PERBAIKAN SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT

POLIASAM LAKTAT-NANOSELULOSA MELALUI

ASETILASI

RESTY DWI ANDINIE

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Perbaikan Sifat Termal

dan Mekanik Komposit Poliasam Laktat-Nanoselulosa melalui Asetilasi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Oktober 2013

Resty Dwi Andinie NIM G44090048 

ABSTRAK

RESTY DWI ANDINIE. Perbaikan Sifat Termal dan Mekanik Komposit

Poliasam Laktat-Nanoselulosa melalui Asetilasi. Dibimbing oleh SUMINAR

SETIATI ACHMADI dan LISMAN SURYANEGARA.

Selulosa mikrofibril (MFC) memiliki serat berukuran nano, bobot molekul

tinggi, dan kristalinitas tinggi sehingga dapat dijadikan penguat serta pengisi

dalam komposit poliasam laktat (PLA). Perbedaan sifat antara PLA yang bersifat

hidrofobik dan MFC yang bersifat hidrofilik menyebabkan rendahnya

kompatibilitas dan dispersibilitas yang dihasilkan sehingga menurunkan sifat

mekanik dan termal komposit PLA. Oleh karena itu, perbaikan sifat termal dan

mekanik dilakukan dengan memodifikasi MFC menjadi MFC-asetat. Derajat

substitusi (DS) MFC-asetat yang diujikan dalam komposit PLA ini ialah 0.2, 0.5,

dan 0.8. Keberhasilan asetilasi dibuktikan dengan spektrofotometer inframerah,

yaitu berkurangnya serapan gugus -OH di sekitar 3300 cm-1

, keberadaan C=O ulur

di sekitar 1770 cm-1

, dan CO asetil di 1235 cm-1

. Kompatibilitas dan

dispersibilitas pada komposit tercapai dengan semakin meningkatnya nilai DS

asetil. Modifikasi MFC-asetat dapat menaikkan sifat termal dan mekanik

komposit PLA, yang terbaik ialah pada DS 0.5 dengan ketahanan panas yang

tinggi, suhu kristalisasi (Tcc), dan suhu leleh (Tm) rendah, berturut-turut 88 °C dan

166 °C. Sifat mekanik yang dihasilkan DS 0.5 menunjukkan regangan maksimum,

kuat tarik, dan modulus elatisitas yang lebih tinggi daripada PLA murni dan

komposit PLA/MFC, berturut-turut sebesar 1.6%, 31.3 MPa, dan 2.7 GPa.

Kata kunci: MFC-asetat, poliasam laktat, selulosa asetat, selulosa mikrofibril

ABSTRACT

RESTY DWI ANDINIE. Improvement of Thermal and Mechanical Properties of

Polylactic Acid-Nanocellulose Composites through Acetylation. Supervised by

SUMINAR SETIATI ACHMADI and LISMAN SURYANEGARA.

Microfibrillated cellulose (MFC) has nano-sized dimension, high molecular

weight, and high crystallinity that can be used as reinforcement and filler in

polylactic acid (PLA) composites. Property differences between hydrophobic PLA

and hydrophilic MFC cause low compatibility and dispersibility will decrease the

thermal and mechanical properties of the PLA composites. Therefore,

improvement of these properties should be done by modifying the MFC to MFC-

acetate. Degree of substitution (DS) of the MFC-acetate tested in the PLA

composites were 0.2, 0.5, and 0.8. The success of acetylation was evidenced by

infrared spectrophotometer: reduced absorption of -OH group at 3300 cm-1

,

existence of C=O stretching at 1770 cm-1

and C-O acetyl at 1235 cm-1

.

Compatibility and dispersibility in the composite was achieved by increasing the

DS of acetyl. The best thermal and mechanical properties was achieved by DS 0.5

with high heat resistance, low crystalization temperature (Tcc), and melting

temperature (Tm), namely 88 °C and 166 °C, respectively. Mechanical properties

of the resulting DS 0.5 showed higher maximum strain, tensile strength, and

modulus of elasticity as compared to the pure PLA and PLA/MFC composite by

1.6%, 31.3 MPa, and 2.7 GPa, respectively.

Keywords: cellulose acetate, microfibrillated cellulose, MFC-acetate, polylactic acid

PERBAIKAN SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT

POLIASAM LAKTAT- NANOSELULOSA MELALUI

ASETILASI

RESTY DWI ANDINIE

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

Judul Skripsi : Perbaikan Sifat Termal dan Mekanik Komposit Poliasam Laktat-

Nanoselulosa melalui Asetilasi

Nama : Resty Dwi Andinie

NIM : G44090048

Disetujui oleh

Prof Ir Suminar S Achmadi, PhD

Pembimbing I

Dr Lisman Suryanegara, MAgr

Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena atas berkat

rahmat dan karunia-Nya karya ilmiah yang berjudul Perbaikan Sifat Termal dan

Mekanik Komposit Nanoselulosa-Poliasam Laktat Melalui Asetilasi berhasil

diselesaikan. Penelitian dilaksanakan sejak bulan Februari sampai Agustus 2013.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Suminar Setiati Achmadi dan

Bapak Lisman Suryanegara sebagai pembimbing yang telah memberikan

dukungan materal maupun moral, bimbingan, masukan, serta motivasi yang luar

biasa hingga karya tulis ini dapat selesai dengan baik. Penghargaan juga penulis

berikan untuk kedua orang tua, Bapak dan Mamah yang juga telah memberikan

dukungan moral maupun materal serta kasih sayangnya sehingga menjadi

motivasi tersendiri bagi penulis untuk bersemangat dalam menyelesaikan karya

ilmiah ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Direktorat

Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan yang telah

memberikan Beasiswa Bantuan Mahasiswa selama masa perkuliahan penulis.

Terima kasih juga diungkapkan kepada Kakak, Adik, dan Nenek untuk semangat

dan kasih sayangnya serta terima kasih juga penulis ucapkan kepada staf di

Bagian Kimia Organik, Departemen Kimia, maupun LIPI yang telah membantu

memperlancar jalannya penelitian. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih untuk

Daniel atas dukungan dan semangatnya serta bantuannya dalam kelancaran

penelitian ini, kepada Restu, Kartika, Yuthiqa, Dilla, Reza, Selvia, Sarah, Karend,

Santi, Ajeng Herpianti, Gina, Nisfiyah, Ichsan, dan Ajeng atas dukungan serta

semangatnya.

Penelitian ini disponsori oleh Kementerian Riset dan Teknologi melalui

LIPI pada Program Kompetitif Material Maju tahun 2013 yang diraih oleh Dr

Lisman Suryanegara, MAgr.

Penulis berharap semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, Oktober 2013

Resty Dwi Andinie

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR TABEL vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

LAMPIRAN 17

PENDAHULUAN 1

METODE 3 Alat dan Bahan 3 Prosedur 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 6 Ciri MFC 6

MFC-asetat 7 Komposit PLA MFC-asetat 8 Sifat Termal 9

Sifat Mekanik 12 SIMPULAN DAN SARAN 13 DAFTAR PUSTAKA 13

2

DAFTAR GAMBAR

1 Unit selobiosa dalam rantai selulosa 1

2 Morfologi serat pulp fiber dan selulosa mikrofibril 2

3 Morfologi MFC dengan perbesaran tertentu 6

4 Film komposit hasil pencampuran 9

5 Perbandingan kurva DSC 11

6 Spesimen uji mekanik 12

DAFTAR TABEL

1 Kadar asetil dan DS MFC-asetat 7

2 Serapan FTIR MFC-asetat dengan beragam DS 8

3 Data analisis sifat termal komposit PLA/MFC-asetat 10

4 Data Sifat mekanik komposit PLA/MFC-asetat 12

DAFTAR LAMPIRAN

1 Bagan alir kerja 16

2 Penentuan kadar asetil dan DS 17

3 Hasil spektrum dan serapan FTIR 19

4 Data komposisi komposit PLA 21

5 Kurva DSC 21

6 Hasil sifat mekanik komposit 24

1

PENDAHULUAN

Poliasam laktat (PLA) dapat dijadikan sebagai bahan baku plastik karena

sifatnya yang biokompatibel, biodegradabel, dan berkelanjutan serta memiliki

sifat kekakuan dan kekuatan yang tinggi (Ishida et al. 2006). PLA memiliki

keunggulan dengan sifatnya yang menyerupai poliolefin di antaranya ialah

memiliki kekuatan yang sama seperti polistirena dan prosesnya mudah seperti

polipropilena. Oleh karena itu, PLA lebih banyak digunakan dalam industri bila

dibandingkan dengan polimer terbarukan lainnya seperti polihidroksi butirat,

polibutilena suksinat, dan polikaprolakton. Aplikasi PLA murni terbatas karena

kelemahan yang dimilikinya, seperti sifat termalnya yang rendah dengan titik

transisi kaca dan titik leleh PLA berturut-turut 55 oC dan 175

oC, bersifat regas,

dan waktu pengkristalan lambat. PLA dapat dikompositkan dengan polimer

sintetik, tetapi komposit tersebut kurang disukai karena akan menimbulkan

masalah lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan pencampuran polimer alami

sebagai penguat untuk mengatasi kelemahan PLA.

Selulosa adalah homopolisakarida linear yang terdiri atas dimer selobiosa

yang tersusun dengan unit ulangan β-1-4-D-glukopiranosa (anhidroglukosa) yang

memberikan kekuatan pada serat (Gambar 1). Ganster dan Fink (2006)

menjadikan serat selulosa sebagai penguat beberapa matriks polimer seperti

polipropilena, polietilena, PLA, elastomer polipropilena termoplastik (TPE), dan

high impact polystyrene (HIPS). Hasilnya menunjukkan bahwa serat selulosa

dapat menaikkan kekuatan dan kekakuan serta sifat termal pada matriks polimer.

Gambar 1 Unit selobiosa dalam rantai selulosa

Seiring dengan perkembangan teknologi, serat biomaterial yang digunakan

saat ini berukuran nano. Bionanomaterial seperti selulosa mikrofibril (MFC)

memiliki sifat fisik dan mekanik yang baik seperti nisbah permukaan:volume serat

selulosa yang lebih besar, modulus elastisitas (MOE) yang tinggi (Siro dan

Plackett 2010), dan kristalinitas yang tinggi (Czaja et al. 2004). Oleh karena itu,

MFC berpotensi untuk dijadikan penguat dan pengisi pada matriks polimer seperti

PLA. MFC merupakan material baru yang dapat dijadikan penguat pada polimer

(Suryanegara et al. 2009) dengan MOE dan kuat tarik yang jauh lebih baik

daripada serat biasa. MFC dapat diperoleh baik dengan cara kimia (Bondeson et

al. 2006), fisik (Takahashi et al. 2005), maupun proses hayati (Pakko et al. 2007).

MFC berasal dari pulp yang diperoleh dengan cara mekanik melalui proses

penyulingan dan penghomogenan sampai ukurannya berskala nano dengan

dimensi kurang dari 100 nm (Gambar 2). Penguatan oleh serat nanoselulosa

n

2

diakui lebih efektif karena interaksi yang dihasilkan membuat jaringan perkolasi

yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen (Angles dan Dufresne 2001).

(a) (b)

Gambar 2 Morfologi serat pulp fiber (a), selulosa mikrofibril (b) (Iwatake 2008)

Kelemahan sifat termal dan mekanik PLA dapat diatasi dengan

menambahkan MFC sebagai penguat. Pemanfaatan PLA yang diperkuat dengan

serat tumbuhan telah diaplikasikan di industri otomotif dan elektronik (Mohanty

et al. 2002; Bogoeva et al. 2007). MFC yang ditambahkan pada komposit PLA

mengubah sifat mekanik dan sifat termalnya. Beberapa peneliti seperti Iwatake et

al. (2008), Nakagaito et al. (2009), dan Suryanegara et al. (2009, 2010) telah

menambahkan MFC sebagai penguat di dalam matriks PLA dan dihasilkan

perubahan sifat termal dan mekanik yang lebih baik. MFC juga telah dibuktikan

dapat dijadikan sebagai nucleating agent dengan waktu pengkristalan komposit

yang lebih cepat dibandingkan dengan PLA murni. Namun, MFC bersifat

hidrofilik sehingga sulit terdispersi di dalam matriks PLA yang bersifat hidrofobik

sehingga kompatibilitas antara MFC dan PLA sangat lemah. Penambahan

pemlastis, pengemulsi, dan modifikasi permukaan dilaporkan dapat mengubah

kompatibilitas dalam komposit PLA meskipun dapat menurunkan stabilitas termal

dari komposit PLA (Ljungberg 2002).

Modifikasi permukaan pada serat selulosa dilaporkan dapat mengubah

kompatibilitas antara matriks PLA dan serat selulosa dengan hasil yang lebih baik,

di antaranya dengan esterifikasi, perlakuan alkali, perlakuan oksidasi, dan

sianoetilasi. Ifuku et al. (2007) telah mengompositkan nanoselulosa asetat dan

akrilat sebagai matriks dan menghasilkan nilai DS optimum dengan sifat terbaik.

Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan modifikasi MFC menjadi

turunannya untuk mengatasi kelemahan antara komposit PLA dan MFC dengan

cara asetilasi parsial. Hasil modifikasi ialah MFC-asetat parsial dengan berbagai

derajat substitusi (DS) yang akan memengaruhi sifat kepolarannya. Derajat

substitusi pada MFC-asetat diragamkan untuk memperoleh hidrofobisitas

maksimum dalam meningkatkan dispersibilitas antara MFC dan PLA guna

memperoleh sifat termal dan mekanik komposit selulosa-PLA yang lebih baik.

3

METODE

Alur kerja penelitian (Lampiran 1) ialah sebagai berikut. MFC dengan kadar

air 75% dimodifikasi menjadi MFC asetat dengan reaksi asetilasi melalui 3

tahapan, yaitu aktivasi, asetilasi, dan purifikasi. Kondisi asetilasi diragamkan

untuk mendapatkan DS yang berbeda. Keberhasilan modifikasi selanjutnya

dievaluasi secara kuantitatif dengan menghitung DS dan secara kualitatif

berdasarkan analisis gugus fungsi. Hasil MFC yang telah dimodifikasi selanjutnya

dikompositkan dengan PLA dengan bantuan pelarut diklorometana. Film

komposit yang dihasilkan kemudian dihomogenkan dengan proses peramasan

(kneading), lalu dikempa panas. Selanjutnya spesimen diujikan sifat termal dan

mekaniknya.

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain kneader rheumix,

ultra-turrax IKA®

T25 digital, rotor IKA® EUROSTAR, spektrofotometer

inframerah transformasi Fourier (FTIR), kalorimetri pemayaran diferensial (DSC),

mikroskop elektron pemayaran(SEM), dan universal testing machine (UTM).

Bahan yang digunakan ialah resin PLA semikristalin Lacea H-400 dengan

BM 200 000 yang diperoleh dari Mitsui Chemicals Inc. Nanoselulosa yang

digunakan ialah Celish KY-100G yang diproduksi oleh Daicel Chemical

Industries, Ltd, Jepang dengan kandungan 10% serat dalam air.

Prosedur

Kadar Air [AOAC 925.09B (2005)]

Cawan petri yang digunakan untuk penetapan kadar air dimasukkan ke

dalam oven terlebih dahulu selama 2 jam dengan suhu (105±3) oC, kemudian

didinginkan dalam desikator. Setelah itu, cawan petri ditimbang (W1) kemudian

sampel ditimbang ke dalamnya sebanyak ±0.1 g (W2), lalu dimasukkan ke dalam

oven selama 24 jam dengan suhu (105±3) o

C. Setelah 24 jam, cawan dan sampel

dikeluarkan dan didinginkan dalam deksikator kemudian ditimbang (W3) sampai

bobot tetap.

Kadar air = * (

)+

Keterangan: W1 = bobot cawan petri (g)

W2 = bobot sampel (g)

W3 = bobot cawan + sampel hasil pengeringan (g)

Asetilasi Serat MFC dengan DS Beragam (Modifikasi Ifuku et al. 2007)

Selulosa asetat dibuat dengan reaksi esterifikasi. Volume yang berbeda

digunakan untuk menghasilkan DS yang berbeda. DS yang diharapkan ialah 0.2,

0.5, dan 0.8. Sebanyak 27 g MFC (dengan kadar air 75%) dimasukkan ke dalam

4

erlenmeyer 500 mL kemudian ditambahkan aseton untuk mengurangi kandungan

air. Sebanyak 150, 160, dan 170 mL aseton ditambahkan dan diaduk dengan

pengaduk magnetik selama 20 menit, selanjutnya campuran disaring dengan

penyaring vakum. Tahap penghilangan air secara difusi dilakukan dengan

menambahkan asam asetat glasial sebanyak 150, 160, dan 170 mL yang kemudian

diaduk dengan pengaduk magnetik selama 30 menit dan selanjutnya disaring

kembali dengan penyaring vakum. Tahap berikutnya ialah asetilasi pada serat

MFC. Serat MFC direaksikan dengan anhidrida asetat dengan cara direndam 2, 3,

dan 4 jam dalam volume 120, 140, dan 160 mL untuk memperoleh DS berturut-

turut 0.2, 0.5, dan 0.8. Setelah reaksi, campuran dipurifikasi dengan menggunakan

akuades hingga selulosa asetat memiliki pH netral.

Kadar Asetil dan Derajat Asetilasi (Modifikasi ASTM 1991)

Sebanyak ±1 g MFC-asetat ditimbang dan dimasukkan ke dalam erlenmeyer

250 mL kemudian ditambahkan 40 mL etanol 75%. Setelah itu, larutan sampel

dipanaskan dalam penangas air selama 30 menit dengan suhu 55±3 oC. Larutan

sampel yang telah dipanaskan kemudian ditambahkan 40 mL NaOH 0.5 N secara

teliti menggunakan buret dan kembali dipanaskan selama 15 menit. Larutan

sampel lalu ditutup dengan kertas alumnium dan didiamkan selama 72 jam,

selanjutnya dititrasi dengan HCl 0.5 N dengan menambahkan 1 mL titran lagi

setelah titik akhir titrasi. Titrasi dilakukan dengan indikator fenolftalein:

perubahan warna yang terjadi ialah dari merah muda menjadi tidak berwarna.

Larutan sampel kemudian didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar untuk

menarik NaOH yang berdifusi ke dalam selulosa teregenerasi, selanjutnya dititrasi

dengan NaOH 0.5 N menggunakan indikator fenolftalein dengan perubahan warna

dari tidak berwarna menjadi merah muda. Hal yang sama juga dilakukan pada

pengukuran blangko, tetapi sampel yang digunakan ialah MFC murni. Kadar

asetil selulosa asetat dapat dihitung dari persamaan sebagai berikut:

Keterangan: A = mL NaOH untuk titrasi sampel

B = mL NaOH untuk titrasi blangko

Nb = normalitas NaOH (N)

C = mL HCl untuk titrasi sampel

D = mL HCl untuk titrasi blangko

Na = normalitas HCl (N)

M = kadar air (%) selulosa asetat

W = gram sampel selulosa asetat

5

Pencampuran MFC dengan PLA (Suryanegara et al. 2011)

Residu air yang berada dalam MFC-asetat digantikan berturut-turut dengan

pelarut seperti etanol, aseton, dan diklorometana. MFC-asetat ditimbang sebanyak

5 g bobot kering kemudian dicampurkan ke dalam 600 mL etanol, dan diaduk

dengan pengaduk ultra-turrax selama 15 menit, endapan MFC-asetat disaring

dengan penyaring vakum (diulang 4 kali), kemudian dicampurkan kembali ke

dalam 400 mL aseton. Campuran diaduk selama 15 menit dengan menggunakan

ultra-turrax dan disaring vakum (diulang 3 kali). Terakhir, endapan MFC-asetat

dicampurkan kembali ke dalam 400 mL diklorometana dan diaduk selama 15

menit kemudian disaring vakum (2 kali ulangan). Endapan MFC-asetat dalam

suspensi diklorometana selanjutnya ditambah 45 g pelet PLA yang telah

dilarutkan dalam 400 mL diklorometana. Campuran komposit tersebut diaduk lagi

selama 1 jam, lalu ditebarkan di atas nampan dan dibiarkan menguap pada suhu

ruang dalam lemari asam selama 12 jam. Setelah itu, komposit dikeringkan dalam

oven dengan suhu 50 oC selama 12 jam dan dikering-vakumkan pada suhu 55

oC

selama 24 jam.

Pengamatan Morfologi Permukaan

Morfologi serat MFC diamati menggunakan SEM di Puslitbang Kehutanan,

Gunung Batu, Bogor. Sampel dipreparasi terlebih dahulu dengan mendispersikan

MFC ke dalam air, kemudian serat yang terdispersi diteteskan di atas tube yang

telah diberi perekat. Serat tersebut dikeringkan pada suhu 105 °C selama 24 jam,

lalu dilapisi dengan emas dan diamati di Laboratorium Zoologi LIPI, Cibinong.

Pengujian Sifat Termal

Sifat termal PLA dan kompositnya diuji dengan mengunakan DSC di AKA,

Bogor. Pengukuran DSC dilakukan pada kisaran suhu 27–200 °C dengan bobot

sampel ±5 mg. Sifat-sifat termal, yaitu suhu transisi kaca (Tg), suhu kristalisasi

(Tcc), dan suhu leleh (Tm).

Pengujian Sifat Fisik dan Mekanik

Sifat mekanik PLA dan kompositnya diuji dengan alat universal testing

machine (UTM) di Laboratorium Biomaterial LIPI, Cibinong. Sampel PLA dan

kompositnya dipotong menjadi beberapa spesimen dengan ukuran panjang 60

mm, lebar 5 mm, dan tebal 1 mm. Informasi tentang sifat mekanik yang diperoleh

dari pengujian ini adalah regangan maksimum (%), kuat tarik (MPa), dan modulus

elastisitas (GPa), yang semua hasilnya ditunjukkan dengan nilai rata-rata dari 3

kali pengukuran.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Ciri MFC

MFC memiliki luas permukaan serat yang jauh lebih besar daripada serat

biasa. Ukuran serat MFC dapat diamati pada hasil SEM dengan perbesaran 1000×

dan 5000×. Gambar 3a menunjukkan perbesaran MFC 1000× yang menghasilkan

skala 10 µm sehingga dimungkinkan terdapat serat-serat berdiameter kurang dari

10 µm. Dengan perbesaran 5000× (Gambar 3b) terlihat serat MFC dengan skala 1

µm sehingga dimungkinkan terdapat diameter serat kurang dari 1 µm. SEM dapat

mengukur perbesaran sampai 100 000× sehingga dimungkinkan adanya diameter

serat yang mencapai ukuran nano bila dilihat dengan perbesaran lebih dari 5000×.

Oleh karena itu, MFC dapat dikatakan sebagai serat nanoselulosa yang terdiri atas

ukuran mikro maupun nano. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran

diameter serat (Zimmermann et al. 2004): semakin kecil diameter serat, semakin

tinggi nilai kuat tarik dan modulus elastisitas (MOE) yang dihasilkan. MFC yang

digunakan pada penelitian ini memiliki kandungan serat 10% (b/b) yang

tersuspensi dalam air. Air dalam MFC sangat mengganggu reaksi esterifikasi

sehingga kandungan air MFC harus diminimumkan, yaitu dengan cara fisik

melalui pemerasan. Pemerasan menghasilkan MFC dengan kandungan serat

menjadi 25% (b/b).

(a) (b)

Gambar 3 Morfologi MFC perbesaran 1000× (a), perbesaran 5000× (b)

Secara umum, MFC sebagai penguat pada matriks PLA memiliki

kompatibilitas dan dispersibilitas yang lemah dalam komposit. Hal tersebut

disebabkan oleh adhesi permukaan selulosa yang hidrofilik dan matriks polimer

yang hidrofobik sehingga dapat menghalangi serat nanoselulosa untuk terdispersi

ke dalam matriks polimer (Lu et al. 2008). Material komposit sangat dipengaruhi

oleh kompatibilitas pada fase-fasenya. Kompatibilitas dan dispersibilitas yang

baik dapat terjadi apabila komposit bersifat homogen. Kompatibilitas dalam

komposit polimer menggambarkan kekuatan interaksi yang terjadi di antara rantai

polimer sehingga membentuk campuran homogen atau mendekati homogen.

7

MFC-asetat

Asetilasi selulosa terdiri atas 4 tahap, yaitu aktivasi, asetilasi, hidrolisis, dan

purifikasi. Asetilasi untuk mendapatkan DS rendah dalam percobaan ini melalui 3

tahap, yaitu aktivasi, asetilasi, dan purifikasi. Tahap hidrolisis tidak diperlukan,

demikian pula katalis karena tidak perlu menghasilkan triasetil terlebih dulu

dalam reaksi. Adapun 3 faktor yang dapat memengaruhi kadar asetil dicobakan

dalam penelitian ini, yaitu proses aktivasi, lamanya waktu asetilasi, dan volume

reaktan anhidrida asetat.

Keberhasilan asetilasi dapat diuji secara kuantitatif maupun kualitatif.

Analisis kuantitatif dilakukan dengan menentukan nilai kadar asetil (Lampiran 2)

sehingga didapat nilai derajat substitusi (DS), sedangkan analisis kualitatif

dilakukan dengan melihat keberadaan gugus fungsi asetat menggunakan alat

FTIR. Kondisi reaksi asetilasi diragamkan untuk menghasilkan DS yang beragam

pada MFC-asetat (Tabel 1). Kadar asetil ditentukan melalui reaksi saponifikasi

dalam suasana basa. Reaksi basa NaOH dengan gugus asetil dalam struktur MFC

akan menghasilkan garam karboksilat. Dengan metode titrasi, jumlah gugus asetil

yang terdapat dalam setiap molekul MFC-asetat dapat ditentukan dengan

menganggap semua asetil mengalami deasetilasi atau hidrolisis. Banyaknya gugus

asetil yang terdeasetilasi sebanding dengan selisih antara jumlah basa awal yang

berlebih dan yang tersisa dalam campuran setelah reaksi. Larutan HCl digunakan

untuk menentukan jumlah NaOH yang tersisa dalam reaksi. Volume HCl dibuat

berlebih untuk memastikan tidak ada NaOH yang masih tersisa dalam campuran.

Tabel 1 Kadar asetil dan DS MFC-asetat dengan konsentrasi HCl 0.4513 N dan

NaOH 0.4645 N

Asetilasi pada serat nanoselulosa dapat meningkatkan kompatibilitas serat

nanoselulosa di dalam PLA (Lavoine et al. 2012). Target asetilasi pada serat

nanoselulosa adalah DS rendah, yaitu 0.2, 0.5, dan 0.8 karena menurut Ifuku et al.

(2007), selulosa asetat dengan DS rendah memiliki kekuatan yang baik; masuknya

gugus asetil hanya sedikit mengubah daerah kristalinitas dan ikatan hidrogen yang

ada pada rantai selulosa.

Secara kualitatif, keberhasilan modifikasi MFC-asetat dapat dibuktikan

dengan menguji keberadaan gugus fungsi menggunakan spektrofotometer FTIR.

Pengujian dilakukan pada MFC-asetat DS 0.2, 0.5, dan 0.8 serta MFC tanpa

modifikasi sebagai kontrol. Keberhasilan asetilasi pada MFC dicirikan dengan

munculnya puncak serapan yang khas pada spektrum FTIR (Lampiran 3).

Berdasarkan analisis spektrum (Tabel 2), MFC tanpa modifikasi menunjukkan

puncak serapan selulosa pada umumnya. Sementara itu, MFC termodifikasi asetat

Jenis sampel

Bobot

sampel

(g)

Kadar air

(%)

Volume

HCl (mL)

Volume

NaOH (mL)

Kadar asetil

(%) DS

MFC (blangko) 0.5056 74.17 20.80 0.60 0 0

CA1 0.5058 87.19 20.65 0.65 6.04 0.24

CA2 0.5024 86.83 20.50 0.70 11.84 0.50

CA3 0.5045 88.24 20.50 0.85 18.25 0.84

8

dengan DS 0.2, 0.5, dan 0.8 memiliki puncak serapan yang baru, yaitu C=O ulur

di sekitar 1770 cm-1

dan C-O asetil di sekitar 1238 cm-1

. Bertambahnya puncak

serapan asetilasi ini diikuti dengan menurunnya intensitas serapan -OH pada

MFC-asetat. Penurunan intensitas serapan -OH dan munculnya puncak serapan

gugus asetat yang sangat lemah disebabkan oleh rendahnya nilai DS yang

dianalisis.

Tabel 2 Serapan FTIR MFC-asetat dengan beragam DS

Tipe vibrasi Bilangan gelombang (cm

-1)

DS 0 DS 0.2 DS 0.5 DS 0.8

O-H ulur 3266 3372 3330 3331

C-H ulur 2936 2928 2928 2953

C=O ulur (asetat) - 1770 1772 1774

O-H tekuk 1650 1644 1644 1649

C-H tekuk 1375 1375 1373 1376

C-O asetil (asetat) - 1238 1234 1238

C-O ulur 1053 1061 1063 1061

Komposit PLA MFC-asetat

MFC yang telah dimodifikasi menjadi MFC-asetat selanjutnya dicampur

dengan PLA sebagai matriks. Sebagai kontrol ialah PLA murni dan MFC tanpa

modifikasi. Bahan serat alam seperti MFC dan MFC-asetat yang tersuspensi

dalam air tidak dapat bercampur secara langsung dengan PLA yang larut dalam

diklorometana. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan tingkat kepolaran. Oleh

karena itu, air yang masih terdapat dalam MFC perlahan dihilangkan dengan cara

inklusi pelarut. Serat yang akan digunakan pada pembuatan komposit harus

memiliki kadar air <1% untuk mempermudah proses pencampuran dengan

polimer dan menghasilkan produktivitas yang tinggi. Menurut Nachtigall et al.

(2007), tingkat penyerapan air yang tinggi dari serat alam dan buruknya ikatan

pada matriks polimer yang bersifat hidrofobik dapat mengakibatkan putusnya

ikatan dan menurunnya sifat mekanik komposit. Oleh karena itu, air yang masih

terkandung di dalam MFC terlebih dahulu digantikan dengan etanol, aseton, dan

selanjutnya oleh diklorometana. Hasil pencampuran komposit selanjutnya dibuat

film komposit. Komposisi yang digunakan untuk pembuatan komposit PLA dapat

dilihat pada Lampiran 4. Komposisi serat MFC dan MFC-asetat yang

ditambahkan hanya 10% dari matriks PLA. Hal tersebut dilakukan untuk menjaga

mutu komposit yang dihasilkan, karena semakin tinggi persentase serat yang

digunakan, semakin mudah material komposit untuk menyerap air yang akan

menurunkan kestabilan dimensi produk.

Film yang dihasilkan oleh PLA murni, PLA/MFC, dan PLA/MFC-asetat

dengan DS 0.2, 0.5, dan 0.8 terlihat berbeda. Perbedaan yang dihasilkan pada film

komposit dapat dilihat secara fisik (Gambar 4). Film PLA murni sebagai kontrol

terlihat transparan, sedangkan film komposit PLA/MFC menunjukkan penyebaran

serat yang tidak merata. Hasil yang ditunjukkan komposit PLA/MFC-asetat

semakin baik dengan bertambahnya nilai DS. DS yang semakin tinggi

9

menunjukkan penyebaran serat yang semakin merata pada permukaan matriks.

Pendispersian yang semakin baik disebabkan gugus OH yang tergantikan dengan

gugus asetil semakin banyak dan sifat hidrofilik MFC semakin berkurang

sehingga komposit tersebut memiliki kompatibilitas yang semakin baik.

Gambar 4 Film komposit hasil pencampuran PLA murni (a), PLA/MFC (DS=0)

(b), PLA/MFC-asetat DS 0.2 (c), PLA/MFC-asetat DS 0.5 (d),

PLA/MFC-asetat DS 0.8 (e)

Peramasan (kneading) merupakan salah satu upaya untuk membuat sampel

lebih homogen. Proses penghomogenan dilakukan pada film komposit dengan

pemanasan tertentu sesuai dengan titik leleh rata-rata sampel, yaitu 180 °C.

Komposit termoplastik dengan campuran serat alam idealnya diproses pada suhu

di bawah 200 °C. Menurut El-Shekeil et al. (2011), suhu memegang peranan yang

sangat penting. Bila suhu yang digunakan terlalu rendah, maka serat alam akan

terdistribusi secara tidak merata di dalam matriks polimer, yang berakibat pada

mutu produk yang rendah. Namun, sebaliknya jika suhu yang digunakan terlalu

tinggi, serat dan polimer akan terdegradasi secara cepat sehingga berakibat pada

turunnya kinerja produk. Hidrofobisitas dan dispersibilitas maksimum terlihat

pada komposit PLA/MFC-asetat dengan DS 0.8 (Gambar 4e).

Sifat Termal

Analisis sifat termal pada bahan polimer digunakan untuk menentukan mutu

bahan. Tanpa data termal, pemrosesan bahan akan sulit dilakukan. Sifat termal

bahan menggambarkan sifat bahan tersebut jika dikenakan perlakuan termal

(dipanaskan/didinginkan). Sifat termal pada PLA dan komposit PLA diamati

menggunakan alat DSC. Suhu sampel dan pembanding pada DSC selalu

dipertahankan tetap. Suhu yang digunakan 27–200 °C dengan dialiri gas nitrogen,

laju alir 50 mL/menit, dan kenaikan suhu yang digunakan 5 °C/menit. PLA amorf

a c b

e d

10

memiliki suhu pemanasan lebih rendah daripada kristalin. Pencirian sifat termal

menggunakan DSC menghasilkan sinyal-sinyal berupa termogram yang

menampilkan informasi seperti suhu transisi kaca (Tg), suhu kristalisasi (Tcc), dan

suhu leleh (Tm).

Suhu transisi kaca biasanya tidak memiliki transisi yang jelas antara daerah

padat dan keadaan lunak, sehingga nilai Tg pada kurva DSC (Lampiran 5)

didapatkan dari nilai onset. Berdasarkan data yang diperoleh (Tabel 3), PLA

murni memiliki Tg tertinggi (49.85 °C). Tambahan serat pada komposit PLA

(PLA/MFC) tidak mengubah suhu Tg menjadi lebih tinggi begitu juga pada

komposit serat termodifikasi (PLA/MFC-asetat). Meskipun pada DS 0.8 suhu Tg

yang dihasilkan cukup tinggi, nilainya tidak melebihi Tg pada PLA murni. Tg yang

rendah mengakibatkan semakin cepatnya suhu luar mendekati suhu Tg-nya dan

material akan berubah dari keadaan yang regas menjadi rubbery. Nilai Tg yang

rendah tersebut kurang baik untuk bidang otomotif.

Tabel 3 Data analisis sifat termal komposit PLA/MFC-asetat

Jenis sampel Suhu (°C)

Tg Tcc Tm

PLA 49.85 100.13 166.95

PLA/MFC 48.36 87.81 166.01

PLA/MFC-asetat DS 0.2 47.56 87.42 166.15

PLA/MFC-asetat DS 0.5 46.30 88.15 166.41

PLA/MFC-asetat DS 0.8 49.74 93.49 166.72

Tg yang dihasilkan oleh komposit memang lebih rendah daripada PLA

murni. Akan tetapi, bila dilihat dari kurva DSC (Gambar 5), komposit PLA

memiliki kurva yang landai saat tercapainya suhu Tg, berbeda dengan PLA murni

yang terlihat curam. Hal tersebut mengindikasikan bahwa komposit PLA/MFC

dan PLA/MFC-asetat memiliki ketahanan panas yang lebih baik dibandingkan

dengan PLA murni. Kurva yang landai cenderung lebih dapat menahan panas

yang dikenai ketika tercapainya Tg sehingga perubahan dari keadaan polimer ke

keadaan rubbery dapat diminimumkan. Ketahanan panas yang lebih baik dapat

terjadi karena tambahan serat seperti MFC dapat meningkatkan derajat

kristalinitas komposit. PLA/MFC-asetat dengan DS 0.5 memiliki ketahanan panas

yang baik (Gambar 5): nilai Tg tidak terlalu tinggi, tetapi cukup kuat untuk

mempertahankan bentuk terhadap panas yang dikenakan. Ketahanan panas yang

tinggi memungkinkan komposit ini digunakan sebagai polimer dalam komponen

otomotif.

11

Gambar 5 Perbandingan kurva DSC antara PLA, PLA/MFC, dan PLA/MFC

dengan DS 0.2, 0.5, dan 0.8

Transisi yang terjadi pada Tcc dari padat amorf ke padat kristal adalah proses

eksotermik, dan hasilnya dapat dilihat dari puncak pada kurva DSC. Hasil yang

diperoleh dari termogram DSC (Lampiran 5) terangkum pada Tabel 3. Adanya

tambahan serat MFC dan MFC-asetat pada komposit PLA membuat suhu

kristalisasi menurun. Suryanegara et al. (2009) menambahkan MFC sebagai

penguat dan sebagai nucleating agent dengan waktu pengkristalan komposit yang

lebih cepat dibandingkan dengan PLA murni. Berdasarkan hasil yang diperoleh,

peningkatan DS pada MFC-asetat membuat Tcc semakin meningkat, tetapi masih

di bawah nilai Tcc pada PLA murni. PLA/MFC-asetat pada DS 0.2 memiliki suhu

Tcc terendah (87.42 °C), nilai yang dihasilkan tidak berbeda jauh dengan suhu Tcc

yang dihasilkan pada PLA/MFC (87.81 °C) dan PLA/MFC asetat DS 0.5

(88.15 °C). Nilai Tcc yang lebih rendah daripada PLA dan PLA/MFC

mengindikasikan bahwa komposit MFC-asetat juga dapat mempercepat

kristalisasi dan sekaligus bersifat sebagai nucleating agent, bahkan dengan suhu

yang lebih rendah. Suhu yang lebih rendah dan kristalisasi yang lebih cepat sangat

dibutuhkan dalam proses produksi.

Suhu yang terus meningkat akan mencapai suhu leleh (Tm) pada sampel

tersebut dengan proses peleburan di puncak endotermik dalam kurva DSC.

Berdasarkan data pada Tabel 3, nilai Tm pada PLA murni, PLA/MFC, dan

PLA/MFC-asetat tidak menunjukkan perbedaan yang nyata. Semua sampel

memiliki Tm sekitar 166–167 C. Nilai Tm yang rendah menyatakan bahwa

penambahan penguat seperti serat dapat mempercepat proses produksi yang

menggunakan komposit PLA.

0 50 100 150 200 250

mW

PLA

PLA/MFC

PLA/MFC DS 0.2

PLA/MFC DS 0.5

PLA/MFC DS 0.8

Suhu (°C)

12

Sifat Mekanik

Sifat mekanik pada komposit PLA dan PLA murni yang dihasilkan diuji

menggunakan UTM yang menghasilkan data kuat tarik, MOE, dan regangan

maksimum. Spesimen yang diujikan dikempa panas terlebih dahulu dan dibentuk

film dengan ukuran panjang 60 mm, lebar 5 mm, dan tebal 1 mm yang dapat

dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Spesimen uji mekanik

Regangan maksimum, kuat tarik, dan MOE merupakan hubungan tegangan-

regangan dan termasuk jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran

yang terjadi saat material diberi gaya. Berdasarkan hasil yang diperoleh (Tabel 4),

sifat mekanik komposit PLA/MFC dan PLA/MFC-asetat lebih baik bila

dibandingkan dengan PLA murni. Hal tersebut dapat terjadi karena tambahan

bahan penguat MFC yang akan menambah kekuatan mekanik suatu komposit.

Suryanegara et al. (2009; 2010) melaporkan bahwa tambahan MFC sebagai

penguat di dalam matriks PLA menghasilkan sifat termal dan mekanik yang lebih

baik daripada PLA murni. Tambahan MFC hasil modifikasi dengan kompatibilitas

yang baik pada matriks PLA menambah kekuatan mekanik komposit yang

dihasilkan. Sifat mekanik ditampilkan dalam hubungan kurva tegangan-regangan

yang dapat dilihat pada Lampiran 6a.

Tabel 4 Data sifat mekanik komposit PLA/MFC-asetat

Kekuatan mekanik yang dihasilkan komposit PLA/MFC-asetat semakin

bertambah dari DS 0.2 sampai DS 0.5 dan menurun pada DS 0.8. Hal tersebut

mengindikasikan terdapat nilai maksimum pada MFC-asetat dalam komposit

PLA, yaitu pada DS 0.5. Penurunan kekuatan mekanik pada DS 0.8 terjadi karena

ikatan hidrogen dan daerah kristalisasi yang terganggu pada struktur MFC akibat

adanya substitusi gugus asetil. Nilai MOE yang semakin meningkat baik pada

komposit PLA/MFC maupun PLA/MFC-asetat membuat sifat getas dari komposit

PLA semakin menurun. Modulus elastisitas yang semakin tinggi juga dapat

Sampel Regangan

maksimum (%)

Kuat tarik

(MPa)

Modulus

elastisitas (GPa)

PLA 1.12 ± 0.16 14.93 ± 0.51 1.69 ± 0.24

PLA/MFC 1.32 ± 0.34 18.56 ± 1.73 2.11 ± 0.16

PLA/CA DS 0.2 1.18 ± 0.28 21.54 ± 0.85 2.25 ± 0.40

PLA/CA DS 0.5 1.55 ± 0.12 31.29 ± 1.36 2.74 ± 0.08

PLA/CA DS 0.8 0.90 ± 0.19 16.31 ± 4.29 2.26 ± 0.32

13

menggambarkan kuat tarik suatu bahan, tetapi tidak selalu memberikan hubungan

yang berbanding lurus. Perbandingan sifat mekanik berbagai sampel yang lebih

jelas dapat dilihat pada Lampiran 6b.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

MFC telah berhasil dimodifikasi menjadi MFC-asetat dengan DS 0.2, 0.5,

dan 0.8. Keberhasilan modifikasi MFC-asetat juga dicirikan dengan munculnya

puncak serapan gugus C=O (1770 cm-1

) dan C-O asetil (1238 cm-1

). Komposit

PLA/MFC-asetat menunjukkan penyebaran pada permukaan matriks yang lebih

baik dibandingkan dengan PLA dan PLA/MFC. DS asetil yang semakin

meningkat memberikan kompatibilitas dan dispersibilitas yang lebih baik pada

komposit. Modifikasi MFC-asetat dengan kompatibilitas yang baik dapat

meningkatkan sifat termal dan mekanik dari komposit PLA. MFC-asetat dengan

DS 0.2, 0.5, dan 0.8 pada komposit memberikan nilai DS maksimum 0.5 yang

dapat menaikkan sifat termal dan mekanik. Asetilasi dengan DS 0.5 memiliki

ketahanan panas komposit yang terbaik, memiliki nilai Tc serta Tm yang rendah,

dan memberikan nilai kekuatan mekanik yang terbaik.

Saran

DS yang optimum akan lebih terlihat jelas apabila rentang DS lebih

dipersempit. Sebaiknya setiap pengujian diulang sedikitnya 3 kali. Pengujian

termal dan mekanik mungkin dapat menghasilkan data yang lebih baik bila

menggunakan analisis yang dapat menampilkan informasi lebih terperinci seperti

data dynamic mechanical analysis dan thermal mechanical analysis.

DAFTAR PUSTAKA

[AOAC] Association of Official Analytical Chemists. 2005. AOAC 925.09B:

Official Methods of Analysis of Association of Official Analytical Chemistry

International. Maryland (US): AOAC Int.

[ASTM] American Society for Testing and Material. 1991. ASTM D871:

Standard Methods of Testing Cellulose Acetate. Philadelphia (US): ASTM.

Angles MN, Dufresne A. 2001. Plasticized starch/tunicin whiskers nanocomposite

materials 2. Mechanical behavior. Macromolecules. 34(9):2921–2931. doi:

10.1021/ma001555h.

Bogoeva GG, Avella M, Malinconico M, Buzarovska A, Grozdanov A, Gentile G,

Errico ME. 2007. Natural fiber ecomposites. Polym Compos. 28(1):98-107.

doi: 10.1002/pc.20270.

14

Bondeson D, Mathew A, Oksman K. 2006. Optimization of the isolation of

nanocrystals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis. Cellulose.

13(2):171-180. doi: 10.1007/s10570-006-9061-4.

Czaja W, Romanovicz D, Brown RM. 2004. Structural investigations of microbial

cellulose produces in sattionary and agitated culture. Cellulose. 11(3-4):403-

411. doi: 10.1023/B:CELL.0000046412.11983.61.

El-Shekeil YA, Sapuan SM, Zainudin ES, Khalina A. 2011. Optimizing

processing parameters and fiber size for kenaf fiber reinforced thermoplastic

polyurethane composite. Key Eng Mat. 471-472:297-302. doi:

10.4028/www.scientific.net/KEM.471-472.297.

Ganster J, Fink H-P. 2006. Novel cellulose fibre reinforced thermoplastic

materials. Cellulose. 13(3):271-280. doi: 10.1007/s10570-005-9045-9.

Ifuku S, Nogi M, Abe K, Handa K, Nakatsubo F, Yano H. 2007. Surface

modification of bacterial cellulose nanofibers for property enhancement of

optically transparent composites: dependence on acetyl-group DS.

Biomacromolecules. 8(6):1973-1978. doi: 10.1021/bm070113b.

Ishida N, Saitoh S, Ohnishi T, Tokuhiro K, Nagamori E, Kitamoto K, Takahashi

H. 2006. Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for efficient

production of pure L-(+)-lactic acid. Appl Biochem Biotechnol. 131(1-

3):795-807. doi: 10.1385/ABAB:131:1:795.

Iwatake A, Nogi M, Yano H. 2008. Cellulose nanofiber-reinforced polylactic acid.

Compos Sci Technol. 68(9):2103-2106. doi: 10.1016/j.carbpol.2010.07.026.

Lavoine N, Desloges I, Dufresne A, Bras J. 2012. Microfibrillated cellulose – Its

barrier properties and applications in cellulosic materials: a review.

Carbohydr Polym. 90(2):735-764. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.05.026.

Lu J, Askeland P, and Drzal LT. 2008. Surface modification of microfibrillated

cellulose for epoxy composite applications. Polymer. 49:1285-1296. doi:

10.1016/j.polymer.2008.01.028.

Ljungberg N, Wessle´n B. 2002. The effects of plasticizers on the dynamic

mechanical and thermal properties of poly(lactic acid). J Appl Polym Sci.

86(5):1227-1234.doi:10.1002/app.11077.

Mohanty A, Misra M, Drzal L. 2002. Sustainable bio-composites from renewable

resources: opportunities and challenges in the green materials world. J

Polym Environ. 10(1):19-26. doi:10.1023/a:1021013921916.

Nachtigall PE, Mooney TA, Taylor KA, Yuen MM. 2007. Hearing and auditory

evoked potential methods applied to odontocete cetaceans. Aquatic

Mammals. 33(1):6-13. doi: 10.1578/AM.33.1.2007.6.

Nakagaito AN, Fujimura A, Sakai T, Hama Y, Yano H. 2009. Production of

microfibrillated cellulose (MFC)-reinforced polylactic acid (PLA)

nanocomposites from sheets obtained by a papermaking-like process.

Compos Sci Technol. 69(7-8):1293-1297. doi: 10.1016/j.compscitech.

2009.03.004.

Pakko M, Ankerfors M, Kosonen H, Nykanen A, Ahola S, Osterberg M,

Ruokolainen J, Laine J, Larsson PT, Ikkala O et al. 2007. Enzymatic

hydrolisis combined with mechanical shearing and high-pressure

homogenization for nanoscale cellulose fibrils and strong gels.

Biomacromolecules. 8(6):1934-1941. doi: 10.1021/om061215p.

15

Siro I, Plackett D. 2010. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite

materials: a review. Cellulose. 17(3):459-494. doi: 10.1007/s10570-010-

9405-y.

Suryanegara L, Nakagaito AN, Yano H. 2009. The effect of crystallization of

PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulose-

reinforced PLA composites. Compos Sci Technol. 69(7-8):1187–1192. doi:

10.1016/j.compscitech.2009.02.022.

Suryanegara L, Norio NA, Yano H. 2010. Thermo-mechanical properties of

microfibrillated cellulose-reinforced partially crystallized PLA composites.

Cellulose.17(4):771-778. doi: 10.1007/s10570-010-9419-5.

Suryanegara S, Okumura H, Nakagaito AN, Yano H. 2011. The synergetic effect

of phenylphosphonic acid zinc and microfibrillated cellulose on the

injection molding cycle time of PLA composites. Cellulose. 17(4):771-778.

doi: 10.1007/s10570-011-9515-1.

Takahashi N, Okubo K, Fujii T. 2005. Development of green composite using

microfibrillated cellulose extracted from bamboo. Bamboo J. 22:81-92. doi:

10.2495/HPSM040411.

Zimmermann T, Pohler E, Geiger T. 2004. Cellulose fibrils for polymer

reinforcement. Adv Eng Mat. 6(9):754-761. doi: 10.1002/adem.20040097.

16

Lampiran 1 Bagan alir kerja

Komposit PLA/MFC-

asetat

Pencampuran PLA

Peramasa

n

Film komposit

Hot

DSC UT

M

MFC

MFC-asetat

Asetilas

i

FTIR

Penentu

an DS

SEM

17

Lampiran 2 Penentuan kadar asetil dan DS

Lampiran 2a Kadar air sampel

Sampel Bobot cawan

(g)

Bobot

sampel (g)

Bobot Cawan +

Sampel (g)

Kadar air

(%)

MFC 47.9033 1.0092 48.1640

74.1

7

MFC asetat DS 0.2 21.3321 0.1116 21.3464

87.1

9

MFC asetat DS 0.5 35.1903 0.0676 35.1992

86.8

3

MFC asetat DS 0.8 41.8706 0.3265 41.9090

88.2

4

Contoh perhitungan (kadar air MFC)

* (

)+

* (

)+

Standardisasi HCl

Konsentrasi Boraks

Bobot boraks = 2.8613 g

Lampiran 2b Data konsentrasi HCl

Ulangan Konsentrasi

boraks (N)

Volume HCl (mL) Volume Boraks

(mL)

Konsentrasi

HCl (N) V. awal V. akhir V. terpakai

1 0.3001

0 6.60 6.60 10

0.4547

2 6.60 13.30 6.70 0.4479

Rerata 0.4513

Contoh Perhitungan :

Konsentrasi HCl (Ulangan 1)

V1 × N1 = V2 × N2

10 × 0.3001 = 6.6 × N2

N2 = 0.4547

Konsentrasi asam oksalat

Bobot asam oksalat = 1.9030 g

18

Lampiran 2c Data konsentrasi NaOH

Ulangan Konsentrasi

boraks (N)

Volume NaOH (mL) Volume

A.Oksalat (mL)

Konsentrasi

NaOH (N) V. awal V. akhir V. terpakai

1 0.3019

0.00 6.50 6.50 10.00

0.4645

2 6.50 13.00 6.50 0.4645

Rerata 0.4645

Contoh Perhitungan :

Konsentrasi NaOH (Ulangan 1)

V1 × N1 = V2 × N2

10 × 0.3019 = 6.5 × N2

N2 = 0.4645

Lampiran 2d Data kadar asetil dan DS sampel

Jenis

Sampel

Bobot Sampel

(g)

Kadar

Air (%)

Volume HCl

(mL)

Konsentrasi

HCl (N)

Volume

NaOH (mL)

Konsentrasi

NaOH (N)

Kadar

Asetil (%) DS

Blangko 0.5056 - 20.80

0.4513

0.60

0.4645

- -

CA1 0.5058 87.1864 20.65 0.65 6.04 0.24

CA2 0.5024 86.8343 20.50 0.70 11.84 0.50

CA3 0.5045 88.2389 20.50 0.85 18.25 0.84

Contoh perhitungan:

Kadar asetil CA1 (DS 0.2)

Derajat Substitusi (DS) CA1 (DS 0.2)

19

Lampiran 3 Hasil spektrum dan serapan FTIR

Spektrum FTIR MFC

Spektrum MFC asetat DS 0.2

20

Spektrum FTIR MFC asetat DS 0.5

Spektrum FTIR MFC asetat DS 0.8

21

Lampiran 4 Data komposisi komposit PLA

Sampel Kadar

air (%)

Bobot Serat (g) Bobot PLA

(g)

Bobot

komposit (g) Basah Kering

PLA - - - 50.00 50.0000

PLA/MFC 90,00 52.53 5.2530 45.01 50.2630

PLA/MFC asetat DS 0.2 87.19 40.99 5.2508 45.02 50.2708

PLA/MFC asetat DS 0.5 86.83 39.86 5.2495 45.02 50.2695

PLA/MFC asetat DS 0.8 88.24 44.65 5.2508 45.01 50.2608

Lampiran 5 Kurva DSC

Kurva PLA murni

Suhu (°C)

22

Kurva PLA/MFC

Kurva PLA/MFC asetat DS 0.2

Suhu (°C)

Suhu (°C)

23

Kurva PLA/MFC asetat DS 0.5

Kurva PLA/MFC asetat DS 0.8

Suhu (°C)

Suhu (°C)

24

Lampiran 6 Sifat mekanik komposit

Lampiran 6a Kurva hubungan Tegangan-regangan (stress-strain)

PLA murni PLA/MFC

PLA/MFC asetat DS 0.2 PLA/MFC asetat DS 0.5

25

PLA/MFC asetat DS 0.8

26

Lampiran 6b Diagram batang perbandingan sifat mekanik PLA dan komposit PLA

(a) Kuat tarik

(b) Regangan maksimum

(c) Modulus elastisitas

0

5

10

15

20

25

30

35

PLA H-400 PLA/MFC PLA/CA 1 PLA/CA 2 PLA/CA 3

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

PLA H-400 PLA/MFC PLA/CA 1 PLA/CA 2 PLA/CA 3

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

PLA H-400 PLA/MFC PLA/CA 1 PLA/CA 2 PLA/CA 3

GPa

%

% MPa

27

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 24 Maret 1991 dari Ayah

Andy Wijaya dan Ibu Winny Aminti. Penulis merupakan anak kedua dari 3

bersaudara. Penulis menyelesaikan sekolah di SMA Kornita Bogor pada tahun

2009. Pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui

jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada Program Studi Kimia, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Selama mengikuti masa perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten

praktikum mata kuliah Kimia Organik pada tahun 2013. Penulis juga mengikuti

kegiatan praktik lapangan di PT Pradja Pharin (Prafa) dari bulan Juli sampai

Agustus 2012.