3 Percobaan
3.1 Tahapan Penelitian Secara Umum Tahapan penelitian secara umum dapat dilihat pada diagram alir berikut :
Gambar 3. 1 Diagram alir tahapan penelitian secara umum 17
Penelitian ini dibagi menjadi empat tahapan utama,yaitu : 1. Sintesis, pemurnian, dan nitrasi polistiren 2. Isolasi kitin dari kulit udang, kemudian ditransformasi menjadi kitosan. 3. Pembuatan poliblend antara polistiren dan kitosan dengan polistiren nitrasi sebagai mediator. 4. Karakterisasi poliblend, antara lain analisis gugus fungsi, analisis kristalinitas, analisis termal, analisis sifat mekanik, dan analisis permukaan.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat 1. Pada tahap sintesis, pemurnian, dan nitrasi polistiren digunakan peralatan gelas standar dan peralatan untuk polimerisasi. Peralatan-peralatan ini berada di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia. Peralatan gelas standar, antara lain : gelas kimia, gelas ukur, batang pengaduk, pipet tetes, cawan petri, labu isap, corong Buchner. Peralatan yang digunakan untuk polimerisasi dan pemurnian polistiren yaitu neraca analitis Denver Instrument Company untuk penimbangan sampel; reaktor polimerisasi, oil bath, magnetic stirrer,dan pengaduk magnetik berpemanas Heater Thermolyne; oven vakum merk VWR Scientific Product 1400E sebagai tempat pengeringan polimer. 2. Pada tahap isolasi kitin dan transformasi kitin menjadi kitosan, digunakan peralatan gelas standar, blender untuk menghaluskan kulit udang, pengaduk magnetik berpemanas, dan soxhlet untuk penghilangan warna kitin. 3. Pembuatan poliblend dilakukan dengan menggunakan alat Hot Press Model C dan Glossy Plate serta plastik OHP sebagai pelapis glossy plate. 4. Analisis gugus fungsi dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer FTIR Perkin Elmer 1600 dan FTIR 501 Shimadzu. Karakterisasi ini dilakukan di Laboratorium Kimia Organik Bahan Alam dan Laboratorium Kimia Analitik, Program Studi KimiaITB. 5. Analisis sifat mekanik dan analisis permukaan dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Material. Untuk analisis sifat mekanik digunakan alat autograph AGS-500D Shimadzu, dan untuk analisis permukaan digunakan mikroskop optik Nikon Optophot 100.
18
6. Untuk penentuan derajat kristalinitas polimer digunakan alat X-Ray Diffraction (XRD) Philips PW1835 Difractometer, yang berada di Laboratorium Difraksi Sinar-X Program Studi Teknik Pertambangan ITB. 7. Analisis termal polimer dilakukan dengan menggunakan alat Differential Thermal Analysis (DTA)/Thermo Gravimetry Analysis (TGA), yang berada di Laboratorium Uji Polimer, Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)Bandung.
3.2.2 Bahan 1. Pada tahap sintesis, pemurnian, dan nitrasi polistiren digunakan bahan-bahan sebagai berikut: a. Stiren sebagai monomer b. Benzoil peroksida sebagai inisiator; c. Nitrogen cair untuk proses pendinginan (degassing); d. Kloroform teknis sebagai pelarut e. Methanol teknis untuk pengendapan polistiren f. Asam nitrat pekat (HNO3), asam sulfat pekat (H2SO4), dan aquades untuk nitrasi polistiren
2. Pada tahap isolasi kitin dan transformasi menjadi kitosan, digunakan bahan-bahan: a. Limbah kulit udang, yang diperoleh dari Hypermart Bandung Indah Plaza, Bandung. b. Larutan HCl 1M, NaOH 3,5%, aseton, aquades untuk proses isolasi kitin. c. Larutan NaOH 50% b/v untuk tahap transformasi kitin menjadi kitosan.
3.3 Cara Kerja 3.3.1 Sintesis Polistiren Sintesis polistiren dilakukan di dalam reaktor polimerisasi. Sebanyak 15mL stiren dan 0,0632 gram benzoil peroksida dimasukkan ke dalam reaktor untuk menghasilkan polimer dengan DPn=500. Gas yang ada dalam reaktor dihilangkan (degassing) dengan cara pembekuan menggunakan nitrogen cair. Proses ini dilakukan sebanyak tiga kali. Setelah itu,
19
reaktor ditutup dan dilakukan proses polimerisasi pada suhu 80°C dalam oil bath selama 16 jam. Setelah waktu tertentu, reaktor berisi polistiren dibuka dan polistiren dilarutkan dalam kloroform teknis. Larutan tersebut kemudian diteteskan perlahan-lahan ke dalam gelas kimia berisi methanol teknis sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer ,sehingga terjadi pengendapan dari polistiren. Polistiren yang mengendap tersebut kemudian disaring menggunakan corong Buchner. Polistiren yang telah disaring tersebut, dikeringkan pada suhu ruang dan dilanjutkan pada suhu 50°C dalam oven vakum.
Gambar 3. 2 Diagram alir sintesis dan pemurnian polistiren
3.3.2 Nitrasi Polistiren Sebanyak 5 gram bubuk polistiren hasil sintesis, direndam dalam gelas kimia berisi 40 mL larutan HNO3 dan 60 mL H2SO4 p.a pekat . Perendaman dilakukan di atas pengaduk magnetik berpemanas selama 1 jam pada suhu 60°C. Setelah 1 jam, larutan dibiarkan dingin pada suhu ruang, kemudian dicuci dengan aquades sampai air bilasan jernih. Produk yang dihasilkan dikeringkan dalam oven vakum (Tokalioglu et.al, 2005)
20
3.3.3 Isolasi Kitin dari Kulit Udang Isolasi kitin dilakukan melalui tiga tahapan, yaitu penghilangan protein (deproteinasi), penghilangan mineral (demineralisasi), dan penghilangan warna. Kulit udang yang terdiri dari bagian kepala, badan, dan ekor dicuci bersih, kemudian dijemur hingga kering. Kulit udang ini kemudian dihaluskan dengan blender. Tahapan isolasi secara umum dapat dilihat pada diagram berikut :
Gambar 3. 3 Diagram alir tahapan isolasi kitin secara umum a. Tahap penghilangan protein (deproteinasi) Kulit udang yang telah berbentuk serbuk dimasukkan ke dalam gelas kimia berisi larutan NaOH 3.5% dengan perbandingan 1:10 (b/v). Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik berpemanas selama 2 jam pada suhu 65°C. Selanjutnya, campuran ini didinginkan, disaring, dicuci dengan air hingga pH 7, dan dikeringkan dalam oven bersuhu 65°C. Padatan yang diperoleh, ditimbang hingga berat konstan. b. Tahap penghilangan mineral (demineralisasi) Kulit udang yang telah dihilangkan proteinnya, dimasukkan ke dalam larutan HCl 1M dengan perbandingan 1:15 (b/v). Campuran ini diaduk dengan pengaduk magnetik selama 30 menit pada suhu kamar. Setelah itu, padatan yang diperoleh
21
disaring, dicuci dengan air hingga pH netral, dan dikeringkan dalam oven dengan suhu 65°C. c. Tahap penghilangan warna Padatan kulit udang bebas protein dan bebas mineral diekstraksi dalam pelarut aseton dengan menggunakan soxhlet. Ekstraksi dihentikan saat warna aseton telah berubah.Setelah itu, padatan dipisahkan dari aseton dengan penyaringan, dicuci dengan air, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 65°C.
3.3.4 Transformasi Kitin Menjadi Kitosan Kitin hasil isolasi direaksikan dengan larutan NaOH 50%(b/v) dengan perbandingan 1:10 (b/v). Campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnetik berpemanas pada suhu 100°C selama 4 jam. Padatan kemudian disaring, dicuci dengan air hingga pH netral, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 65°C.
3.3.5 Pembuatan Poliblend Proses blending dilakukan dengan metode pelelehan. Polistiren, polistiren ternitrasi, dan kitosan dengan komposisi yang bervariasi dicampurkan, kemudian digerus. Campuran tersebut dilelehkan dengan menggunakan alat hot press pada suhu 170°C dan tekanan 250 Kgf, masing-masing selama 5 menit sampai diperoleh film yang cukup homogen.Tahapan pengerjaan dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini :
Gambar 3. 4 Diagram alir pembentukan poliblend
22
Komposisi campuran polimer dalam pembentukan poliblend dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3. 1 Komposisi Poliblend Komposisi
PS (g)
PS ternitrasi (g)
Kitosan (g)
Polistiren (100)
1
-
-
PS: Kitosan (90:10)
0,9
-
0,1
PS :PS ternitrasi: Kitosan (85:5:10)
0,85
0,05
0,1
PS :PS ternitrasi: Kitosan (80:5:15)
0,80
0,05
0,15
PS :PS ternitrasi: Kitosan (75:5:20)
0,75
0,05
0,20
PS :PS ternitrasi: Kitosan (65:5:30)
0,65
0,05
0,30
PS :PS ternitrasi: Kitosan (55:5:40)
0,55
0,05
0,4
3.3.6 Karakterisasi Polimer a. Analisis Gugus Fungsi Sampel polimer seperti polistiren, polistiren ternitrasi, dan kitosan dibuat pelet dengan KBr, dengan perbandingan sampel : KBr = 1:9. Pelet ataupun film poliblend tipis dimasukkan ke dalam tempat sampel pada peralatan FTIR. Spektra infra merahnya direkam pada bilangan gelombang 450-4000 cm-1. b. Penentuan Derajat Deasetilasi Spektrum kitosan hasil scanning pada daerah bilangan gelombang 450-4000 cm-1 dapat digunakan untuk menentukan derajat deasetilasi. Metode yang digunakan dikenal dengan metode baseline. Pada metode ini, puncak tertinggi dicatat dan diukur dari garis dasar yang telah dipilih. Nilai absorbansi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
(3-1) Dengan : To = %transmitan pada garis dasar T = % transmitan pada puncak minimum Perbandingan antara absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm-1 (serapan gugus amida) dengan absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm-1 (serapan gugus
23
hidroksil) dapat ditentukan. Untuk derajat deasetilasi kitin yang sempurna diperoleh nilai A1655/A3450 sebesar 1,33. Perhitungan derajat deasetilasi ini, berdasarkan persamaan yang diajukan Domzy dan Robert (1985), yaitu :
% Derajat deasetilasi = {1 – [(A
1655
/A
3450
) x 1,33]} x 100% (3-2)
c. Analisis Mekanik Film poliblend dibentuk dengan ukuran yang seragam, yaitu panjang 6 cm dan lebar 0,5 cm.Uji tarik dilakukan dengan autograph dengan kecepatan tarik 1 mm/detik. d. Analisis Termal Sampel diuji dengan peralatan TG/DTA. Analisis dilakukan pada rentang suhu 30550°C dengan kecepatan pemanasan 10°C/menit. Data yang diperoleh berupa termogram yang menggambarkan sifat termal poliblend ketika dipanaskan dari suhu 30-550°C. e. Analisis Kristalinitas Penentuan derajat kristalinitas polimer dilakukan dengan alat XRD. Sampel film dibuat dalam bentuk dan ukuran sample holder pada alat XRD. Pengukuran dilakukan dari sudut 2θ sebesar 5° sampai 100°. Difraktogram yang didapat kemudian digunakan untuk membandingkan kristalinitas dari masing-masing sampel. Nilai derajat kristalinitas tiap-tiap sampel dihitung dengan persamaan :
%X = dengan I menyatakan luas puncak.
I kristalin ×100 % I kristalin + Iamorf
(3-3)
Luas puncak-puncak kristalin dan amorf
ditentukan dengan cara menimbang kertas yang memiliki bentuk dan ukuran sama dengan bentuk dan ukuran puncak-puncak kurva pada difraktogram. f.
Analisis Permukaan Sampel berupa film disimpan di atas preparat. Fokus dari mikroskop diatur agar didapatkan gambar yang tajam. Permukaan sampel difoto dengan perbesaran optik 200X.
24
