PENGARUH PEMURNIAN DAN PENDEPOSITAN KALSIUM FOSFAT TERHADAP KEKUATAN MEKANIK SELULOSA BAKTERIAL
Yenny D. Budiarti, Mario L. Silalahi, Iin Ardiani, Didik S. Widodo, Tri Windarti Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Diponegoro
Abstrak
Pemurnian selulosa bakterial dengan NaOH dan pendepositan kalsium fosfat dalam selulosa bakterial dapat meningkatkan kekuatan mekaniknya. Penelitian dilakukan pada variasi konsentrasi NaOH, waktu perendaman, dan pengulangan perendaman. Kekuatan mekanik diuji dengan mengukur modulus Young dan kristalinitas. Hasil optimum modulus Young sebesar 1.5805 GPa didapat pada konsentrasi 4% NaOH selama 15 jam perendaman dengan 3 kali pengulangan. Adanya deposit kalsium fosfat di dalam selulosa bakterial menurunkan kekuatan mekanik yaitu sebesar 0.01552 GPa.
Kata kunci: selulosa bakterial, modulus Young, kristalinitas
THE EFFECT OF PURIFICATION AND CALCIUM PHOSPHATE DEPOSITION TO THE MECHANICAL STRENGTH OF THE BACTERIAL
CELLULOSE
Yenny D. Budiarti, Mario L. Silalahi, Iin Ardiani, Didik S. Widodo, Tri Windarti Chemistry Department, Faculty of Mathematics and Natural Science
Diponegoro University
Abstract
Bacterial cellulose purified with sodium hydroxyde had a higher mechanical strength. A work to study the effect of concentration, mercerization time, and repeat purification had been done. The mechanical strength of the bacterial cellulose known by examine the change of the modulus Young and crystallinity. Maximum modulus Young 1.5805 GPa reached on 4% sodium hydroxyde for 15h mercerization and three times repetition. The mechanical strength of the bacterial cellulose decreased until 0.01552 GPa when calcium phosphates deposited on it.
PENDAHULUAN
Selulosa bakterial merupakan selulosa yang dihasilkan oleh adanya aktivitas bakteri Acetobacter xylinum
yang mengubah senyawaan karbon menjadi selulosa. Selulosa bakterial memiliki aktivitas permukaan yang tinggi karena terdiri atas serat-serat fibril1). Selulosa bakterial mempunyai
beberapa keunggulan antara lain kemurnian tinggi, derajat kristalinitas tinggi, mempunyai kerapatan antara 300 dan 900 kg/m3, elastis, terbiodegradasi,
dan kekuatan tarik tinggi2). Modulus
Young selulosa bakterial dapat ditingkatkan dengan pemurnian.
Selulosa bakterial memiliki nilai modulus Young tertentu tergantung dari metode pemurnian yang digunakan. Pemurnian menggunakan alkali pernah dilakukan dengan mengamati densitas dan derajat penggembungannya3).
Penelitian menggunakan NaOH dan NaClO menunjukkan peningkatan modulus Young sedangkan konsentrasi keduanya cenderung menurunkan modulus Young4).
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan mekanik selulosa bakterial akibat pemurnian dan kalsium fosfat dengan melihat nilai Modulus Young dan kristalinitasnya. Hasil
penelitian diharapkan dapat
memberikan kontribusi pengetahuan bagi perkembangan material komposit.
METODOLOGI
Bahan – bahan yang digunakan untuk sintesis selulosa bakterial terdiri dari glukosa 2,0; pepton 0,5; ekstrak
gelas standar penelitian. Kristalinitas diuji dengan difraksi sinar-X.
Selulosa bakterial dibuat menurut standar Hestrin dan Schramm5)
dan diinkubasi selama 14 hari. Selulosa bakterial yang didapatkan dicuci dan kemudian direndam dalam akuades. Pemurnian selulosa bakterial dilakukan dengan merendamnya dalam larutan NaOH selama 15 jam dengan variasi konsentrasi NaOH 3 – 7%. Hasil terbaik diulang dengan variasi waktu perendaman 13 – 18 jam. Hasil terbaik diulang lagi dengan variasi perendaman dalam larutan NaOH sebanyak 2 – 6 kali perendaman. Setelah dikeringkan, masing-masing selulosa bakterial diukur kekuatan tariknya dengan Modulus Young Tester.
Kekuatan tarik lembaran selulosa diukur menggunakan Modulus Young tester. Nilai Modulus Young diperoleh dari slope kurva antara massa beban dengan pertambahan panjang. Kristalinitas diuji menggunakan difraksi sinar-X dengan Difraktometer Rigaku DMAX 2200.
HASIL DAN DISKUSI
Selulosa bakterial terdiri dari serat – serat selulosa (makrofibril) yang merupakan gabungan dari mikrofibril. Mikrofibril tersusun dari protofibril, dimana satu protofibril tersusun atas 30 satuan selulosa. Serat – serat yang tersusun teratur dan searah membentuk daerah kristalin sedangkan serat selulosa yang susunannya tidak teratur (terjadi kerutan, gumpalan, gulungan) membentuk daerah amorf6).
modulus Young selulosa bakterial meningkat dibanding dengan tanpa perendaman. Dalam hal ini, NaOH berperan dalam menghilangkan komponen – komponen non selulosa dan sisa bakteri yang masih ada sehingga hubungan antar rantai serat selulosa semakin kuat oleh adanya ikatan hidrogen7). Nilai modulus Young
optimum sebesar 1.281 GPa dicapai pada konsentrasi 4% NaOH. Pada konsentrasi 4% NaOH berperan dalam penataan struktur selulosa bakterial dimana serat selulosa tertata secara teratur menjadi semakin kristalin. Diatas konsentrasi 4% nilai modulus Young turun karena selulosa bakterial mengalami deformasi6). Deformasi
diakibatkan oleh masuknya NaOH ke dalam daerah mikrofibril selulosa sehingga mengakibatkan melemahnya ikatan intermolekul selulosa yang berakibat pada menurunnya kekuatan tarik selulosa bakterial. Pengaruh waktu perendaman dan pengulangan perendaman memberikan hasil serupa yaitu modulus Young meningkat sampai titik tertentu kemudian turun. Hasil optimum modulus Young selulosa bakterial pada 15 jam perendaman dan 3 kali pengulangan perendaman sebesar 1.5805 GPa.
Gambar 1.
Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai Modulus Young
Gambar 2.
Pengaruh waktu perendaman terhadap nilai Modulus Young
Gambar 3.
Pengaruh waktu pengulangan perendaman terhadap nilai Modulus Young
Perubahan kristalinitas selulosa bakterial diamati melalui difraksi sinar-X. Difraktogram sinar-X menunjukkan kristalinitas selulosa bakterial meningkat akibat perendaman dengan NaOH. NaOH menata serat – serat
selulosa bakterial sehingga
keteraturannya meningkat, dengan kata lain meningkat pula kristalinitasnya.
Gambar 4.
Gambar 5.
Difraktogram sinar-X selulosa bakterial dengan perendaman 4% NaOH
Gambar 6.
Difraktogram sinar-X selulosa bakterial pada 3 kali pengulangan perendaman
Gambar 7.
Difraktogram sinar-X selulosa bakterial yang telah dideposit dengan kalsium fosfat
Deposit kalsium fosfat dalam selulosa bakterial mempengaruhi kekuatan mekaniknya, dimana nilai intermolekul selulosa yang berakibat pada menurunnya kekuatan tarik selulosa bakterial.
Kristalinitas selulosa bakterial yang telah dideposit dengan kalsium kalsium fosfat yang muncul pada 2θ di sekitar 300. Hal ini menunjukkan bahwa
kalsium fosfat yang terdeposit dalam selulosa bakterial akan mengurangi daerah kristalin dan menambah daerah – daerah amorf di dalam selulosa bakterial.
KESIMPULAN
1. Konsentrasi NaOH, waktu perendaman, dan pengulangan
perendaman mempengaruhi
kekuatan mekanik selulosa bakterial.
menurunkan kekuatan mekanik selulosa bakterial
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Kementerian Negara Riset dan Teknologi yang telah mendukung pembiayaan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Lynd, 2002, Microbial Cellulose Utilization, Mic. Mol. Biol. Rev.
66, 40-45
Krystynowicz, 2001, Biosynthesis of Bacterial Cellulose and its Potential Application in the
Different Industries, J.
Piluharto, B., 2003, Kajian Sifat Fisik Film Tipis Nata de Coco sebagai Membran Ultrafiltrasi, JID, 4, 1 Roosdiana, A., dan Mardiana, D., 2004,
Preparation of Bacterial Cellulose and Determination of its Mechanical Properties, J. Natur, 4, 38-43
Hestrin, S. dan Schramm, M., 1954, Synthesis of Cellulose by Acetobacter xylinum, J. Biochem, 58, 345
Nishi, Y., Uryu, M., Yamanaka, S., Watanabe, K., Kitamura, N., Iguchi, M., Mitsuhashi, S., 1990, The Structure and Mechanical Properties of Sheets Prepared from Bacterial Cellulose, J. Mater. Sci., 25, 2997-3001
