Makalah Tbaf Nano Teknologi

7/24/2019 Makalah Tbaf Nano Teknologi

1/18

KARAKTERISTIK NANOSERAT SELULOSA DARI AMPAS TAPIOKA DAN

APLIKASINYA SEBAGAI PENGUAT FILM TAPIOKA


2/18

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Tuhan yang telah menolong Kami menyelesaikan makalah ini dengan penuh

kemudahan. Tanpa pertolongan-Nya mungkin kami (penyusun) tidak akan sanggup menyelesaikandengan baik.

Makalah ini disusun guna melengkapi tugas mata kuliah TPB!. Makalah ini disusun oleh

penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri penyusun maupun yang datang

dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Tuhan akhirnya makalah

ini dapat terselesaikan.

Makalah yang Kami buat ini akan membahas mengenai Karakteristik Nanoserat Selulosa dariampas Tapioka dan aplikasinya sebagai penguat "ilm Tapioka. Kami mengu#apkan terima kasih

kepada $bu Tiah %ahmatiah selaku dosen& yang telah membimbing kami dalam membuat makalah

ini.

Semoga makalah ini dapat memberikan 'a'asan yang lebih luas kepada pemba#a. alaupun

makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun mohon untuk saran dan kritiknya.

Terima kasih.

akarta& Mei *+,

Penulis


3/18

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR........................................................................................*

DAFTAR ISI......................................................................................................

BAB I PENDAHULUAN

,., /atar Belakang ..............................................................................................0,.* Tujuan ..........................................................................................................

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

*., Tanaman 1bi Kayu........................................................................................2*.* Nanoserat Selulosa........................................................................................2

BAB III PEMBAHASAN..................................................................................3

., /atar belakang Penelitian..............................................................................3

.* Metode Penelitian..........................................................................................3

. 4asil Penelitian............................................................................................,+

BAB IV PENUTUP

0., Kesimpulan..................................................................................................,5

0.* Saran ........................................................................................................,5

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................,3


4/18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakan

Teknologi bukanlah sesuatu hal yang baru dalam kehidupan masyarakat dunia. Bahkan& teknologi

sudah menjadi hal yang sangat 6ital untuk kelangsungan hidup manusia. Perkembangan teknologi di

berbagai bidang sangat memudahkan untuk melakukan berbagai hal dan memberikan banyak

keuntungan. 4al inilah yang menyebabkan eksplorasi dan pengembangan di bidang teknologi sedang

menjadi pusat perhatian dunia. 7alam periode tahun *+,+ sampai *+*+ akan terjadi per#epatan luar

biasa dalam penerapan nanoteknologi di dunia industri dan ini menandakan bah'a sekarang ini dunia

sedang mengarah pada re6olusi nanoteknologi. Negara-negara seperti merika Serikat& epang&

ustralia& Kanada dan negara-negara 8ropa& serta beberapa negara sia& seperti Singapura& 9ina& dan

Korea tengah giatgiatnya

mengembangkan suatu #abang baru teknologi yang populer disebut nanoteknologi. Penguasaan

nanoteknologi akan memungkinkan berbagai penemuan baru yang bukan sekadar memberikan nilai

tambah terhadap suatu produk& bahkan men#iptakan nilai bagi suatu produk. Pengembangan

teknologi nano di $ndonesia dalam berbagai aplikasinya telah menumbuhkan bidang usaha baru

instrumentasi yang mampu menembus pasar dunia. Nanoteknologi merupakan ilmu yangmempelajari partikel dalam rentang ukuran , -,+++ nm.

Nanopartikel merupakan bagian dari nanoteknologi yang sangat popular dan semakin pesat

perkembangannya sejak a'al tahun *+++. Penelitian nanopartikel sedang berkembang pesat karena

dapat diaplikasikan se#ara luas seperti dalam Pengembangan $no6asi (%osniyati& dkk) urnal Teknik

$ndustri $SSN: ,0,,-20+ ,+ bidang pertanian& lingkungan& elektronik& optis& dan biomedis.

Nanopartikel dapat diklasi"ikasikan menjadi lima ma#am berdasarkan jenis materi partikel yaitu

kuantum dot& nanokristal& lipopartikel& nanopartikel magnetik& dan nanopartikel polimer. Bahan bakupembuatan nanopartikel dapat bersumber dari sumber daya alam lokal yang melimpah di $ndonesia.

$ndonesia sebagai Negara tropis memiliki keunggulan dalam keragaman sumber pati. Pati merupakan

polimer alam& terbarukan& dan biodegradable diproduksi oleh banyak tanaman sebagai sumber energi

yang tersimpan. $ni adalah bahan biomassa paling melimpah kedua di alam. 4al ini ditemukan dalam

akar tanaman& batang& bibit tanaman& dan tanaman pokok seperti beras& jagung& gandum& tapioka& dan

potato. Polisakarida adalah kandidat yang baik untuk nano"illers terbarukan karena memiliki bagian

struktur si"at kristalin yang menarik. 4asil penelitian yang telah dipublikasikan adalah selulosa untuk

nanokristal& dan polisakarida yang paling banyak diteliti untuk nanopartikel.


5/18

7engan nanoteknologi& kekayaan sumber daya alam $ndonesia dapat diberi nilai tambah& guna

memenangi persaingan global. 7engan nanoteknologi pula& kekayaan alam menjadi tak berarti karena

si"at-si"at ;at bisa di#iptakan sesuai dengan keinginan. $nilah peluang besar untuk $ndonesia agar bias

turut bersaing dalam pengembangan nanoteknologi. Sumber daya alam yang melimpah dan 6ariati"

akan menjadi modal yang sangat berarti untuk pengembangan nanoteknologi saat ini.

1.! T"#"an Pen"l$%an

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah mengkaji pengembangan si"at "isik nanoserat selulosa

dari ampas tapio#a untuk mengetahui pengaruh aplikasinya sebagai bahan pengisi terhadap si"at

mekanis "ilm tapio#a yang dihasilkan.


6/18

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

!.1 Tana&an U'$ Ka("

$ndonesia merupakan negara tropis yang memiliki potensi produksi ubi kayu #ukup besar.

Produksi ubi kayu $ndonesia terus meningkat dari ,2&+< juta ton pada tahun *+++ menjadi *+&3 juta

ton pada tahun *++


7/18

mpas tapioka merupakan sisa ekstraksi industri tapioka. 8kstraksi tapioka dari ,++ kg ubi kayu

menghasilkan tapioka kasar sekitar ** kg dan limbah padat berupa ampas sebanyak 0& kg (!au;i et

al.& *+,+). mpas tapioka hasil samping industri tapioka di $ndonesia di tahun *+,, men#apai

,,.*3. basis

kering) dan serat (=,3 > basis kering) (%attana#homsri et al.& *++


8/18

BAB III

PEMBAHASAN

*.1 Latar Belakan Penel$t$an

Nanoserat selulosa telah diisolasi dari ampas tapioka dengan tujuan untuk mempelajari si"at

"isiknya dan untuk mengetahui pengaruh aplikasinya sebagai bahan pengisi terhadap si"at mekanis

"ilm tapioka yang dihasilkan. Nanoserat selulosa diperoleh melalui serangkaian metode kimia'i

(perlakuan alkali dan pemu#atan) dan mekanis (mixer berke#epatan tinggi). 7iameter nanoserat

selulosa yang diperoleh berukuran *+-+ nm dan panjangnya diperkirakan beberapa mikrometer.

Pengukuranzeta potential menunjukkan bah'a suspensi nanoserat selulosa memiliki kestabilan yang

baik. Pengamatan menggunakan spektroskopi Fourier Transform Infrared (!T$%) menunjukkanbah'a perlakuan kimia menyebabkan penghilangan sebagian hemiselulosa dan lignin dari struktur

serat. 4asil @%7 mengungkapkan bah'a perlakuan kimia juga meningkatkan kristalinitas serat& yaitu

menjadi &*>. Penambahan nanoserat selulosa dapat meningkatkan kuat tarik "ilm tapioka. Kuat

tarik tertinggi "ilm di#apai pada penambahan nanoserat selulosa > (**&0, MPa). Penggunaan

nanoserat selulosa sampai > tidak berpengaruh terhadap pemanjangan putus "ilm.

*.! Met)+e Penel$t$an

1. Ba,an +an Alat

Bahan yang digunakan meliputi tapioka dan ampas tapioka yang diperoleh dari industri

tapioka di Kabupaten Purbalingga& a'a Tengah& natrium klorit (Na9l?*)& kalium hidroksida

(K?4)& sorbitol& dan akuades. $nstrumen pengujian yang digunakan meliputi Scanning

Electron Microscope (S8M) Aeiss 8?C +& Transmission Electron Microscope (T8M)

8?/ 8M-,0++& 7elsa Nano 9 Be#kman 9oulter, Fourier Transform Infrared (!T$%)

spectrometer Bruker Tensor 5& X-ray diffractometer @%7-5+++ Shimad;u& dan Zic!

Instrument. lat pembantu yang digunakan dalam isolasi nanoserat selulosa dan pembuatan

"ilm meliputi "ea!er glass& #ot plate stirrer& termometer& #etakan "ilm& dan ca"inet dryer.

!. I%)la%$ Nan)%erat Sel"l)%a

Sebanyak ,+ g ampas tapioka lolos ayak ,++ mesh direndam dan diaduk dalam larutan K?4

0> pada suhu 3+o9 satu jam. Selanjutnya bahan dipu#atkan ("leac#ing) sebanyak dua kali

dengan Na9l?* > pada suhu 5+o9 masing-masing selama , jam sambil diaduk. Bahan

setelah di#u#i kembali diberi perlakuan alkali dengan K?4 0> pada suhu 3+o9 selama

selama satu jam& kemudian di#u#i untuk menghilangkan residu alkali. Tahap akhir berupa


9/18

selama ,+ menit. Pembuatan !ilm !ilm dibuat dengan metode casting& yaitu pen#etakan pada

pelat #etakan dan dikeringkan& sehingga terbentuk lembaran "ilm. Tapioka sebanyak > (basis

kering) dipanaskan dalam akuades pada suhu 3+o9 sambil diaduk selama , menit. Nanoserat

selulosa ditambahkan sebanyak +>& ,>& *>& dan > dari berat kering tapioka. Sorbitol

ditambahkan sebanyak ,> dari total larutan "ilm. /arutan "ilm dituangkan ke permukaan

#etakan dengan ketebalan = mm. Pengeringan dilakukan pada suhu +o9 selama ,* jam

menggunakan ca"inet dryer. !ilm yang terbentuk selanjutnya dilepas dari #etakan dan

disimpan dalam 'adah kedap udara. !ilm dengan bahan pengisi ampas tapioka juga dibuat

sebagai pembanding. mpas tapioka lolos ayak ,++ mesh digunakan sebanyak ,>& *>& dan

> dari berat kering tapioka.

*. Karakter$%a%$ Nan)%erat Sel"l)%a +an F$l& Ta-$)ka

Si"at "isik ampas tapioka dan nanoserat selulosa yang diamati meliputi mor"ologi serat& nilai

zeta potential& spektra in"ramerah& dan di"raksi sinar @. Si"at mekanis "ilm yang diamati

meliputi kuat tarik dan pemanjangan putus "ilm.

. Pena&atan M$kr)%k)-$%

Mor"ologi ampas tapioka diamati menggunakan S8M dengan 6oltase akselerasi elektron , k&

sedangkan mor"ologi nanoserat selulosa diamati dengan menggunakan T8M dengan 6oltase

akselerasi elektron ,++ k. /arutan amonium molibdat ,> ditambahkan pada sampel

pengamatan menggunakan T8M untuk memperjelas gambar yang dihasilkan.

/. Pen"k"ranZeta Potential

Sampel berupa suspensi nanoserat selulosa diukur dalam 'adah berupa flo cell. $nstrumen

mengukur mobilitas nanoserat selulosa dalam medan listrik dan dikon6ersi menjadi nilaizeta

potential.

0. S-ektr)%k)-$ FTIR

Sampel dibentuk pellet dengan penambahan KBr. Pemindaian dilakukan pada bilangan

gelombang 0+++-0++ #m-,.

. D$2rak%$ %$nar 3

Pola di"raksi sinar-@ sampel diamati pada posisi statis menggunakan radiasi 9u KD (E F

,&0,3 G) pada 0+ k& + m. Pemindaian dilakukan pada kisaran * $ F -0+o dengan

ke#epatan *oHmenit. 7erajat kristalisasi diperoleh dengan membandingkan luas pun#ak kristal

terhadap luas kur6a total.

4. K"at Tar$k +an Pe&an#anan P"t"%

Pengujian dilakukan pada sampel berbentuk dayung (dum""ell) dengan ke#epatan penarikan

,+ mmHmenit. Nilai kuat tarik dihitung dengan membagi gaya maksimum saat bahan uji putus

(N t ) dib i d l b h ji ( *) it


10/18

Pemanjangan putus dihitung dengan rumus (7a6is& *++0):

'emanangan putus &/( ) panang a!#ir saat putus 0 panang mula-mula x 122/

&+( panang mula - mula

*.* Ha%$l Penel$t$an

*.*.1 S$2at F$%$k Nan)%erat Sel"l)%a

Metode isolasi dengan perlakuan kimia'i dan mekanis yang diterapkan pada ampas tapioka

diarahkan untuk membentuk serat berukuran nano atau nanoserat selulosa. Pengamatan si"at "isik

nanoserat selulosa dilakukan dengan menggunakan S8M dan T8M untuk melihat mor"ologi

nanoserat selulosa& pengukuran zeta potential untuk mengetahui kestabilan suspensi nanoserat

selulosa& pemindaian spektra in"ramerah untuk mengidenti"ikasi gugus "ungsi pada nanoserat

selulosa& dan di"raksi sinar @ untuk mengetahui kristalinitas nanoserat selulosa.

*.*.! M)r2)l)$ Nan)%erat Sel"l)%a

Pengamatan mor"ologi ampas tapioka dengan menggunakan mikroskop elektron sebelum dan

setelah perlakuan pembentukan nanoserat selulosa dapat dilihat pada Iambar ,. 7iameter serat

ampas tapioka tampak sekitar + Jm dan tampak granula yang berasal dari umbi ubi kayu dengan

diameter sekitar *5+-*


11/18

Iambar ,. Pengamatan mor"ologi ampas tapioka perbesaran ,++ L dengan menggunakan

S8M ()& nanoserat selulosa perbesaran *+.+++ L (B)& dan ,++.+++ L (9) dengan menggunakan T8M

7iameter nanoserat selulosa yang diperoleh TeiLeira et al. (*++


12/18

*.*. S-ektra In2ra&era, Nan)%erat Sel"l)%a

nalisis in"ramerah dilakukan untuk mengetahui keberadaan gugus "ungsional tertentu dalam

bahan terkait dengan senya'a lignin& hemiselulosa& dan selulosa& serta perubahannya setelah

perlakuan yang diberikan. 4asil pengamatan spektroskopi in"ramerah menggunakan spektrometer

!T$% dapat dilihat pada Iambar *.

Spektrum !T-$% ampas tapioka memperlihatkan adanya absorpsi in"ramerah pada bilangan

gelombang ,50&5 #m-,yang diduga berasal dari 6ibrasi regangan 9F?. 7aerah ,52-,5, #m-,

pada spektrum !T-$% merupakan daerah 6ibrasi regangan 9F? dari gugus asetil dan gugus ester

uronat dari pektin& hemiselulosa atau ikatan ester gugus karboksilat asam "erulat (ferulic) dan p-

kumarat (p-coumaric) dari lignin danHatau hemiselulosa (braham et al.& *+,,O Mandal dan

9hakrabarty& *+,,O Sundari dan %amesh& *+,*).

Iambar *. Spektrum !T-$% ampas tapioka sebelum perlakuan () dan setelah perlakuan kimia'i (B)

mpas tapioka juga menunjukkan absorpsi in"ramerah pada bilangan gelombang ,0*&2 #m-

, yang diduga berasal dari 6ibrasi regangan 9F9 pada #in#in aromatik lignin (lemdar dan Sain&

*++3) dan pada bilangan gelombang ,*00&2 #m-, yang diduga berasal dari 6ibrasi #in#in aromatik

pada lignin khususnya berasal dari gugus aryl (braham et al.& *+,,O Mandal dan 9hakrabarty& *+,,O

%osa et al.& *+,*). Pita absopsi tersebut tampak melemah bahkan ada yang tidak mun#ul lagi pada

spektrum nanoserat selulosa. Kondisi tersebut menunjukkan bah'a terdapat de"ormasi struktur lignin

dan hemiselulosa akibat perlakuan kimia'i yang diberikan.

Keberadaan selulosa juga dapat diduga dari mun#ulnya sinyal pada bilangan gelombang

sekitar 3


13/18

Pola di"raksi sinar @ ampas tapioka sebelum proses kimia'i dan setelah proses kimia'i untuk

menghasilkan nanoserat selulosa dapat dilihat pada Iambar . 7i"raktogram ampas tapioka

memperlihatkan dua pun#ak utama pada *Q F ,5o dan *Q F **& dan &*>. Peningkatan kristalinitas ini disebabkan oleh

penurunan komposisi serat yang bersi"at amor" akibat perlakuan kimia'i.

Perlakuan kimia'i diarahkan untuk menghilangkan hemiselulosa& lignin& pektin& yang

merupakan komponen serat yang berkontribusi terhadap bagian amor" serat (MorRn et al.& *++3).

Bagian amor" lebih mudah terhidrolisis dibandingkan dengan bagian kristalin& sehingga perlakuanhidrolisis menyebabkan serat menjadi lebih kristalin (8lanthikkal et al.& *+,+). Perlakuan dengan

alkali& dalam hal ini K?4& dapat menghilangkan residu pati& hemiselulosa& dan pektin& sedangkan

"leac#ing dengan Na9l?* dapat mereduksi lignin& sehingga lebih mudah larut dalam larutan alkali

(be dan ano& *++


14/18


15/18

Penambahan nanoserat selulosa menghasilkan peningkatan kuat tarik "ilm tapioka yang

lebih besar dibandingkan dengan ampas tapioka. Penambahan serat dari ampas tapioka sebanyak

> baru dapat menyamai penambahan nanoserat selulosa ,>. Si"at penguatan tersebut

dipengaruhi oleh si"at distribusi dan kristalinitas serat yang digunakan.

Nanoserat selulosa yang jauh lebih ke#il dibandingkan serat ampas tapioka& seperti yang

ditunjukkan dari hasil pengamatan T8M& dapat meningkatkan luas permukaan totalnya& sehingga

memperbesar kontak permukaan antara serat dan matriks "ilm. Peningkatan kontak permukaan

memungkinkan peningkatan ikatan hidrogen antara matriks dan serat& sehingga memudahkan

peralihan beban dari matriks ke serat (Bilbao-Sain; et al.& *+,,).

Kuat tarik yang lebih rendah pada ampas tapioka juga disebabkan oleh si"atnya yang

lebih mudah mengalami aglomerasi dibandingkan dalam bentuk nanoserat selulosa& sehingga

mengurangi kee"ekti"an penguatan. Pen#ampuran bahan pengisi yang tidak rata dapat

menghasilkan matriks "ilm yang tidak sinambung& sehingga menurunkan si"at mekanisnya atau

mengurangi kee"ekti"an penguatannya (ttarian et al.& *++2O Bahri dan %ashidi& *++


16/18

dan keras (MUller et al.& *++ dan &*>. 4al ini menyebabkan kristalinitas "ilm tapioka

dengan nanoserat selulosa diduga lebih tinggi daripada kristalinitas "ilm dengan ampas tapioka.

Penambahan serat pada umumnya meningkatkan kuat tarik& namun menurunkan kapasitas

pemanjangan (MUller et al.& *++


17/18

BAB IV

PENUTUP

.1 Ke%$&-"lan

Metode isolasi nanoserat selulosa dengan perlakuan kimia'i dan mekanis dalam

penelitian ini yang diterapkan pada ampas tapioka dapat menghasilkan nanoserat selulosa dengan

diameter *+ + nm dan dengan panjang ,.+++ nm. Suspensi nanoserat selulosa memiliki

kestabilan baik dengan nilaizeta potential 02&05 m. Penghilangan bahan non-selulosa& seperti

hemiselulosa dan lignin dapat meningkatkan kristalinitas serat. Kristalinitas nanoserat selulosa

sebesar &*>. Penggunaan nanoserat selulosa dapat meningkatkan si"at kuat tarik "ilm tapioka.

Kuat tarik tertinggi dalam penelitian ini di#apai pada penambahan nanoserat selulosa > (**&0,

MPa). Penggunaan nanoserat selulosa sampai > tidak berpengaruh terhadap pemanjangan

putus "ilm.

.* Saran

Perlu di#oba penambahan nanoserat selulosa lebih dari >& mengingat belum ter#apai kuat

tarik maksimumnya. !ilm yang dihasilkan masih kurang lentur& sehingga perlu penambahankonsentrasi bahan pemlastis.

17


18/18

DAFTAR PUSTAKA

3urnal te!nologi industry pertanian 4&1( + 45-67 &214(

3urnal te!nologi proses produ!si food ingredient dari tapioca termodifi!asi

3urnal 'emanfaatan *anote!nologi dalam pengem"angan industry pestisida

18

Makalah Tbaf Nano Teknologi

Documents

Transcript of Makalah Tbaf Nano Teknologi