2.2 diatas, terlihat bahwa penggunaan mikrokristal selulosa sebagai bahan pengisi film latex di indonesia memiliki potensi yang cukup besar

Tabel 2.3 Sifat Fisika dan kimia Mikrokristal selulosa [36]

Sifat Keterangan

Nama Mikrokristal Selulosa

Bau Tidak Berbau

Bentuk ubuk berwarna putih

pH 5-7

Kelarutan Tidak larut dalam air Densitas 0.2-0,5 gr/cc

Penggunaan selulosa sebagai bahan pengisi berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada produk lateks karet alam, sehingga sifat mekanik dan karakteristik produk lateks karet alam diharapkan menjadi lebih baik.

2.4 ALKANOLAMIDA

Adapun kendala yang terdapat dalam penyediaan produk lateks karet alam yaitu kurang serasinya sifat kimia antara pengisi yang hidrofilik dan lateks karet alam yang hidrofobik. Untuk itu, diperlukan suatu modifikasi seperti pertukaran ion pada kation di bagian luar pengisi dengan menggunakan surfaktan organik.

Gambar 2.4 Pola Penambahan Surfaktan Dalam Matriks Polimer [38]

Surfaktan dapat digolongkan berdasarkan muatan pada gugus hidrofiliknya, yaitu [21] :

• Surfaktan non-ionik

Surfaktan non-ionik memiliki gugus hidrofilik yang tidak bermuatan di dalam larutan. Umumnya surfaktan non-ionik merupakan senyawa alkohol. Contoh surfaktan non-ionik adalah eter alkohol.

• Surfaktan kationik

Surfaktan kationik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan positif di dalam larutan. Umumnya surfaktan kationik merupakan senyawa amonium kuartener. Contoh surfaktan kationik adalah heksadesitrimetil amonium bromida.

• Surfaktan anionik

Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan negatif di dalam larutan. Surfaktan anionik mengandung gugus sulfat, sulfonat dan karboksilat. Contoh surfaktan anionik adalah alkil sulfat.

• Surfaktan zwitter ionik (amfoter)

Surfaktan zwitter ionik memiliki gugus hidrofilik yang dapat bermuatan positif (kationik), negatif (anionik) maupun tidak bermuatan (non-ionik) di dalam larutan, bergantung pada pH larutan. Contoh senyawazwitter ionik adalah alkil betaine.

karet alam yang bersifat non polar, sedangkan gugus amida akan berinteraksi dengan tepung kulit singkong yang bersifat polar.Struktur alkanolamida dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5 Molekul Polar dan Non-polar Senyawa Alkanolamida [38]

Senyawa alkanolamida dapat disintesismelalui reaksi amidasi langsung menggunakan trigliseridadan dietanolamina sehingga akan menghasilkan senyawa alkanolamida yang memiliki dua gugus hidroksi (poliol). Tahap awal dari reaksi ini akan menghasilkan metil ester sebagai zat antara. Selanjutnya dengan adanya penambahan dietanolamina yang berlebih, metil ester yang terbentuk akan segera berubah menghasilkan alkanolamida, selanjutnya sisa dietanolamina dan natrium metoksida sebagai katalis dapat dipisahkan dengan mencucinya menggunakan larutan NaCl jenuh yang terlebih dahulu dilarutkan dalam dietil eter sehingga diperoleh senyawa alkanolamida [24].

Dalam penelitian ini, sumber trigliserida yang digunakan adalah asam palmitat dari turunan minyak kelapa sawit yaitu RBDPS (Refined Bleached Deodorized Palm Stearin). RBDPS (Refined Bleached Deodorized Palm Stearin) dipilih sebagai sumber trigliserida karena memiliki sifat kemurnian yang tinggi serta harga yang relatif lebih terjangkau.Mekanisme reaksi pembuatan alkanolamida dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut.

C O

NH2

gugus non-polar

Adapun mekanisme reaksi yang diperkirakan terjadi adalah sebagai berikut :

Gambar 2.6 Reaksi Amidasi Trigliserida dengan DietanolaminaMembentuk Alkanolamida [24]

2.5 PROSES LEACHING

Lateks karet alam yang berasal dari Hevea Brasiliensis digunakan untuk berbagai produk seperti balon, kondom, beberapa peralatan medis dan sarung tangan. Alergi akibat lateks telah menjadi masalah serius dimana keringat dapat mengeluarkan protein dari dalam lateks yang apabila terjadi kontak dengan kulit dapat menyebabkan alergi.

Leaching adalah proses pembuangan material hidrofilik dari produk latex

menghilangkan zat-zat lain selain karet yang larut dalam air seperti protein. Proses leaching ini juga dapat meningkatkan dalam sifat fisis dari lateks seperti kekuatan tarik dan kejernihan film [50].

2.6 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI

2.6.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FT-IR)

Pada tahun 1965, Cooley dan Turky mendemonstrasikan teknik spektroskopi FT-IR. Pada dasarnya teknik ini sama dengan spektroskopi infra merah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara perhitungan Fourier Transform dan pengolahan data untuk mendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih tinggi. Teknik ini dilakukan dengan penambahan peralatan interferometer yang telah lama ditemukan oleh Michelson pada akhir abad 19.

Penggunaan spektrofotometer FT-IR untuk analisa banyak diajukan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FT-IR suatu senyawa (misalnya organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita

serapan hampir seluruh di daerah spektrum IR 4000-450 cm-1.

Formulasi bahan polimer dengan kandungan aditif bervariasi seperti pemlastis, pengisi, pemantap dan antioksidan memberikan kekhasan pada spektrum

inframerahnya. Analisis infra merah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Di samping itu, analisis IR dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer [48].

2.6.2 KARAKTERISASI SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM)

SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, Sinar X, elektron sekunder dan absorbsi elektron.

lapisan yang tebalnya sekitar 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang

diperoleh merupakan tofografi segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar topografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detektor dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar dimonitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam suatu disket.

Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai permukaan dengan konduktifitas tinggi, karena polimer mempunyai konduktifitas rendah, maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan penghantar) yang tipis. Yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan palladium [26].

2.7 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK LATEKS KARET ALAM

Karet alam merupakansalah satu polimer dengan monomer isoprenayang

berasal dari air getah dari tumbuhan Heveabrasiliensis dari famili Euphorbiceae. Penggunaan karet alamsebagai matriks, disebabkan karet alam juga merupakan satu biosentesis yang paling penting pada polimer yang memiliki sifat fisik dan kimia

yang baik, sehingga banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang. Selanjutnya, sebagai biomakromolekul yang baik maka lateks karet alam banyak diaplikasikan dalam produk-produk medis, yaitu sebagai tabung transfusi darah, kondom, sarung tangan medis maupun pipa dalam saluran tubuh. Hal ini disebabkan oleh sifat elastisitas, fleksibilitas, penyebaran antivirus, formabilitas dan biodegradabilitas yang baik. Namun kekuatan tarik yang rendah danketahanan sobek yang kurang baik merupakan kelemahan utama dari produk karet alam,terutama untuk produk sarung tangan medis dankondom [47].

ukuran, untuk keperluan medis (surgical/medical glove), pemeriksaan teknis (examination glove), industri (industrial glove), dan rumah tangga/umum (household glove) [48].

Gambar 2.7 Berbagai Macam Produk Lateks Karet Alam [48]

Dalam penelitian ini, lateks karet alam berpengisi organik tepung kulit singkong dapat digunakan sebagai bahan baku untuk berbagai macamproduk-produk medis, yaitu sebagai tabung transfusi darah, kondom, sarung tangan medis maupun pipa dalam saluran tubuh.Pengunaan bahan tambahan pengisi diharapkan dapat menggantikan kelemahan utama dari produk lateks karet alam, seperti kekuatan tarik dan ketahanan sobek. Sekitar 90% bahan baku yang digunakan untuk pembuatan sarung tangan dari karet alam adalah lateks pekat. Selain lateks pekat, sejumlah bahan kimia yang diperlukan, seperti bahan kimia untuk pembuatan dispersi, bahan