BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam perekonomian nasional, jagung penyumbang terbesar kedua setelah padi dalam
subsektor tanaman pangan. Sumbangan jagung terhadap produk domestik bruto (PDB) terus
meningkat setiap tahun, sekalipun pada saat krisis ekonomi. Pada tahun 2000, kontribusi
jagung dalam perekonomian nasional mencapai Rp 9,4 trilyun dan pada tahun 2003
meningkat menjadi Rp 18,2 trilyun. Kondisi demikian mengindikasikan besarnya peranan
jagung dalam memacu pertumbuhan subsektor tanaman pangan dan perekonomian nasional
secara umum (Zubachtirodin, 2007).
Menurut Shofianto (2008), tongkol jagung adalah tempat pembentukan lembaga dan
gudang penyimpanan makanan untuk pertumbuhan biji. Jagung mengandung kurang lebih
30% tongkol jagung sedangkan sisanya adalah kulit dan biji. Limbah pertanian (termasuk
tongkol jagung), mengandung selulosa (40-60%), hemiselulosa (20-30%), dan lignin
(15-30%). Jumlah limbah tersebut dapat dikatakan sangat banyak dan akan menjadi sangat
potensial jika dapat dimanfaatkan secara tepat.
Selulosa merupakan biopolimer yang berlimpah di alam yang bersifat dapat
diperbaharui, mudah terurai, tidak beracun, dan juga merupakan polimer karbohidrat yang
tersusun atas β-D glukopiranosa dan terdiri dari tiga gugus hidroksi per anhidro glukosa
menjadikan selulosa memiliki derajat fungsionalitas yang tinggi. Sebagai materi yang dapat
diperbaharui, selulosa dan turunannya dapat dipelajari dengan baik. Bahan dasar selulosa
telah digunakan lebih dari 150 tahun dalam berbagai macam aplikasi, seperti makanan,
produksi kertas, biomaterial, dan dalam bidang kesehatan (Coffey et al, 1995).
Nanokristal selulosa adalah suatu material yang dapat diperbarui dalam banyak
aplikasi berbeda, seperti dalam bidang kimia, makanan, farmasi, dan lain-lain. Karena
dapat digunakan sebagai agen penguat yang memberikan sifat yang baik pada nanokomposit
(Peng et al, 2011).
Polycaprolactone (PCL) merupakan salah satu poliester biodegradable yang menarik
dan banyak digunakan. Hal ini dapat digunakan dalam aplikasi biomedis yang berbeda
seperti pembuatan scaffold pada rekayasa jaringan dan pengontrol pergerakan obat serta
tujuan ortopedi (Wang et al, 2005). Akan tetapi penggunaan PCL secara umum dan luas
masih terbatas. Hal ini disebabkan karena biaya yang relatif mahal, temperatur leleh yang
kecil, dan sifat mekanik yang rendah. Kekurangan ini dapat diatasi dengan mengembangkan
PCL berbasis nanokomposit. Faktanya, penambahan sejumlah kecil pengisi berukuran
nanometer pada PCL dapat memperbaiki sifat mekanik dan termal, terutama temperatur
distorsi panas. Beberapa pengisi berukuran nanometer baik sintetis maupun mineral telah
dipelajari, tetapi ketertarikan lebih mengacu pada bio-nanokomposit sebagai penguat karena
kelimpahan, mudah diperbaharui, dan sifat mekanik yang baik, selulosa menjadi sumber
untuk penyiapan bionanokomposit (Gea et al, 2010).
Nanokomposit merupakan bidang yang cukup baru di Indonesia bahkan di dunia
sekalipun, apalagi nanokomposit yang seluruhnya terbuat dari bahan terbarukan (renewable).
Dikatakan nanokomposit karena salah satu komponen yang digunakan memiliki ukuran
berkisar 1-100 nm. Pemanfaatan teknologi bio-nanokomposit dengan menggunakan bahan
baku dari sumber hayati seperti selulosa dan biopolimer menjadi bidang baru yang sangat
porspektif untuk dikembangkan di Indonesia. Penggunaan bionanokomposit untuk keperluan
industri otomotif, elektronik, dan rumah tangga diharapkan mampu menjadi solusi
ketergantungan terhadap minyak bumi sebagai bahan baku pengganti produk plastik yang
ketersediannya terus menurun dengan harga yang relatif meningkat. Produk bionanokomposit
mempunyai sifat yang biodegradable sehingga dalam penggunaannya dapat mengurangi
beban pencemaran lingkungan akibat limbah plastik konvensional yang sulit terdegradasi
secara biologis dan dapat menggunakan bahan yang terbarukan (renewable resources) seperti
nata decoco, limbah biomasa yang mengandung lignoselulosa yang sangat melimpah di
Indonesia (Subiyanto, 2010).
Silverio et al (2012) telah meneliti ekstraksi dan karakterisasi nanokristal selulosa dari
tongkol jagung sebagai penguat pada pembuatan nanokomposit dengan menggunakan
hidrolisis yaitu 30, 60, dan 90 menit serta variasi berat nanokristal selulosa 3, 6, dan 9%
berat. Hasil menunjukkan bahwa waktu hidrolisis 60 menit, variasi berat 9% menunjukkan
hasil terbaik yaitu memiliki kekuatan tarik sebesar 50 MPa ketika diberikan beban sebesar 1
KN (101,9368 kgf), stabilitas termal sebesar 185oC, dan derajat kristalinitas sebesar 83,7%.
Dari uraian diatas, penulis bermaksud mengisolasi α-selulosa yang berasal dari tongkol
jagung, dimana α-selulosa tersebut diisolasi dengan menggunakan metode asam untuk
menghasilkan nanokristal selulosa yang selanjutnya dijadikan filler pada pembuatan
nanokomposit biodegradable yang akan diuji sifat mekanik, morfologi, dan thermalnya
melalui uji tarik, SEM, dan TGA.
1.2.Perumusan Masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Apakah α-selulosa dapat disolasi dari tongkol jagung.
2. Apakah nanokristal selulosa dapat dihasilkan melalui hidrolisis α-selulosa dengan
menggunakan H2SO4 48,84%.
3. Bagaimana sifat mekanik, morfologi, dan kekuatan thermal dari nanokomposit
polimer yang dihasilkan dari PCL/NCC.
1.3Pembatasan Masalah
Penelitian ini mengambil batasan – batasan sebagai berikut :
1. Jenis tongkol jagung yang digunakan adalah Zea mays L.
2. α-selulosa yang digunakan diisolasi dari tongkol jagung yang berasal dari pemipilan
biji jagung yang didapatkan dari pabrik kilang jagung sepakat kelompok tani dusun 3
desa Bekulap kecamatan Selesai kabupaten Langkat.
3. Isolasi nanokristal selulosa dari α-selulosa dilakukan melalui hidrolisis asam dengan
4. Dalam penelitian ini digunakan perbandingan Polikaprolakton dan nanokristal
selulosa yaitu (100% : 0%), (90% :10%), (80% :20%), (70%:30%), (60% :40%),
(50% :50%) (dalam 10 gram).
1.4Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui apakah α-selulosa telah berhasil diisolasi dari tongkol jagung.
2. Bagaimana hasil nanokristal selulosa yang dihasilkan dengan metode hidrolisis
menggunakan H2SO4 48,84%.
3. Untuk mengetahui sifat mekanik, morfologi, dan kekuatan termal dari nanokomposit
polimer PCL/NCC yang dihasilkan.
1.5Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang bahan pengisi pada
nanokomposit sehingga menghasilkan nanokomposit yang memiliki sifat kimia dan mekanik
yang lebih baik dengan menggunakan nanokristal selulosa yang diisolasi dari α-selulosa yang
berasal dari limbah tongkol jagung yang sampai sekarang masih merupakan limbah padat
yang belum banyak dimanfaatkan sehingga menghasilkan nanokomposit yang merupakan
material yang menjanjikan dimasa mendatang.
1.6 Lokasi Penelitian
Adapun tempat yang menjadi lokasi pada penelitian ini yaitu:
1. Pembuatan α-selulosa dan nanokristal selulosa dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar
FMIPA USU.
2. Pembuatan nanokomposit PCL/NCC dan analisa sifat mekanik di Laboratorium Polimer
jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik USU.
3. Analisa FT-IR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM.
4. Analisa transmisi elektron microscopy (TEM) di Laboratorium TEM jurusan Kimia
5. Analisa permukaan scanning eletron microscopy (SEM) di Laboratorium Rekayasa
Material Banda Aceh.
6. Analisa kekuatan termal thermogravimetry analysis (TGA) di Laboratorium Politeknik
Negeri Lhoksumawe.
1.7Metodologi Penelitian
Penelitan ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan dalam
3 tahap :
1. Pada tahap ini adalah proses penyiapan tongkol jagung yang kemudian diisolasi untuk
mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan yaitu analisa dengan menggunakan
FT-IR.
2. Pada tahap ini yaitu proses isolasi nanokristal selulosa melalui hidrolisis dengan
menggunakan H2SO4 48,84 % dan dengan menggunakan sentrifugator untuk
menghilangkan bagian amorf sehingga diperoleh bentuk kristalnya. Karakterisasi yang
dilakukan adalah analisa dengan menggunakan transmisi electron microscopy (TEM).
3. Pada tahap ini adalah pembuatan campuran PCL dengan NCC dengan menggunakan labu
leher 2 yang dialiri dengan gas nitrogen yang disertai dengan pengadukan dan pemanasan
pada suhu 1200C. Perbandingan PCL dengan NCC yaitu : (100% : 0%), (90% :10%),
(80% :20%), (70%:30%), (60% :40%), (50% :50%) (dalam 10 gram) yang kemudian
dituang kedalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan hot press pada suhu 1200C
selama 5 menit. Karakterisasi yang digunakan analisa kekuatan mekanik meliputi uji tarik,
analisa morfologi dengan menggunakan scanning electron microscopy (SEM) dan analisa
thermal menggunakan thermogravimetry analysis (TGA).
Variabel –variabel yang digunakan adalah :
a. Tahap I
Variabel tetap
Suhu (oC)
Waktu (menit)
Berat serbuk tongkol jagung (g)
Variabel terikat:
b. Tahap II
Variabel tetap
Suhu (oC)
Waktu (menit)
Konsentrasi H2SO4 (%)
Variabel terikat:
Analisa ukuran partikel menggunakan transmisi electron microscopy (nm)
c. Tahap III
Variabel tetap
Suhu (oC)
Waktu (menit)
Variabel bebas:
Berat polikaprolakton dan nanokristal selulosa (g)
Variabel terikat:
Analisa sifat mekanik dengan uji tarik (Mpa)
Analisa thermal denganthermogravimetry analysis (TGA) (oC)
Analisa morfologi dengan scanning electron microscopy (SEM)
