EI6ERGI
TAPIOKA KOPOLIMERISASI CANGKOK METIL METAKRILAT PADA PATI MENGGUNAKAN INISIATOR CERIC AMMONIUM NITRAT Sri WahYuMurni FakultasTeknologiIndustri Kimia, Teknik Jurusan Nasional"Veteran", mbangunan Pe itas ivers Un Indonesia,55283' Yogyakarta, Jln.SWK I 04 Condongcatur,
Abstrak cangkokantaratepung pati tapiokadenganmetil metalsilatrnenggunakan Telah dilakukankopolinrerisasi pati-metil nretakrilat/starch-graftinisiator cerric ammoniur nit*t, i'asilnyaberupar.opbtit*t'cangkok produkyang dapat ini merupakan s.intesis dari yang ditrasitkal PolinretilMetakrilat(s-g-PMM). S-g-PMM in i dapatdigunakansebagairnaterialpenggantiyang dinanfaatkansebagaipJ"v.*p'"1r, ,-.luinitu t
Katakunci:kopolimerisasicangkolgpatitapioka,metilnretakilat
*l
l. Pendahuluan bahanpolimerpada nnsa kini amat Penggunaan beragam dikarenakanpolinrer memilikj berbagai keleb'ihan.Material polinrer lebih mudah dibentuk dan diproduksidalamjumlah yang besar'Dari segi ekonomi, harga material polinrer lebih murah dibandingkan dengan rnaterial lainnya, sehingga konsumsimaterialpolimer meningkatdari tahun ke tahun. Masalah yang ditimbulkan dari penggunaan materialpolimer adalahsifatnya yang tidak dapat terurai (non dqradable), setringganBnimbulkan masalahlingkungan.Oleh karenanyaperlu altematif untuk memperolehpolimer yang nBmiliki sifat biodegradable.Polinrer ini dapat disintesis dari bahan baku produk-produkpertanian,diantaranya adalahpati. Silain benifat biodegradable,bahanini juga nrerupakan bahanyang dapatdiperbaharui Pati yang direaksikandenganmonom€rtertentu akanmenghasilkanpotinrer y ang bersifat degr adabI e' cangkok Padapenelitianini dilakukankopolimerisasi nrenggunakan pati tapioka dengan nBtil nBtakrilat inisiatorcericamoniumnitrate (CAI'I)' 2. TinjauanPustaka Kestabilan polinrcr merupakan sifat yang diinginkandalamproduksipolimer.Polimersintetis meripakan rnaterialdengan sifat kestabilantinggi
34
polinrcrsintetikdapat baik.Padaumurnnyadegradasi dilakukan secara kimiawi, ternnl dan radiatif' Dengan demikianpolimer disebut sebagai non bioiegradablenateriql. Untuk memperolehpolimer yang biodegrqdablenraka dilakukan antara lain dengan pencangkokan polimer alami - dengan potiircVmonorner tertentu untuk mendapalkansifat diuraisecaraalami' tetapidapat yangdiinginkan Kopolinrer merupakan jenis polinrcr yang penyusunnya lebih dari satu macam rnononrer' kopolimer cangkok merupakanpolimer blok non linier, yang terdiri dari satu polimer linier sebagai back bone dengan polimer lain yang bercabang darinya.Strukturkopolimercangkokdisajikanpada Gambarl. _A -A_A-A_A_ I B I B-g-gGambarl. StrukturKopolimerCrngkok Kopolimercangkokdapatdiperolehdengantiga rpnomer macammetodeyaitu: (1) Menurnbuhkan nrononrer bone, back polimer pada graft polinrer dengan suatu hadimya dengan iipolinrerisasi percabanganyang terjadi dari transfer rantai' (2)
VolumeX. Nomor 1. Juni2010
yi ng
Monomerdipolimerisasidenganhadimya polimer yang memilikigugus fungsionalreaktifatau letakmisalnyadenganradiasi. letakyangdapatdiaktifkan, polimergraft denganpolimer (3) Menggabungkan backbone.Dua polimeryang memilikigugus-gugus fungsionalreaktif direaksikanbersama.(Stevens, Pada pencangkokantransfer rantai, 200l) diperlukantiga komponenuntuk berlangsungnya yaitu polimer,monomerdan inisiator. pencangkokan Fungsi inisiator adalah untuk mempolimerisasi monomersehinggamembanturadikal, ion atau komplek koordinasipolimerikyang kemudianbias menyerangpolimer asal, atau bereaksi dengan spesiesinisiatordi polimerasalsehinggarnembentuk yang menginisiasi atas kerangka polimer, campuftIn Biasanya polimerisasi monorrcr. dengan i bersamaan terjad mopolimer r-ho homopolime risasi cangkok, kopolime biasanyaterjadi pada letak-letak Pencangkokan yang biasa menerimareaksi-reaksitransfer,seperti yangbersebelahan denganikatan padakarbon-karbon rangkapdua dalampolidienaatau diatas karbonkarbon yang berdekatandengan gugus karbonil. (Stevens, 2001) Dalam penelitianini dilakukankopolimerisasi polimerbackbonedengan antarapatitapiokasebagai d isingkatMM (CH2=CH(CH3COO), metil metakrilat yang merupakanmonomerdengan inisiatorcerric ammoniumnitrat. Pati (starch) merupakanpolimer rantailurusdarig lukosayangterikatoleh ikatan1,4'c dan rantaibercabangdenganikatan 1,6'-crdengan polimeralami merupakau runrusumum (C6tI1eO6)s, dalamgolongankarbohidrat. yangtermasuk Molekul metil metakilatmemiliki gugus ikatan dengangugus rangkapC:C yang bersebelahan letakaktif untuk karbonilC:O. Posisiini merupakan reaki Mekanisme terjadinya pencangkokan. metil pati dengan tapioka cangkok kopolimerisasi & pemyataan Mehrota dengan metakilat analog Ranby(1977), adalahsebagaiberikut:
rda
Inisiasi:
at if. )n er in an ht
ng )r. 0n
ct{20H
*j€,,,[ t--1
s*J
TI
r ' . 1
II',
oH Le
pati (S)
kompleks CH^OH
lga Ipr lpr gan
(2)
H
*J
H l- 4+
:
4-
+ H- +ce'
oll
^4+ Le-
Propagasi: S. + MM
(3)
SMM'
(4)
SMM.+nMM'+S(MM)nMM'
Terminasi: S(MM)*MM' + SO{M\MM'
a
g6ft kopolimer
(5.
Selain terbentuk kopolimer cangkok (S-g-PMM), pada waktu yang besamaan juga terbentuk r polimetil metakrilat. honropolime akan menjadibaik jika Efisiensipencangkokan suatugugusyang menjalanidengansegeratransfer rantai segera diinkoporasike dalam kerangka polimer. Struktur polimer cangkok yang bercabang pori. polimertersebutmembentuk memungkinkan Keberadaan pori menyebabkan material dapat bersifatsebagaibahanpenyerap.Kopolinrercangkok pati tapioka dan metil metakrilatdiharapkandapat memiliki sifat dapat menyerapair dan dapatterurai alami. secara 3. Metodologi Bahan PatitapiokamerkRoseBrand,metilmetakilat,ceric HNO3 amoniumnitrate(CAN): {Ce(NHa)2}(NO3)6, dan aseton metanol 0,5N, Alat Peralatankopolimerisasimerupakanrangkaianalat pemanas,pengaduk labu lehertiga yang dilengkapi danpendinginbalik. CaraPenelitian hopolimercangltokpatitapiolta-metil Pembuatan metakrilat(S-g-PMM) Pati tapioka sebanyak8,5 g yang telah dalam 150mlair dinasukkandalamlabu dilarutkan lehertiga dan diaduksampaihomogen.Kemudian inisiatorCAN 0,25 secarabertetes-tetes ditambahkan g yang telah dilarutkandalam2,7 ml HNO3 0,5 N sambil diaduk. Suhu kemudiandinaikkansampai 30oC.Sebelumwama CAN hilang (rvamamasih kuning muda) ditambahkan metil metakilat barvariasi(8, 10, 12, 14 dan l6) ml sambilterus diadukselama90 menit.Selanjutnyaditambahkan 100 ml metanol dan diaduk selamal0 menit, kemudian dicuci dengan air dan disaring. Kopolimerisasi diulangidengan memvariasikan suhu reaki(25,30,35, 40,45)oC. Pemurnian Kopolimer Cangkok Pati TaflokaPMM (S-e-PMM) Hasil sintesismerupakancalnpuranS-g-PMM, PMM dan sisapatitapiokayangtidak hornopolimer bereaki. Sisa pati tapioka yang tidak bereaki
radikalbebas (S')
35
EKSERGI
dipisahkandengancaraekstralsidenganair, dimana pCti akan larut dalam air. Padatanyang diperoleh dikeringkan; selanjutnyapadatantersebut dielstraksi denganasetonselama24 iam. S-g-PMM tidak larut dalam aseton,sedangkanhomopolinrerPMM larut, sehinggapaddan yang tertinggaladalahS'g-PMM. Padatanyang diperolehdikeringkandan ditimbang, selanjutnyadiuji denganFTIR
i: i dengancarafermentas Uj i b iodegradas Wq = r=% xtOON Dayaurai (%o) w4 dirnana: W3: beratS-g-PMMsetelahfermentasi(g) Wa=beratS-g-PMMsebelumfernBntasi (g) Yield ditentukandari:
Analisb hasil Pengujianterhadap stuktur pati tapioka, metil metakilat dan S-g-PMMhasil sintcis menggunaka Fourier Transform Infra Red SpectrometryGTIR). Pengujiandayaserapterhadapair,sesuaipersalnaan:
vierd= r'---
=
ut'o' t a.f ,o'Y,
beral total bahan baku
4. Ilasil danPembahasan
(w " |.n'2w ^ \ rv a r i ( %=l lxl00% )_[
Kar akterisasi Struktur Karakterisasiterhadappati tapioka,nptil metakilat dan S-g-PMMA menggunakanFTIR ditunjukkan berturut-turut pada Gambar 2, 3 dan 4.
wt
r.""." dimana: C.ir: kapasitasabsorbsiair (o/o) Ws= beratS-g-PMMkering(g) i (g) Wz: beratairteradsorbs
4
Ytr. uir-gu"g"r"*o*rc"r''l Grmbar 2. S pektra FTIR Pati Trpioka
n
/, r'\
I
l1l
i1/.ii"
A r-'l,lj
i
!
:ltti
r
(cm-I) bilangangelombang Gambar3. Spektra FTIR Metil Metakrilat
36
xfioYo
! l I : qr'.!ii$e
I t s . :
VolumeX, Nomor1,Juni2010
u,,*,Jr -ri.r"-'l r.,o*u Gambnr4.SpektraFTIR S-g-PMMA
SpektraFTIR pati tapioka(Cambar2.) menunjukkan pita transmitans pada 3200-3600cm'' yang merupakan serapangugusOI{ stretchingdari gugus hidrolsiglukosa. Spellra FTIR metil nBtakrilat (gambar 3) pita transmitanspada 1735cm-' yang menunjukkan merupakan ciri gugus karbonil (C=O) yang menunjukkanadanya gugus karbonil ester (-
coocH3). pada Gambar 4 Spektra FTIR S-g-PMM OH menunjukkan adanya pita transmitans stretchingpadabilangangelombang3200-3600crnl danserapanbaruyangmunculyaitupada1735cm'l
yang merupakan ciri guguskarbonil(C=O)tenrtama gugus karbonildari ester,menunjukkan terjadinya pencangkokan metilmeta|cilatpadapati. Hasil Sintesis Hasilsintesiskopolimercangkokpati tapiokadengan metil metakilat merupakanpadatanyang tidak larut dalam air dan aseton.Ketidak larutan kopolimer kemungkinan disebabkan oleh cross-linkgugusyang tercangkokdan rantai sampingyang tercangkok bersifathidrofobik.Hasil-hasilsintesis disajikan padaTabel7 dan2.
Tabel 1. Hasil Sinbsis S-g-PMM padaberbagaiJumlah lVhtil l\{etakrilat (MM). Berattepungtapioka: 8,5g Suhu:30oC, kan:800rpm Jumlahmetil metakrilat ItasioMM patitapioka
I ,l 0 0 r
Kapasitasabsorbi air
?q, It
T a b e l2 . L l a s i l S i n b s i s S - g - P l l t l \ ' I p a d a b e r b a g a i S u h u P d i t r y iSo ,k5ag: M e t i l m e t a k r i l a t i l l , 2 2 1 2 g l { a s i o M M p a t i ioka : 1.3201. : 800 Suhu('C) No. Tinjauan 25 35 40 45 30 19,7212 t9,72t2 t9,72t2 I Balranbaku (g) t9,72t2 1 9 , 7 2 1 2 4,tu29 6,4512 7,5J'27 E;zJ'27 1,69'24 z, lig-PIvlMA (g) 20,E045 32,712 4t ,l454 Yield (%) 38 , 19 6 0 39,0057 J. KaDasltasabsor$l al (7o) 226,43 354,93 5J9, I 375,48 369,27
Pengaruh rasio l\{M : pati tapioka terhadap yieldSg-PMM Pengaruhrasio MMA : pati tapioka terhadap yield sintesiskopolinrerS-g-PMMAdisajikanpada
Gambar5. Makin tinggi rasiodiperolehyield makin besar, ini nrenunjukkan makin banyak metil metakilat yang tercangkok pada pati tapioka. Peningkatan pencangkokan dikarenakan oleh jumlah monomeryang dicangkokkan meningkatnya
37
EKSERGI
pada radikalbebas pada pati sSagai back bone' Namun sernakin besar jumlah metil nretakrilat tidak meningkat lagi, ini temyata yield dimungkinkan metil metakilat tidak rnampu tercangkok lagi. Penurunan yield pencangkokan kemungkinan disebabkan oleh terminasi akibat transfer rantai pada ntonomeryang berlebih pada bagian rantai tercangkok(Wu dkh 2009). Hasil penelitian menunjukkanrasio MMpati tPioka (rasio optimumpada 1,3201.Junrlahpencangkokan pencangkokan)sangatdipengaruhioleh reaktivitas darisenyawayang dicangkok. Pengaruh rasio MM: pati terhadap kapasitas aborbi air Semakinbertambahnyametil metakilat yang tercangkokdalamstrukturpolimerpati menyebabkan percabangannnkin banyak' Makin banyaknya percabangan nrenyebabkan kopolimer struktur polimer semakinberporiyang menjadikan absorbsi aimya juga semakin tinggi. Namun kemudian absorbsisemakinmenurun,karenarantaitercangkok nremilikisifathidrofobik.(Wu dkk., 2009)
Hasil sintesis S-g-PMM setelah dilakukan uji secarafermentasitemyata nrempunyaikemampuan untuk terurai,Diperolehdaya urai sebesar0,0642g /g S-g-PMMAatau6,42Vo.
400
E
'G
tso
ll,
€ o 3o 300 o
's 6 250 (E cl o
J
200 0.5
2.0
t.5
1.0
JJ: [[, il:J::;,lu" terhadap 6.pengaruh Gambnr dayaserapS-g-PMM 45 40
s-i.gs o
s
>25
20
25
,t,
15
20
25
30
35
40
45
suhu(oC) 0.5
1.0
1.5
2.0
rasio l\{M: Pati taPioka
Gambar7 . Pengaruhsuhu terhadapyield S -g-PMM
rasioMM: patitapiokaterhadap Gambar5. Pengaruh yieldS-g-PMM Pengaruhsuhu terhadapyieldS-g-PMM Pengaruhsuhu terhadapyield disajikan pada Gambar7. Yield meningkatdengankenaikansuhu sampai 40oC, kemungkinan terjadi karena peningkatandifusi molekul monomer pada sisi radikalpati. Namun demikian,diatassuhu tersebut disebabkan yield menurun.Hal ini kemungkinan reaksitransferrantaidenganenergiaktivasitinggi tedadipadasuhuyang tinggi dan padakebanyakan Juga padapencangkokan. kasustidak berkontribusi (Wu padasuhutinggi,laju oksidasipati meningkat' dkk.,2009) Dayaurai S-g-PMMhasil sintesis
38
400
I'a
350
o o
I goo
Il
o o o.^ '$l 6 L Jv fit
cL (t
t
2oo 20
40 35 (oC) suhu
45
50
Gainbar8. Pengaruhsuhu terhadapkapasitasabsorbsi rir
VolumeX, Nomor I, Juni2010
5. Kesimpulan Berdasarkanhasil percobaan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: S-g-PMM dapat disintesisdengan kopolimerisasicangkok tepmg tapiokadan metil metakrilatmenggunakaninisiator ceric amonium nitrat (CAN). S-g-PMM memiliki dayaserapair cukupbesardan memilikikemampuan untuk terurai secaraalami. Kenumpuan S-g-PMM untuk teruraidan daya serapnyadipengaruhioleh perbandingan penyusunS-g-PMMdan suhu reaksi. SintesisS-g-PMMdenganperbandingan 8,5g tepung tapiokadengan12 ml metil nretakrilat(perbandingan MM : pati tapioY,a=,1,3201:l) pada suhu 40oC, dihasilkanS-g-PMMdenganyield 41,74Yo, kapasitas absorbsi air 375o/odan kemampuanterurai secara alami6,42oh. Ucapanterimakasih Ucapanterimakasih disampaikankepadaRetno Wulandaridan SulhanAdtari yang telah membantu dalampengamb ilandatapadapenelitian ini, DaftarPustaka Biflnreyer,F.W., 1984, "Te*book of Polymer Science", 2"o'JohnWilleyandSons.,Inc. Cowd, M.A., 1982,"Kimia Polimef', alih bahasa FirmanHarry,edisipertama, ITB, Bandung Day, R.A dan A. L. Underwood,1986,"Analisis Kimia Kuantitatif',terjemahan olehA. Hadyana P.,edisi ke lima,Erlangga,Jakarta Kaervtatif, Kaewta dan Varapom Tanrattanakul, 2008, Preparation of cassavastarchgraftedwith polystyrene by suspension polymerization, Carbohydrate Polymer73,647-655
Liu, Zuoxin, YongnggangMiao, Zhenyingwang, Guanghua Yin, 2009, Synthesb and characterization of a noveI super-absorbentbased on chemicallymodifiedpulverizedwheatstraw and acrylic acid, CarbohydratePolymers,77, 131-135 Marinich,J.A, C. Ferrero,M.R. Jimenez-Castellanos, 2009,Graftcopolymenof ethyl rnethacrylate on waxy nn'tzs,starchderivativesasnovelercipiens for matrix tablets: Physicochemicaland technological charactersation, F-uropean Joumal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 72, 138-147 Rukmana,1993,"Ubi kayu - Budidayadan Paca Panen",Kanisius,Yogyakarta Stevens,M.P., 200l, "Kimia Polimer",alih bahasa Sopyan Iis, cetakanI, PT Pradnya Paramita, Jakarta Surdia,T. dan S. Saito,2000, "PengetahuanBahan Teknik,PT PradnyaParamita,Jakarta Utami, B. dan Hendartini,2000, "PengaruhKadar Air dan Jenis PlasticiznrterhadapSifat Fisik Plastik Biodegradabledari Campuran Pati JagungdanPolivinilAlkohol,BulletinPenelitian Bandung edisi Desember, Wisojodharmo, L.A, S.J.A.N. Sukartini,dan H. Santoso, 1998, "Sintesis dan Karakterisasi KopolimerCangkokPati TapiokadenganMetil Akilat", ProsidingSimposium NasionalPolimer II, Jakarta Wu, Shengiun, ZhengyuJin,Jin Moon Kirq Qunyi Tong, Hanging Chen, 2009, "Graft Copolimerizationof methyl acrylate onto Pullulan Using Ceric ammonium nitrat as Initiatof',Carbohydrate Polymers 76, 129-132
39
