MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN...

29
MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN POLIMERISASI PENCANGKOKAN DAN PENAUTAN-SILANGAN BAYU AGUS JUMANTARA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

Transcript of MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN...

Page 1: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN

POLIMERISASI PENCANGKOKAN DAN

PENAUTAN-SILANGAN

BAYU AGUS JUMANTARA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

Page 2: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

ABSTRAK

BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan

Polimerisasi Pencangkokan dan Penaut-silangan. Dibimbing oleh TUN TEDJA

IRAWADI dan HENNY PURWANINGSIH.

Limbah ampas sagu memiliki kadar selulosa yang cukup tinggi. Sebelum

dimodifikasi, ampas sagu diisolasi selulosanya melalui 4 tahap, yaitu: ampas sagu

dicuci dengan air suling, dibebaskan dari pati, dihilangkan hemiselulosanya, dan

dihilangkan ligninnya. Modifikasi selulosa ampas sagu dilakukan dengan cara

pencangkokan dan penautan-silangan menggunakan monomer akrilamida, N,N’-

metilena-bis-akrilamida sebagai penaut-silangan, dan amonium peroksidisulfat

sebagai inisiator. Spektrum fourier transformation infrared (FTIR) selulosa hasil

pencangkokan penautan-silangan memperlihatkan keberhasilan modifikasi dengan

munculnya serapan ulur ikatan C=O pada bilangan gelombang 1654.92 cm-1

dan

intensitas gugus fungsi –NH2 terlihat pada bilangan gelombang 3182.64 cm-1

menandakan keberadaan polimer dan penaut-silangan pada selulosa hasil

modifikasi. Polimer yang terbentuk memiliki rerata nisbah pencangkokan sebesar

300.7 dan rerata efisiensi pencangkokan sebesar 59.1% sehingga diperoleh rata-

rata derajat penaut-silangan perlakuan 24 jam sebesar 31.5 g air/g polimer dan

perlakuan 48 jam sebesar 35.4 g air/g polimer.

ABSTRACT

BAYU AGUS JUMANTARA. Modification of Sago Palm Cake through Grafting

and Crosslinking Polymerisation. Supervised by TUN TEDJA IRAWADI and

HENNY PURWANINGSIH.

Sago palm cake has high cellulose content. Prior to modification, cellulose of

the sago palm cake was isolated in 4 stages: washed with distilled water, freed

from starch, removed from hemicellulose, and removed from lignin. Modification

of the sample was done by grafting and crosslinking using acrylamide as

monomer, N,N'-methylene-bis-acrylamide as crosslinker, and ammonium

peroksidisulfat as initiator. Fourier tranformation infrared (FTIR) spectra of

cellulose results showed the success of grafting and crosslinking modification.

This can be evidenced by the emergence of bond stretching absorption of C=O at

1654.92 cm-1

wave number and intense -NH2 functional group appeared at wave

number of 3182.64 cm-1

, indicated the presence of polymer and crosslinker on the

modified cellulose. The polymer formed had an average grafting ratio of 300.7

and an average grafting efficiency of 59.1% in order to obtain an average degree

of crosslinking treatment in 24 hours of 31.5 g water/g polymer and in 48 hours

treatment of 35.4 g water/g polymer.

Page 3: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN

POLIMERISASI PENCANGKOKAN DAN

PENAUTAN-SILANGAN

BAYU AGUS JUMANTARA

Skripsi

sebagai salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2011

Page 4: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

Judul Skripsi : Modifikasi Ampas Sagu dengan Polimerisasi Pencangkokan dan

Penautan-Silangan

Nama : Bayu Agus Jumantara

NIM : G44050437

Disetujui

Pembimbing I, Pembimbing II,

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS Henny Purwaningsih, SSi, MSi

NIP 19501227 197603 2 002 NIP 19741201 200501 2 001

Mengetahui

Ketua Departemen Kimia,

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS

NIP 19501227 197603 2 002

Tanggal lulus:

Page 5: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tulisan ini disusun

berdasarkan hasil penelitian yang dilaksanakan pada bulan Mei 2010 hingga

Februari 2011 di Laboratorium Kimia Terpadu IPB. Penelitian ini dilakukan

untuk memodifikasi selulosa ampas sagu dengan polimerisasi pencangkokan dan

penautan-silangan.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir . Tun Tedja Irawadi, MS

dan Henny Purwaningsih, SSi, MSi selaku pembimbing yang telah memberi

banyak arahan, inspirasi, dan saran selama penulis melaksanakan penelitian ini.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada orang tua (Djuarsa dan almarhum

Otih Martinah) dan kakak saya (Dini) yang telah memberi banyak kasih sayang,

semangat, dan doa selama penulis menempuh studi, penelitian, dan penulisan

karya ilmiah ini.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA,

Prof. Dr. Ir. H. M. Anwar Nur, MSc, Drs. Muhammad Farid, Drs. Ahmad

Sjahriza, dan seluruh staf yang bekerja di Laboratorium Kimia Terpadu IPB

Baranangsiang yang telah banyak memberi dukungan teknis dalam pelaksanaan

penelitian ini. Tidak lupa, ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada

rekan-rekan seperjuangan selama di Departemen Kimia (Mario, Alvin, Maired,

Nana, dan Jazuli), rekan-rekan peneliti di Laboratorium Kimia Terpadu IPB

(Indah, Vicky, Rita, Ema, Maya, Rina, Hisyam, dan Roni), dan teman-teman di

Departemen Kimia angkatan 42 lainnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, April 2011

Bayu Agus Jumantara

Page 6: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

RIWAYAT HIDUP

Penulis adalah anak kedua dari Bapak Djuarsa dan Ibu Otih Martinah yang

dilahirkan di Bogor pada tanggal 17 Agustus 1987. Penulis lulus dari SMU Negeri

6 Bogor pada tahun 2005. Penulis kemudian diterima di Institut Pertanian Bogor

(IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada tahun yang sama

dan memilih Mayor Kimia di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Selama menjalani masa perkuliahan, penulis pernah menjadi anggota HAMKA

dalam badan organisasi mahasiswa kimia dan ketua acara buka puasa bersama

Mahasiswa dan Dosen-dosen Departemen Kimia (2008) serta menjadi panitia

beberapa acara Ikatan Mahasiswa Kimia lainnya. Penulis juga pernah melakukan

Praktik Lapangan di Balai Penelitian Ternak Ciawi Bogor dengan judul Penentuan

Kadar Karotenoid dan Kecernaan Protein pada Distillers Dried Grain with

Solubility (DDGS) terhadap Pengaruh Penyimpanan.

Page 7: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ................................................................................................ vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vi

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ vi

PENDAHULUAN ................................................................................................ 1

TINJAUAN PUSTAKA

Tanaman Sagu .................................................................................................. 2

Limbah Industri Pati Sagu ................................................................................ 2

Selulosa ............................................................................................................ 2

Pemutihan ......................................................................................................... 2

Akrilamida ........................................................................................................ 3

Polimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silangan ........................................ 3

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat ................................................................................................. 6

Metode Penelitian ............................................................................................... 6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Isolasi Ampas Sagu .......................................................................................... 7

Pencangkokan dan Penautan-Silangan ............................................................. 9

Analisis FTIR ................................................................................................. 10

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan ........................................................................................................ 11

Saran .............................................................................................................. 11

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 11

LAMPIRAN ........................................................................................................ 14

Page 8: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Komposisi ampas dan kulit batang sagu dibandingkan dengan

kayu secara umum ............................................................................................ 2

2 Analisis proksimat ampas sagu ......................................................................... 7

3 Hidrolisis pati dengan HCl 3% (v/v) 80 oC ....................................................... 8

4 Nisbah dan efisiensi pencangkokan ................................................................ 10

5 Derajat penautan-silangan ............................................................................... 10

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Struktur selulosa ................................................................................................ 2

2 Mekanisme penguraian H2O2 ............................................................................ 3

3 Rumus struktur akrilamida ................................................................................ 3

4 Tiga kemungkinan reaksi terminasi penautan-silangan .................................... 6

5 Bentuk fisik ampas sagu .................................................................................... 8

6 Proses pembengkakan polimer oleh air .......................................................... 10

7 Spektrum FTIR ............................................................................................... 11

Page 9: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Bagan alir penelitian ....................................................................................... 15

2 Bagan proses preparasi dan isolasi selulosa ampas sagu ................................ 16

3 Rancangan reaktor kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silangan ..... 17

4 Hidrolisis pati dengan HCl 3% 80–85 oC ...................................................... 18

5 Merserisasi dengan NaOH 20% 1–5 oC selama 1 jam .................................... 18

6 Delignifikasi dengan H2O2 1.5% pH 12 pada suhu 45 oC selama 14 jam ...... 18

7 Total bobot sampel akhir dari sampel awal .................................................... 18

8 Nisbah pencangkokan, efisiensi pencangkokan, dan derajat penautan-

silangan ........................................................................................................... 19

Page 10: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

1

PENDAHULUAN

Potensi sagu di Indonesia (1.4 juta ha)

mencapai lebih dari 50% potensi pertanian

sagu dunia (2.2 juta ha) (Susanto 2006). Areal

penanaman sagu di Indonesia tersebar di

banyak daerah seperti Papua, Maluku, Riau,

Sulawesi Utara, Sulawesi Selatan, dan

Sulawesi Tenggara. McClatchey et al. (2006)

melaporkan bahwa Papua memiliki 1 juta ha

tanaman sagu. Karena begitu besarnya

produksi sagu di Indonesia, sangat diperlukan

usaha pemanfaatan sagu dan produk

turunannya, termasuk limbah (ampas

sagu/Ela) yang dihasilkan dari proses produksi

sagu. Di Indonesia, sebagian besar bahan baku

sagu diolah menjadi tepung sagu.

Limbah dari hasil panen pohon sagu

bermacam-macam dan umumnya belum

dimanfaatkan, antara lain kulit batang dan

ampas sagu. Apabila dibiarkan, limbah ini

dapat menimbulkan pencemaran lingkungan

berupa bau dan peningkatan kemasaman tanah

(pH < 4), yang dapat menghambat

pertumbuhan, bahkan menyebabkan kematian

tanaman (Syakir et al. 2009). Menurut

Djoefrie dan Sudarman (1996), ampas sagu

selain banyak mengandung unsur hara yang

bermanfaat bagi tanaman, juga mengandung

unsur racun yang justru akan mematikan

tanaman bila dijadikan media tanam.

Limbah sagu merupakan biomassa

lignoselulosa yang mengandung komponen

penting seperti pati dan selulosa. Ampas sagu

mengandung 64.6% pati dan sisanya serat

kasar 14% , protein kasar 3.3%, lemak 0.3%,

dan abu 5.0% (Hasibuan 2009). Ampas sagu

mengandung residu lignin sebesar 21%,

sedangkan kandungan selulosa di dalamnya

sebesar 20% dan sisanya merupakan zat

ekstraktif dan abu (Kiat 2006).

Jika dilihat dari komponen kimia utama

ampas sagu, maka diperlukan penghilangan

pati dan lignin untuk mengisolasi selulosa

yang menjadi senyawa target untuk

dimodifikasi dalam penelitian ini. Proses

hidrolisis pati dapat dilakukan secara

enzimatis dan non-enzimatis. Proses produksi

sirup glukosa dari pati sagu melalui hidrolisis

enzimatis yang terdiri dari tahap likuifikasi

dan sakarifikasi menggunakan enzim α-

amilase (Fridayani 2006), sedangkan cara

non-enzimatis dapat menggunakan asam atau

dengan perendaman air. Fridayani (2006)

melakukan hidrolisis pati sagu dengan HCl

0.1% hingga mencapai pH 2 yang kemudian

dipanaskan hingga suhu 121 oC selama 1 jam.

Pada penelitian ini digunakan larutan HCl 3%

karena proses penghilangan patinya lebih

cepat dibandingkan dengan perendaman air

suling bersuhu 80–100 oC.

Fang et al. (2000) melakukan isolasi

selulosa dari gandum menggunakan hidrogen

peroksida. Isolasi tersebut berhasil

mengurangi 44.2–71.9% hemiselulosa dan

52.7–87.8% lignin. Irfana (2009) mengisolasi

selulosa menggunakan NaClO2. Namun, cara

ini tidak ramah bagi lingkungan karena dapat

mengakibatkan reaksi radikal klorin dan ozon

sehingga ozon menipis. Nakatama et al.

(2004) melaporkan adanya kloroform dalam

cairan limbah maupun di udara sekitar proses

pemutihan dengan NaClO2. Oleh sebab itu,

perlu dilakukan penelitian-penelitian untuk

mencari alternatif pengganti yang lebih ramah

lingkungan untuk senyawa klorin, salah

satunya hidrogen peroksida. Proses isolasi

selulosa dalam penelitian ini menggunakan

hidrogen peroksida.

Selulosa hasil isolasi selanjutnya

dimodifikasi dengan pencangkokan dan

penautan-silangan. Selulosa digunakan

sebagai tulang punggung dalam polimerisasi

karena strukturnya yang beraturan dan

panjang. Selain itu, selulosa mudah diperoleh

di alam dan biodegradabel. Pencangkokan dan

penautan-silangan digunakan karena

pencangkokan dapat meningkatkan

keefektifan drag reduction dan stabilitas

geser. Hal ini dipengaruhi oleh panjang dan

jumlah yang tercangkok pada polimer

(Desmukh et al. 1991). Ikatan polimernya

juga menjadi lebih kuat karena adanya tautan-

silang.

Irfana (2010) memodifikasi selulosa

ampas sagu dengan asetilasi tanpa-pelarut

menggunakan anhidrida asetat dan katalis I2

pada suhu 100 oC selama 3 jam. Diperoleh

nilai derajat substitusi 1.43. Rath dan Singh

(1997) meneliti pembuatan kopolimer

cangkok antara beberapa jenis polisakarida

dan poliakrilamida menggunakan teknik

polimerisasi larutan. Disimpulkan bahwa pada

amilopektin-g-poliakrilamida dengan rantai

poliakrilamida yang berjumlah sedikit, tetapi

panjang, merupakan flokulan yang paling

efektif. Dalam penelitian ini polimerisasi

pencangkokan dan pentautan-silangan ampas

sagu dilakukan menggunakan inisiator

amonium peroksidisulfat, monomer

akrilamida, dan penaut-silang metilena-bis-

akrilamida.

Page 11: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

2

TINJAUAN PUSTAKA

Tanaman Sagu

Tanaman sagu adalah spesies dari genus

Metroxylon yang termasuk ke dalam famili

Palmae. Sagu tumbuh di daerah tropis yang

panas dan lembap di Asia Tenggara

(Indonesia, Thailand, Filipina, dan Vietnam)

dan Oseania (Papua Nugini, Kepulauan

Mikronesia, dan Kepulauan Oseania). Tiga

produsen utama sagu di dunia adalah

Malaysia, Indonesia, dan Papua Nugini, di

mana sagu tumbuh secara komersial untuk

produksi pati sagu dan atau dikonversi

menjadi pakan hewan atau etanol. Indonesia

memiliki hutan sagu liar yang luas (>700 000

ha) (Singhal et al. 2008).

Sagu merupakan tanaman pangan

penghasil pati paling produktif (15–25 ton pati

kering/ha/tahun). Kandungan pati terdapat di

dalam batang tanaman dewasa. Selain

dijadikan sebagai bahan makanan, pati sagu

juga dimanfaatkan dalam aneka bidang

industri (Kasi dan Sumaryono 2006).

Limbah Industri Ekstraksi Pati Sagu

Industri ekstraksi pati sagu menghasilkan 3

jenis limbah, yaitu residu selular empulur sagu

berserat (ampas), kulit batang sagu (bark), dan

air buangan (wastewater). Pada umumnya,

jumlah kulit batang sagu dan ampas sagu

berturut-turut sekitar 26% dan 14% berdasar

bobot total balak sagu (Kiat 2006). Limbah

ampas dan kulit batang sagu merupakan bahan

lignoselulosa yang sebagian besar tersusun

atas selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Tabel

1 menyajikan komposisi kimiawi limbah sagu

dibandingkan dengan komposisi kayu secara

umum.

Tabel 1 Komposisi ampas dan kulit batang

sagu dibandingkan dengan kayu

secara umum (Kiat 2006).

Komponen

Ampas

Sagu

(%)

Kulit

Batang

Sagu (%)

Kayu

(%)

Selulosa

Residu lignin

Gula pentosa

Ekstraktif

Kadar abu

19.55

20.67

11.70

10.60

6.94

56.86

37.70

20.47

8.31

4.73

39–55

18–33

21–24

2–6

0,2–2

Kulit batang sagu memiliki kadar selulosa

dan lignin yang lebih tinggi daripada kayu

sehingga memiliki sifat fisik yang keras dan

alot. Ampas sagu sebenarnya masih cukup

banyak mengandung pati, karena industri

ekstraksi pati sagu di Indonesia masih

mengandalkan teknologi yang sangat

sederhana. Telah dilaporkan bahwa ampas

sagu digunakan sebagai ruahan untuk

fermentasi rumen dan pelepah sagu digunakan

dalam industri pulp dan kertas (Kiat 2006). Ampas sagu mengandung protein kasar

sebesar 2.7%, serat kasar sebesar 2.2%, dan

lemak kasar sebesar 0.3% (Murni et al. 2008).

Sebagian besar penelitian limbah sagu

sejauh ini berarah pada pemanfaatan limbah

sagu (terutama ampas sagu) sebagai bahan

baku pembuatan bahan bakar hayati dan

substrat pertumbuhan cendawan atau bakteri

untuk memproduksi enzim-enzim

ekstraselular (Akmar & Kennedy 2001).

Selulosa

Selulosa adalah polimer alam yang terdiri

atas subunit-subunit D-glukosa yang ditautkan

satu sama lain dengan ikatan -1,4-glikosida

(Fengel & Wegener 1989). Struktur kimia

polimer yang paling melimpah di alam ini

disajikan pada Gambar 1. Selulosa dalam

tumbuhan terdiri atas bagian yang memiliki

struktur kristalin yang teratur, dan bagian

dengan struktur amorf yang tidak terlalu

teratur dengan baik. Galur-galur selulosa

tergabung bersama dan membentuk fibril-

fibril selulosa. Bentuk ini sebagian besar

bebas dan berinteraksi satu sama lain melalui

ikatan hidrogen (Bobleter 1994).

Gambar 1 Struktur selulosa.

Bagian selulosa yang tidak larut di dalam

basa kuat (misalnya, NaOH 18%) disebut

sebagai -selulosa. Selulosa yang terlarut di

dalam larutan ini terendapkan sebagian pada

medium netral, dan endapan ini disebut -

selulosa. Sisa selulosa yang masih terlarut di

dalam larutan basa kuat disebut -selulosa

(Bobleter 1994).

Pemutihan

Untuk mendapatkan warna yang lebih

cerah, umumnya ampas sagu kering yang

berwarna cokelat diputihkan dengan

perendaman dalam larutan yang mengandung

n

Page 12: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

3

oksidator. Pada penelitian ini, dipakai

hidrogen peroksida, oksidator yang lebih

ramah lingkungan dibandingkan dengan

oksidator lainnya seperti NaClO2. Reaksi

pemecahan H2O2 di alam tidak menimbulkan

ancaman bagi lingkungan karena

menghasilkan oksigen dan air (Gambar 2).

H2O2 H+ + HOO¯

H2O2 + HOO¯ HO ▪

+ O2¯ ▪

+

H2O

Gambar 2 Mekanisme penguraian H2O2

(Selig et al. 2009).

Pada kondisi asam, H2O2 sangat stabil,

pada kondisi basa mudah terurai. Penguraian

H2O2 juga dipercepat oleh naiknya suhu. Zat

reaktif dalam sistem pemutihan dengan H2O2

dalam suasana basa adalah anion perhidroksil

(HOO¯) (Dence dan Reeve 1996).

Reaksi dekomposisi yang disebabkan oleh

pengaruh katalitik ion-ion logam transisi harus

dicegah, karena tidak memberikan dampak

yang efektif pada proses pemutihan (Brelid

1998).

Akrilamida

Akrilamida (C3H5NO) lazim digunakan

untuk memproduksi plastik dan bahan

pewarna. Akrilamida (Gambar 3) merupakan

salah satu monomer hidrofilik yang digunakan

sebagai bahan baku pembuatan

poliakrilamida, berwarna putih, tidak berbau,

berbentuk kristal padat yang sangat mudah

larut dalam air, metanol, etanol, etil asetat,

eter, aseton, sedikit larut dalam kloroform dan

mudah bereaksi melalui reaksi amida atau

ikatan rangkapnya.

O

NH2 Gambar 3 Rumus struktur akrilamida.

Monomer akrilamida mudah

berpolimerisasi pada titik leburnya atau di

bawah sinar ultraviolet. Akrilamida dalam

larutan bersifat stabil pada suhu kamar dan

tidak berpolimerisasi secara spontan (Harahap

2006). Akrilamida tidak kompatibel dalam

suasana asam, basa, bahan pengoksidasi, dan

besi. Pada kondisi normal, akrilamida

terdekomposisi menjadi amonia tanpa

pemanasan atau menjadi karbon dioksida,

karbon monoksida, dan oksida nitrogen

dengan pemanasan.

Poliakrilamida adalah bahan yang

digunakan untuk membersihkan air, agar

dapat digunakan sebagai air minum. Bahan ini

juga digunakan dalam pengolahan air limbah,

yaitu untuk menggumpalkan kotoran agar

mudah dipisahkan. Poliakrilamida juga

banyak digunakan di laboratorium untuk

penelitian dan analisis. Akrilamida juga

digunakan sebagai bahan baku untuk

membuat beberapa jenis zat penjernih,

perekat, tinta cetak, zat warna sintetik, zat

penstabil emulsi, kertas, dan kosmetik.

Akrilamida juga digunakan sebagai kopolimer

pada pembuatan lensa kontak dan juga

digunakan dalam konstruksi pondasi

bendungan atau terowongan (Harahap 2006).

Polimerisasi Pencangkokan dan Penautan-

Silangan

Kopolimerisasi pencangkokan merupakan

salah satu metode yang paling umum

digunakan untuk memodifikasi sifat-sifat

kimia dan fisika polimer alami dan sintetik.

Kopolimer cangkok dibuat dengan cara

menumbuhkan atau menggabungkan polimer

sintetik pada tulang punggung polimer alami.

Ada tiga metode sintesis kopolimer

cangkok: Pertama, pencangkokan dari, yaitu

polimer tulang punggung membawa tapak

aktif yang digunakan untuk menginisiasi

polimerisasi monomer, kedua, pencangkokan

ke, yaitu polimer tulang punggung membawa

gugus fungsi X reaktif yang terdistribusi

secara acak, bereaksi dengan polimer lain

yang membawa gugus fungsi Y. Ketiga,

pencangkokan melalui, yaitu adanya

makromer dengan BM rendah dan tapak tak

jenuh, polimer yang sedang tumbuh dapat

bereaksi pada tapak tak jenuh tersebut

menghasilkan kopolimer cangkok (Silvianita

et al. 2004).

Penautan-silang pada polimer terbagi

menjadi 2, yaitu tautan-silang inti dan tautan-

silang permukaan. Penautan-silangan ialah

bergabungnya 2 molekul besar atau lebih

dengan suatu penaut-silang, biasanya molekul

organik yang mengandung 2 atau lebih gugus

fungsi. Faktor yang mempengaruhi ikatan

silang pada polimer adalah nisbah reaktivitas

(Elliot 1997). Reaksi pencangkokan dan

penautan-silangan terdapat pada Gambar 4.

Page 13: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

4

Pembentukan radikal inisiator amonium peroksidisulfat (Anah et al. 2010)

Inisiasi radikal selulosa oleh inisiator amonium peroksidisulfat (Anah et al. 2010)

Reaksi pencangkokan monomer akrilamida pada selulosa (Anah et al. 2010)

Tahap Inisiasi:

Tahap Propagasi:

Page 14: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

5

Reaksi pembentukan homopolimer (Anah et al. 2010)

Tahap Terminasi:

(a)

(b)

atau

Page 15: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

6

(c)

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan adalah

ampas sagu dari Cimahpar Bogor, akuades,

gas nitrogen, akrilamida, amonium persulfat

(APS), N,N-metilena-bis-akrilamida (MBA),

metanol teknis, etanol teknis, aseton Merck,

NaOH p.a Merck, HCl 37% Merck, H2O2

35% Merck, dan indikator pH universal

Merck.

Alat-alat yang digunakan adalah reaktor

pencangkokan, oven, pengaduk magnetik,

peralatan kaca, penghalus sampel (blender),

neraca analitik, dan spektrofotometer

inframerah transformasi fourier (FTIR)

Prestige-21 Shimadzu.

Metode Penelitian

Preparasi Contoh Ampas Sagu

Preparasi ini merupakan tahap pertama

pada bagan alir penelitian (Lampiran 1).

Ampas sagu yang baru diambil dari pabrik

tepung sagu di daerah Cimahpar Bogor dicuci

di bawah aliran air keran hingga air cuciannya

jernih, kemudian dikeringkan di bawah sinar

matahari selama 3–4 hari. Ampas sagu kering

dihaluskan dalam penghalus sampel selama 5

menit lalu diayak dengan saringan 200 mesh

hingga terpisah dari bagian berseratnya.

Bagian yang berupa tepung disimpan dalam

wadah bertutup rapat.

Hidrolisis Pati

Cara Pertama. Ampas sagu dicuci

dengan air suling bersuhu 100 oC, diaduk

dengan pengaduk magnetik. Keberadaan pati

diuji menggunakan larutan iodin. Ampas sagu

dinyatakan bebas-pati jika hasil uji larutan

berwarna cokelat seperti larutan iodin, masih

terdapat pati jika hasil uji larutan berwana biru

atau hitam (Lampiran 2).

Cara Kedua. Sebanyak 10, 20, dan 50 g

tepung ampas sagu dicampurkan dengan

larutan HCl 3% dengan nisbah sampel dan

larutan 1:15, kemudian dipanaskan pada suhu

80 oC di atas penangas air selama 30–40

menit. Keberadaan pati diperiksa

menggunakan larutan iodin. Sampel lalu

dinetralkan dengan akuades dan dikeringkan

dalam oven 60 oC hingga diperoleh bobot

konstan (Lampiran 2).

Merserisasi Ampas Sagu

(Ass et al. 2006 & de Paula et al. 2008)

Serbuk ampas sagu bebas-pati

dimerserisasi menggunakan larutan NaOH

20% (b/v) dengan nisbah sampel dan larutan

NaOH 20% 1:50 selama 1 jam sambil diaduk

pada suhu 0–5 °C. Ampas sagu bebas-pati

termerserisasi kemudian disaring, dibilas

dengan akuades hingga pH-nya netral, dan

dikeringkan pada suhu 60 °C hingga bobotnya

konstan (Lampiran 2).

Pemucatan Ampas Sagu (Delignifikasi)

(modifikasi Sun et al. 2004)

Serbuk ampas sagu hasil merserisasi

disuspensikan ke dalam larutan basa pH 12

atau

Gambar 4 Tiga kemungkinan reaksi terminasi penautan-silangan antarmonomer pada

monomer yang tercangkok ke selulosa (a) (Anah et al. 2010), antarselulosa (b)

(Achmad et al. 2006), dan antarmonomer pada homopolimer (c) (Anah et al.

2010).

Page 16: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

7

(dikondisikan dengan pelet NaOH) yang

mengandung H2O2 1.5% (v/v) dengan nisbah

terhadap sampel 25:1 (mL/g). Suspensi diaduk

dengan pengaduk magnetik selama 14 jam

pada 45 oC. Sampel dicuci dengan akuades

hingga pH filtratnya netral. Residu kemudian

dikeringkan dalam oven bersuhu 60 °C hingga

bobotnya konstan (Lampiran 2).

Proses Pencangkokan dan Penautan-

Silangan (modifikasi Doane et al. 2009)

Air bebas-ion sebanyak 60 mL

ditambahkan ke dalam 2 g serbuk ampas sagu

hasil delignifikasi di dalam labu leher 3

(Lampiran 3). Campuran diaduk dengan

pengaduk hingga homogen, kemudian gas

nitrogen dialirkan selama 15 menit, untuk

menghilangkan oksigen. Selama proses

sintesis, gas nitrogen tidak boleh mati. Sampel

dipanaskan pada kisaran suhu 90–95 oC

selama 30 menit lalu didinginkan hingga 65 oC. Inisiator APS sebanyak 100 mg

ditambahkan ke dalam campuran dan diaduk

selama 15 menit. Selanjutnya campuran 10 g

monomer akrilamida dan 10 mg penaut-

silangan MBA dilarutkan ke dalam 80 mL

akuades dan suhu dinaikkan menjadi 70 oC

selama 3 jam. Produk yang berbentuk gel

dicuci dengan metanol, lalu etanol. Kemudian,

dilakukan pemisahan polimer dari rantai

pendek dengan refluks menggunakan aseton

pada suhu 70 oC di atas penangas air selama 1

jam. Residunya dikeringkan dalam oven 60 oC.

Penentuan Nisbah dan Efisiensi

Pencangkokan, Derajat Penautan-Silangan,

dan Pengujian Kapasitas Absorpsi Air

Sebanyak 0.1 g sampel dimasukkan ke

dalam botol dan ditambahkan 100 mL

akuades. Campuran didiamkan selama 24 jam,

lalu disaring dan ditimbang bobot sampel

yang telah mengalami pembengkakan

terhadap air.

[ ( )( ⁄ )]

[ ( )( ⁄ )]

( )

Keterangan:

RG = nisbah pencangkokan

EG = efisiensi pencangkokan

DC = derajat penautan-silangan

Analisis FTIR

Sebanyak 10 mg sampel yang halus

dicampurkan dengan 100 mg serbuk kalium

bromida, kemudian dipanaskan dalam oven

60 oC. Campuran digerus hingga homogen

lalu dibentuk menjadi pelet dan dianalisis

dengan FTIR.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Isolasi Ampas Sagu

Ampas sagu yang digunakan dalam

penelitian ini memiliki kadar air, abu, lemak,

protein, serat kasar, dan karbohidrat

sebagaimana tercantum pada Tabel 2. Ampas

sagu yang digunakan sudah melalui tahap

pencucian dengan air keran kemudian

dikeringkan di bawah sinar matahari selama 3

hari. Kadar serat kasar dan karbohidrat yang

tinggi menunjukkan bahwa ampas sagu yang

digunakan mengandung banyak selulosa, pati,

dan sakarida lain yang larut air.

Tabel 2 Analisis proksimat ampas sagu basah

Cimahpar Bogor (Irfana 2009).

Parameter Kadar (%)

Air

Abu

Lemak

Protein

Serat kasar

Karbohidrat

40.60

4.30

0.16

4.99

33.33

50.61

Ampas yang digunakan dalam penelitian

ini masih mengandung karbohidrat yang

cukup tinggi. Karbohidrat ini perlu

dihilangkan agar tidak mengganggu proses

sintesis kopolimer selulosa. Terdapat 2 cara

yang digunakan untuk menghilangkan

karbohidrat. Pertama, dengan pencucian

menggunakan air dengan suhu 80–90 oC. Cara

ini kurang efektif karena waktu yang

dibutuhkan hingga ampas sagu bebas-pati

cukup lama, yaitu 3 hingga 4 hari. Selain itu,

dibutuhkan sangat banyak air sehingga cara

ini sangat tidak efektif dari segi waktu dan

jumlah pemakaian pelarut.

Cara kedua menggunakan larutan HCl 3%

(v/v) dengan nisbah sampel dan larutan 1:15.

Cara ini sangat efektif jika dibandingkan

dengan cara pertama. Dari segi waktu, hanya

dibutuhkan 30–40 menit hingga ampas sagu

bebas pati (Tabel 3). Jumlah larutan yang

dipakai juga lebih sedikit dibandingkan

Page 17: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

8

dengan cara pertama yang dapat

menghabiskan >50 L air sadah.

Tabel 3 Hidrolisis pati dengan HCl 3% (v/v) 80

oC

t

det

Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan

3 U1 U2 U1 U2

5 ++++ ++++ ++++ ++++ ++++

10 ++++ ++++ ++++ ++++ ++++

15 +++- ++++ ++++ ++++ ++++

20 ++-- ++-- ++-- ++-- ++++

25 ++-- +--- +--- ++-- ++--

30 +--- ---- ---- +--- +---

35 +--- ---- ---- ---- +---

40 ---- ---- ---- ---- ----

45 ---- ---- ---- ---- ----

50 ---- ---- ---- ---- ----

Keterangan :

(+) = Larutan berwarna hitam

( - ) = Larutan berwarna cokelat

Perlakuan 1 = 10 g ela & 150 mL HCl 3%

Perlakuan 2 = 20 g ela & 300 mL HCl 3%

Perlakuan 3 = 50 g ela & 750 mL HCl 3%

Pati terhidrolisis oleh HCl membentuk

senyawa gula sederhana. Keberadaan pati

dapat diuji menggunakan larutan iodin.

Ampas sagu dinyatakan bebas-pati jika

pemberian larutan iodin menghasilkan warna

biru atau cokelat pekat, sebaliknya ampas

sagu belum bebas-pati jika hasil uji larutan

berwana cokelat seperti larutan iodin.

Menurut Fessenden dan Fessenden (1999),

warna biru tua timbul dari antaraksi amilosa

dengan iodin. Warna ini merupakan dasar uji

iodin untuk pati. Gambar 5a dan b

memperlihatkan perubahan bentuk fisik

ampas sagu selama penghilangan pati menjadi

berwarna agak merah dan kasar. Bobot yang

hilang ketika proses ini diperoleh rata-rata

sebesar 72.30% (Lampiran 4). Bobot yang

hilang diduga berupa pati yang terhidrolisis,

selulosa yang terdegradasi, dan logam-logam.

Judoamidjojo et al. (1992) menyatakan

bahwa asam akan memecah molekul pati

secara acak dan gula yang dihasilkan sebagian

besar adalah gula pereduksi. Katalis asam

yang umum dipakai adalah asam klorida

(HCl), karena merupakan asam kuat dan

bersifat atsiri.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 5 Bentuk fisik ampas sagu, belum

bebas-pati (a), bebas-pati (b),

hasil merserisasi (c), dan hasil

delignifikasi (d).

Tekstur ampas sagu hasil merserisasi

dalam NaOH 20% (v/v) selama 1 jam pada

suhu 0–5 oC lebih halus, lebih keras, dan lebih

cokelat dibandingkan dengan sebelum

dimerserisasi (Gambar 5c). Hal ini dapat

diakibatkan oleh terbukanya untaian bagian

kristalin selulosa sehingga sebagian besar

lignin akan lebih terpajan keluar. Larutan

NaOH dalam air bersifat protik polar,

sehingga keberadaannya di antara rantai

selulosa dapat memutus ikatan hidrogen intra

dan antarrantai selulosa kristalin (Klemm et

al. 1998). Terbentuknya interaksi baru yang

lebih kuat antara gugus hidroksil selulosa

ampas sagu dan larutan NaOH menyebabkan

terbukanya bagian kristalin selulosa tersebut

sehingga gugus-gugus hidroksil selulosa

menjadi lebih mudah dijangkau oleh pereaksi

(Pusic et al. 1999). Bobot hasil proses

merserisasi menurun rata-rata sebesar 39.00%

(Lampiran 5) dari bobot awal. Bobot yang

hilang diduga berupa hemiselulosa, selulosa

yang terdegradasi, dan logam-logam, karena

pelarut dalam proses ini dapat melarutkan

senyawa-senyawa tersebut. Proses penghilangan lignin dengan H2O2

pH 12 selama 14 jam pada suhu 45 oC

menghasilkan ampas sagu yang lebih putih

dan lebih halus (Gambar 5d). Proses ini sangat

penting untuk proses selanjutnya karena lignin

dapat menghambat pembentukan kopolimer

selulosa dengan akrilamida ketika sintesis

berlangsung.

Hidrogen peroksida bereaksi optimum

dengan lignin dalam kondisi alkali (basa). Zat

aktif dalam reaksi pemutihan ampas sagu

adalah ion perhidroksil (OOH¯) dan hidroksil

Page 18: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

9

(OH¯). Ion perhidroksil adalah bahan yang

aktif bereaksi dengan struktur karbonil pada

lignin sehingga lignin terpecah-pecah, larut,

dan terekstraksi dalam larutan NaOH.

Konsentrasi ion perhidroksil meningkat

dengan bertambahnya konsentrasi H2O2 dan

NaOH. Hidrogen peroksida efektif

memecahkan dan melarutkan struktur karbonil

dan kuinon, sedangkan klorin oksida (ClO¯)

tidak dapat menghancurkan secara sempurna

(Dence dan Reeve 1996). Bobot yang hilang

dari proses ini sebesar 45.03% (Lampiran 6).

Bobot yang hilang berupa lignin dan selulosa

yang terdegradasi yang larut dalam proses ini.

Bobot hilang total dari awal proses hingga

akhir proses adalah sebesar 90.69%

(Lampiran 7).

Pencangkokan dan Penautan-Silangan

Kerangka utama yang digunakan pada

kopolimerisasi adalah selulosa hasil isolasi

dari ampas sagu. Selulosa dijadikan kerangka

utama karena keberadaannya yang begitu

banyak di alam dan mudah diperoleh.

Monomer yang dicangkokkan adalah

akrilamida. Akrilamida memiliki ikatan

rangkap sehingga sangat memungkinkan

terjadinya pencangkokan.

Proses pencangkokan dan penautan-

silangan dilakukan di dalam labu leher 3

dengan kondisi bebas-oksigen. Kondisi ini

sangat penting karena oksigen dapat

membentuk peroksida yang mengganggu

proses sintesis dan membantu terbentuknya

homopolimer yang tidak diharapkan.

Homopolimer terbentuk dari penggabungan

monomer sejenis dengan unit berulang yang

sama. Untuk mencegah hal ini, gas nitrogen

perlu disalurkan terus-menerus hingga proses

sintesis selesai.

Metode pencangkokan dan penautan-

silangan yang digunakan tidak simultan,

artinya selulosa direaksikan dengan inisiator

terlebih dahulu. Tujuannya, meminimumkan

terbentuknya homopolimer pada hasil akhir.

Inisiator berfungsi mengaktifkan gugus fungsi

selulosa dan monomer sehingga menjadi

senyawa radikal. Tahap pengaktifan gugus

fungsi ini disebut inisiasi. Tahap inisiasi

terjadi pada inisiator APS membentuk radikal

APS dan radikal selulosa.

Tahap propagasi terjadi setelah inisiasi.

Pada tahap ini terjadi penggabungan senyawa

utama dengan monomer. Monomer akrilamida

dicangkokkan ke radikal selulosa yang

berperan sebagai senyawa utama. Bila reaksi

tidak sempurna, tahap ini akan menghasilkan

homopolimer.

Tahap akhir dalam polimerisasi adalah

terminasi, yaitu tahap terbentuknya produk.

Pada tahap ini, penautan-silangan bereaksi

dengan monomer dan selulosa membentuk

produk dengan 3 kemungkinan tautan-

silang, yaitu tautan-silang antarmonomer

pada monomer yang sudah tercangkok

ke selulosa, tautan-silang antarselulosa,

dan tautan-silang antarmonomer pada

homopolimer. Penaut-silang MBA menaut-

silangkan polimer atau monomer sehingga

menjadi lebih kuat dan tidak mudah terurai

oleh pelarut.

Pada selulosa, atom O di C6 memiliki

reaktivitas lebih tinggi karena pengaruh

subtituen-subtituen di sekitarnya, dan

menjadi tapak aktif yang menginisiasi

pembentukan radikal monomer. Radikal

monomer memungkinkan terjadinya reaksi

antarmonomer membentuk homopolimer.

Hasil pencangkokan yang berupa gel

setelah direaksikan selama 3 jam dipresipitasi

berdasarkan tingkat kepolarannya, yaitu

menggunakan metanol, etanol 96%, dan

aseton pada suhu 70 oC selama 1 jam. Tujuan

presipitasi ini adalah melarutkan air dalam gel

sehingga bentuknya lebih padat. Metanol

berfungsi melarutkan senyawa yang lebih

polar seperti air, sedangkan etanol melarutkan

senyawaan yang lebih nonpolar. Perendaman

dengan aseton pada suhu 70 oC selama 1 jam

bertujuan melarutkan homopolimer atau

polimer-polimer berantai pendek, karena yang

diharapkan pada hasil akhir adalah polimer

berantai panjang. Sisa rantai yang terputus dan

homopolimer dapat terlarut saat dicuci dengan

aseton (Silvianita et al. 2004).

Hasil pencucian dengan aseton berupa

bongkahan polimer padat yang kemudian

dikeringkan dalam oven bersuhu 50–60 oC.

Dari 2 kali pengulangan diperoleh bobot

polimer padat hasil pengeringan sebesar

12.2205 dan 11.9907 g. Tabel 4 menunjukkan

rerata RG dan rerata EG dari 2 kali ulangan

(Lampiran 8). RG menunjukkan nisbah

pencangkokan terhadap selulosa yang

sebenarnya terlibat pada reaksi, sementara EG

adalah persen pencangkokan terhadap bobot

selulosa awal.

Tabel 4 Nisbah dan efesiensi pencangkokan

Rerata 14.8 300.7 60.1

Ulangan N (%) RG EG(%)

1. 14.7 295.7 59.1

2. 14.8 305.6 61.1

Page 19: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

10

Bongkahan polimer hasil sintesis

dihaluskan terlebih dahulu kemudian disaring

dengan penyaring 60–80 mesh sebelum diuji

kapasitas absorpsi airnya untuk memperoleh

nilai derajat penautan-silangan (DC). Nilai ini

menunjukkan seberapa besar penaut-silang

yang berhasil bertautan-silang dengan

monomer-monomer. Ada beberapa cara untuk

mengukur kapasitas absorpsi air. Metode

volumetrik mengukur perubahan volume air

sebelum dan sesudah absorpsi, metode

gravimetrik mengukur perubahan bobot

polimer superabsorben, metode spektroskopi

mengukur perubahan spektrum UV polimer,

dan metode mikrogelombang mengukur

perubahan energi absorpsinya (Buchholz

1997). Metode yang digunakan dalam

penelitian ini adalah metode volumetrik.

Tabel 5 menunjukkan dari 2 kali pengulangan

diperoleh hasil yang tidak jauh berbeda.

Tabel 5 Derajat penautan-silangan

Ulangan

Derajat Penautan-silangan

(g air/ g)

24 jam 48 jam

1 31.5 35.0

2 31.5 35.8

Rerata 31.5 35.4

Uji kapasitas absorpsi dilakukan dengan

jalan memasukkan polimer ke dalam pelarut

air. Air akan terabsorpsi ke polimer karena

adanya gugus hidrofilik. Setelah mencapai

tahap kesetimbangan, air yang terserap akan

berikatan hidrogen dengan gugus karboksilat

sehingga tetap tertahan pada polimer dan

membengkakkannya (Swantomo et al. 2008;

Gambar 6).

Gambar 6 Proses pembengkakan polimer

oleh air (Swantomo et al. 2008)

Derajat penautan-silangan polimer yang

disintesis pada penelitian ini diperoleh rerata

sebesar 31.5 dan 35.4 g air/g polimer berturut-

turut dari perlakuan 24 dan 48 jam. Hasil ini

masih jauh di bawah hasil derajat pentautan-

silangan dari polimerisasi selulosa komersial

yang telah dilakukan oleh Rinawita (2011),

yaitu perendaman selama 24 jam mampu

menyerap sebesar 67.6 g air/g polimer dari

bobot awalnya (0.2893 g) dan perendaman

selama 48 jam mampu menyerap 91.9 g air/g

polimer. Diduga jumlah gugus hidrofilik yang

terkandung dalam polimer hasil penelitian ini

lebih sedikit dibandingkan dengan hasil

penelitian Rinawita (2011).

Analisis FTIR

Analisis FTIR berguna untuk mengetahui

ciri struktural senyawaan kimia pada sampel

dan mendeteksi substitusi akibat modifikasi.

Menurut FAO (1996), spektrum inframerah

selulosa dicirikan serapan bilangan

gelombang sekitar 3500 cm-1

(ulur –OH),

2800–3200 cm-1

(ulur C-H), dan daerah sidik

jari dengan puncak ganda pada daerah 1000–

1100 cm-1

. Hasil penelitian ini menunjukkan

pada spektrum inframerah selulosa hasil

isolasi terdapat serapan ulur –OH pada

bilangan gelombang 3161.33 cm-1

, serapan

unsur C-H pada 2891.30 cm-1

, dan 1054.68

cm-1

menunjukkan sidik jari dengan puncak

ganda.

Setelah pencangkokan dan penautan-

silangan, pada spektrum FTIR terlihat

kemunculan serapan C=O pada bilangan

gelombang 1654.92 cm-1

dan serapan ulur N-

H pada bilangan gelombang 3180.62 cm-1

.

Serapan C=O mengindikasikan keberhasilan

pencangkokan dan serapan N-H menunjukkan

keberadaan monomer dan penaut-silang.

Gambar 7 menunjukkan kemiripan spektrum

dari 4000 cm-1

hingga 1600 cm-1

antara hasil

polimerisasi selulosa komersial dan selulosa

isolasi dari ampas sagu. Hal ini menandakan

bahwa selulosa dari hasil isolasi ampas sagu

memiliki kualitas yang hampir mirip dengan

selulosa komersial.

Page 20: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

11

Gambar 7 Spektrum FTIR, garis merah adalah selulosa hasil delignifikasi, garis hitam adalah hasil

pencangkokan selulosa hasil isolasi, dan garis hijau adalah hasil pencangkokan selulosa

komersial dengan metode sama yang telah di kerjakan oleh Rinawita (2011).

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Modifikasi selulosa ampas sagu dengan

pencangkokan dan penautan-silangan telah

berhasil dilakukan. Polimer yang terbentuk

tidak termasuk ke dalam polimer

superabsorben karena memiliki derajat tautan-

silang di bawah 90 g air/g polimer. Perlakuan

perendaman polimer dengan air selama 48

jam tidak terlalu berpengaruh banyak pada

derajat tautan-silang jika dibandingkan

dengan perlakuan perendaman selama 24 jam.

Saran

Metode kopolimerisasi ini perlu

diperhatikan dalam segi sintesisnya, yaitu

suhu dan pengaliran nitrogen ke dalam

reaktor, karena sangat memengaruhi hasil

akhir. Selain itu, perlu dilakukan optimasi

metode kopolimerisasinya.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad S, Radiman CL, Ariwahjoedi B,

Noerati. 2006. Proses esterifikasi pada

kain kapas dengan turunan karboksilat

untuk menaikkan ketahanan kusut kapas.

Akta Kimindo 2:57-62.

Akmar PF, Kennedy JF. 2001. The potential

of oil and sago palm trunk wastes as

carbohydrate resources. Wood Sci Technol

35: 467-473.

Anah L, Astrini N, Suharto, Nurhikmat A,

Haryono A. 2010. Studi awal sintesa

komposit hidrogel polimer superabsorben

carboxymethyl cellulose-graft-poly(acrylic

acid)/montmorilonit melalui proses

kopolimerisasi cangkok. Berita Selulosa

45:1-8.

Ass BAP, Belgacem MN, Frollini E. 2006.

Mercerized linter cellulose:

characterization and acetylation in N,N-di-

methylacetamide or lithium chloride.

Carbohydr Polym 63:19-29.

Bobleter O. 1994. Hydrothermal degradation

of polymers derived from plants. Prog

Polym Sci 19:797-841.

Brelid H. 1998. TCF bleaching of soft wood

kraft pulp [disertasi]. Chalmers: University

of Technology Gotenberg.

Buchholz FL. 1998. Application of

Superabsorbent Polymers. Di dalam:

Buchholz FL, Graham AT, editor. Modern

Superabsorbent Polymer Technology. New

York: Wiley.

de Paula P, Lacerda TM, Frollini E. 2008.

Sisal cellulose acetates obtained from

-OH C=O

Page 21: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

12

heterogenous reactions. Express Polym

Lett 2:423-428.

Dence CW, Reeve DW. 1996. Pulp Bleaching

Principle and Practice. Atlanta: Tappi Pr.

Desmukh SR, Sudhakar K, Singh RP. 1991.

Drag-reduction efficiency, shear stability,

and biodegradation resistance of

carboxymethyl cellulose-based and starch-

based graft coplymers. J Appl Sci 43:1091-

1101.

Djoefrie MHB dan Sudarman M. 1996.

Pemanfaatan campuran ampas sagu

dengan kotoran sapi sebagai media

pembibitan kelapa sawit. Di Dalam:

Prosiding Simposium Nasional Sagu III;

Pekanbaru, 27-28 Februari 1996. Bogor:

Institut Pertanian Bogor.

Doane WM, Doane SM, Savich MH, penemu;

Absorbent Technology, Inc. 12 Mar 2009.

Superabsorbent polymers in agricultural

application. US patent 0 069 185.

Elliot M. 1997. Superabsorbent Polymers.

BASF Product Development Scientist.

Fang JM, Sun RC, Tomkinson J. 2000.

Isolation and characterization of

hemicelluloses and cellulose from rye

straw by alkaline peroxide extraction.

Cellulose 7: 87-107.

Fessenden JR, Fessenden JS. 1999. Kimia

Organik. Ed ke-3. Pudjaatmaka AH,

penerjemah; Jakarta: Erlangga.

Fengel D, Wegener G. 1989. Wood

Chemistry. Ultrastructure and Reactions.

New York: Walter de Gruyter.

Food and Agricultural Organization [FAO].

1996. Compendium of Food Aditive

Specification. Adendum 5. [Berkala

sambung jaring] http://www.fao.org/

docrep/w6355e/w6355e0l.htm.

Fridayani. 2006. Produksi sirup glukosa dari

pati sagu yang berasal dari beberapa

wilayah di Indonesia [skripsi]. Bogor:

Fakultas Teknologi Pertanian, Institut

Pertanian Bogor.

Harahap Y. 2006. Pembentukan akrilamida

dalam makanan dan analisisnya. WWW

Maj Ilmu Kefarmasian 3.

[terhubung berkala]. http://jurnal.

farmasi.ui.ac.id/pdf/2006/v03n03/akrilami

d.pdf?PHPSESSID=2d09a4864d7b99981e

25b664aeb9440b.html [10 Des 2010].

Hasibuan M. 2009. Pembuatan film layak

makan dari pati sagu menggunakan bahan

pengisi serbuk batang sagu dan gliserol

sebagai plasticizer, Sumatera Utara [tesis].

Medan: Universitas Sumatera Utara.

Irfana L. 2010. Asetilasi selulosa ampas sagu

dengan katalis I2 dan aplikasinya sebagai

fasa diam kromatografi kolom [skripsi].

Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian

Bogor.

Judoamidjojo M, Said G, Hartoto L. 1992.

Teknologi Fermentasi. Bogor; Pusat Antar

Universitas Bioteknologi Institut Pertanian

Bogor.

Kasi PD, Sumaryono. 2006. Keragaman

morfologi selama perkembangan embrio

somatik sagu. Menara Perkebunan 74:44-

52.

Kiat LJ. 2006. Preparation and

characterization of carboxymethyl sago

waste and it’s hydrogel [tesis]. Malaysia:

Master of Science, Universiti Putra

Malaysia.

Klemm et al. 1998. Comprehensive Cellulose

Chemistry. Volume 1, Fundamentals and

analytical Methods. Jerman: Weinhelm.

McClatchey W, Manner HI, Elevitch CR.

2006. Metroxylon amicarum, M. paulcoxii,

M. sagu, M. salomonense, M. vitiense, and

M. warburgii (sago palm) Arecaceae (palm

family). Permanent Agriculture Resources

2:1-23.

Murni R, Suparjo, Akmal, Ginting BL. 2008.

Pemanfaatan Limbah sebagai Bahan

Pakan Ternak. Jambi: Fakultas

Peternakan Universitas Jambi,

http://jajo66.files.wordpress.com/2008/11/

03pemanfaatan.pdf [23 Apr 2011].

Nakatama K, Motoe Y, Ohi H. 2004.

Evaluation of chloroform formed in

process of kraft pulp bleaching mil using

chlorine dioxide. J Wood Sci 50: 242-247.

Page 22: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

13

Pusic T, Grancaric, AM, Soljacic I, Ribitsch

V. 1999. The effect of mercerization on

the electrokinetic potential of cotton. JSDC

115:121-124.

Rath SK, Singh RP. 1997. Flocculation

characteristic of grafted and ungrafted

starch, amylose, and amylopectin. J Polym

Sci 66:1721-1729.

Rinawita. 2011. Modifikasi selulosa dengan

teknik pencangkokan dan pertautan-

silangan [skripsi]. Bogor: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Pertanian Bogor.

Selig MJ, Vinzant TB, Himmel ME, Decker

SR. 2009. The effect of lignin removal by

alkaline peroxide pretreatment on the

susceptibility of corn stover to purified

cellulolytic and xylanolytic enzymes. Appl

Biochem Biotechnol 155:397-406.

Silvianita S, Nurmasari I, Sulistio A,

Kurniawan F, Sumarno. 2004.

Kopolimerisasi dari poliakrilamida pada

pati dengan metode grafting. Di dalam:

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa

Kimia dan Proses; Semarang, 21-22 apr

2004. Surabaya: Institut Teknologi

Sepuluh November.

Singhal RS, Kennedy JF, Gopalakrishnan

SM, Kaczmarek A, Knill CJ, Akmar PF.

2008. Industrial production, processing,

and utilization of sago palm-derived

products. Carbohydr Polym 72:1-20.

Sun JX, Xu F, Sun XF, Xiao B, Sun RC.

2004. Physicochemical and thermal

characterization of cellulose from barley

straw. Polym Degradation Stability.

88:521-531.

Susanto AN. 2006. Potensi dan perhitungan

luas lahan sagu untuk perencanaan

ketahanan pangan spesifik lokasi di

Provinsi Maluku. Di dalam: Prosiding

Lokakarya Sagu dalam Revitalisasi

Pertanian Maluku; Ambon 29-31 Mei

2006. Ambon: Fakultas Pertanian

Universitas Pattimura. hlm 173-184.

Swantomo D, Megasari K, Saptaji R 2008.

Pembuatan komposit polimer

superabsorben dengan mesin berkas

elektron. Family Nursing 2:1978-8738.

Syakir M, Bintoro MH, Agusta H. 2009.

Pengaruh ampas sagu dan kompos

terhadap produktivitas lada perdu. J Litri

4:168-173.

Page 23: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

14

LAMPIRAN

Page 24: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

15

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Preparasi Ampas Sagu

Pemucatan (H2O2)

(Sun et al. 2004)

Pencangkokan dan

Penautan-Silangan

(Doane et al. 2009)

- Nisbah pencangkokan (%)

- Efisiensi pencangkokan (%)

- Derajat penautan-silangan (%)

- Uji absorpsi

- FTIR

Preparasi dan Pencucian

Merserisasi

(NaOH 20% [b/v], 0–5 °C, 1 jam)

Hidrolisis pati

(HCl 3% [v/v], 80 oC, 30 menit)

Hidrolisis pati

(Akuades, 100 oC)

Page 25: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

16

Lampiran 2 Bagan proses preparasi dan isolasi selulosa ampas sagu

Ampas sagu segar

Residu I

Residu II

Residu III

Residu IV (Selulosa ampas sagu)

Pencucian dalam aliran air keran, pengeringan dengan sinar matahari

selama 2 hari

Hidrolisis pati cara pertama dengan larutan HCl 3% suhu 80 oC

selama 30–40 menit (diuji dengan larutan iodin); pencucian hingga pH

netral; pengeringan pada 60 °C hingga bobot konstan. Cara kedua dengan

pengadukan menggunakan akuades pada suhu 100 oC.

Delignifikasi dalam campuran larutan basa pH 12 (dikondisikan

dengan NaOH 12 M) yang mengandung H2O2 1.5% (v/v) pada nisbah

terhadap sampel 25:1 (mL/g). Suspensi diaduk dengan pengaduk selama

14 jam pada 45 oC. Campuran kemudian disaring dengan bantuan vakum

dan endapannya dicuci dengan akuades hingga pH filtratnya sama

dengan 7.0. Residu dikeringkan dalam oven bersuhu 60 °C hingga

bobotnya konstan atau selama 16 jam.

Merserisasi dalam NaOH 20 % (b/v) (1 g sampel / 50 mL NaOH) pada

suhu 0–5 °C selama 1 jam, pencucian hingga pH netral, dan pengeringan

pada 50 °C hingga bobot konstan.

Page 26: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

17

Lampiran 3 Rancangan reaktor kopolimerisasi pencangkokan dan pentautan

silangan

Keterangan:

a. Labu leher 3.

b. Pengaduk magnetik.

c. Termometer.

d. Pipa penyaluran gas nitrogen.

e. Tempat pemasukan campuran monomer dan penaut silang.

f. Penangas.

Page 27: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

18

Lampiran 4 Hidrolisis pati dengan HCl 3% 80–85 oC

Bobot sampel (g) Bobot bebas-pati (g) Bobot hilang (%)

10.0068 2.7335 72.68

10.0060 2.6455 73.56

20.5323 5.8050 71.72

20.6604 5.8957 71.46

50.2122 14.0211 72.07

Rata-rata 72.30

Lampiran 5 Merserisasi dengan NaOH 20% 1–5 oC selama 1 jam

Lampiran 6 Delignifikasi dengan H2O2 1.5% pH 12 pada suhu 45 oC selama 14

jam

Bobot merserisasi (g) Bobot delignifikasi (g) Bobot hilang (%)

1.5311 0.8443 44.86

1.5169 0.8020 47.13

3.7595 2.1620 42.49

3.6955 2.1180 42.68

8.9981 4.6790 48.00

Rata-rata 45.03

Lampiran 7 Total bobot hilang sampel akhir dari sampel awal

Bobot sampel awal(g) Bobot delignifikasi(g) Bobot sampel akhir(%)

10.0068 0.8443 91.56

10.0060 0.8020 91.98

20.5323 2.1620 89.47

20.6604 2.1180 89.74

50.2122 4.6790 90.68

Rata-rata 90.69

Bobot bebas-pati (g) Bobot merserisasi (g) Bobot hilang (%)

2.7335 1.5311 43.99

2.6455 1.5169 42.66

5.8050 3.7595 35.23

5.8957 3.6955 37.31

14.0211 8.9981 35.82

Rata-rata 39.00

Page 28: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

19

Lampiran 8 Nisbah pencangkokan, efisiensi pencangkokan, dan derajat penautan-

silangan

Ulangan 1

Kadar Nitrogen

Bobot sampel = 0.1384 g

V titran = 14.9 ml

N HCl = 0.0980 N

( ) ( )

( )

[ ( ) ( ⁄ )]

[ ( ) ( ⁄ )]

[

⁄ ]

[

⁄ ]

( )

Perendaman selama 24 jam:

Perendaman selama 48 jam:

Page 29: MODIFIKASI SELULOSA AMPAS SAGU DENGAN …repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/50045/G11baj.pdf · ABSTRAK BAYU AGUS JUMANTARA. Modifikasi Selulosa Ampas Sagu dengan Polimerisasi

20

Ulangan 2.

Kadar Nitrogen

Bobot sampel = 0.1262 g

V titran = 13.7 ml

N HCl = 0.0980 N

( ) ( )

( )

[ ( ) ( ⁄ )]

[ ( ) ( ⁄ )]

[

⁄ ]

[

⁄ ]

( )

Perendaman selama 24 jam:

Perendaman selama 48 jam: