PENCIRIAN POLIBLEN POLIKAPROLAKTON, POLIASAMGLIKOLAT, DAN POLIASAMLAKTAT DENGAN DIFRAKSI SINAR X DAN SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH
EKANING FIFI ADIANTI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK EKANING FIFI ADIANTI. Pencirian Poliblen Polikaprolakton, Poliasamglikolat, dan Poliasamlaktat dengan difraksi sinar X dan spektrofotometer inframerah. Dibimbing oleh TETTY KEMALA DAN AHMAD SJAHRIZA. Penggunaan polimer biodegradabel saat ini telah dikembangkan dan diaplikasikan dalam kebutuhan medis. Polimer tersebut di antaranya adalah polikaprolakton (PCL), poliasamglikolat (PGA), dan poliasamlaktat (PLA). PCL, PGA, dan PLA merupakan jenis poliester alifatik yang bersifat biodegradabel. PCL dan PGA mempunyai derajat kristalinitas yang tinggi, sedangkan PLA mempunyai tingkat kerapuhan yang tinggi dibandingkan dengan PCL dan PGA. Kerapuhan polimer dapat dikurangi dengan memodifikasi polimer tersebut melalui proses blending dengan polimer lain. Penelitian dimulai dengan pembuatan film tipis dari poliblen PCL, PGA, dan PLA pada berbagai komposisi. Kemudian dilakukan karakterisasi, yaitu penentuan gugus fungsi dan derajat kristalinitas. Hasil penentuan gugus fungsi dengan FTIR memperlihatkan bahwa spektrum poliblen yang dihasilkan merupakan gabungan dari spektrum komponen-komponen penyusunnya. Penentuan derajat kristalinitas dengan sinar X memperlihatkan bahwa dengan penambahan PLA dan semakin berkurangnya PGA maka akan menurunkan derajat kristalinitas film tipis sehingga poliblen yang dihasilkan lebih bersifat amorf dan mudah terdegradasi.
ABSTRACT EKANING FIFI ADIANTI. Characterization on polyblend of poly(caprolacton), poli(glicolic acid) and poly(lactic acid) by X-ray diffraction and infrared spectrophotometer. Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA. The used of biodegradable polymer recently has been developed and applied for many medical needs. Those polymers are poly(caprolacton) (PCL), poly(glicolic acid) (PGA) and poly(lactic acid) (PLA). PCL, PGA, and PLA are classified as aliphatik polyesters which have biodegradable property. PCL and PGA have high degree of crystallinity, while PLA has shown high brittleness than PCL and PGA. The brittleness itself could be reduced by blending the polymers. This research began with preparing a thin layer film by blending PCL, PGA, and PLA in various compositions. After that, the blend was charactherized through determination of functional group and degree of crystallinity. The result showed that the poliblend spectrum was combination of the polymer constituents. Determination of degree of crystallinity by X- ray diffraction showed that the increasing of PLA percentage and the reducing of PGA percentage in the blend would gave less crystallinity of the films, therefore, the polyblend become more amorphous than before and it should degrade easier.
PENCIRIAN POLIBLEN POLIKAPROLAKTON, POLIASAMGLIKOLAT, DAN POLIASAMLAKTAT DENGAN DIFRAKSI SINAR X DAN SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH
EKANING FIFI ADIANTI
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 2007
Judul
:
Nama NIM
: :
Pencirian Poliblen Polikaprolakton, Poliasamglikolat, dan Poliasamlaktat dengan Difraksi Sinar X dan Spektrofotometer Inframerah Ekaning Fifi Adianti G44202048
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Tetty Kemala, M. Si NIP 132 232 787
Drs. Ahmad Sjahriza NIP 132 842 413
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS. NIP 131 473 999
Tanggal lulus:
PRAKATA Alhamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dilakukan selama bulan November 2006 sampai Februari 2007. Tema yang dipilih, ialah pencirian poliblen polikaprolakton, poliasamglikolat, dan poliasamlaktat dengan difraksi sinar X dan spektrofotometer inframerah. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Tetty Kemala, M.Si dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan bimbingannya selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Pak Syawal, Pak Nano, Pak Mail, Bu Ai, serta seluruh staf Kimia Fisik atas fasilitas dan kemudahan yang diberikan. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Anna, Yogie, Yudi, Lukman, Fajar, Reko, dan temanteman seperjuangan di Laboratorium Kimia Fisik atas semangat dan saran selama penelitian. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua tercinta (Bapak dan Ibu), kakakku (Anto), adikku (Adi dan Agil), Tanto, Dedy, serta seluruh keluarga atas kasih sayang, dorongan, dan doanya, serta semua kawan-kawan khususnya Tria, Dewie, Tesar, Obie S. Si atas doa, dukungan, senyum, dan kebersamaannya, serta rekan-rekan kimia angkatan ’39. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2007 Ekaning Fifi Adianti
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Kebumen tanggal 19 Februari 1985 dari ayah Jiman Siswanto dan ibu Suwarni. Penulis merupakan putri kedua dari empat bersaudara. Pendidikan formal penulis sampai dengan tingkat SMU diselesaikan di Kebumen, Jawa Tengah, yaitu SD Negeri 01 Klepusanggar, SMP Negeri 01 Karanganyar, dan SMU Negeri 01 Karanganyar dari tahun 1989 sampai 2002. Penulis lulus dari SMU tahun 2002 dan pada tahun yang sama, penulis lulus seleksi masuk IPB dengan pilihan Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Anorganik Program Studi Biokimia tahun 2006 dan Program Studi Kimia tahun 2007. Pada tahun 2005, penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk. Citeureup, Bogor.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL……………………………………………………………………... vii DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………...
vii
DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………………...
vii
PENDAHULUAN………………………………………………………………………
1
TINJAUAN PUSTAKA Polimer...................................................................................................................... Polimer Biodegradabel……………………………………………......................... Poliblen..................................................................................................................... Penentuan Kompatibilitas Poliblen………………………………………............... Pencirian Polimer ……………………………........................................................
2 2 3 4 4
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan…………………………………………………………………….. Metode Penelitian………………………………………………………………......
5 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Poliblen PGA/PLA…………………………………………………………... Hasil Poliblen PCL/PGA/PLA……………………………………………….......... Hasil Uji Kristalinitas……………………………………………………………… Analisis Gugus Fungsi..............................................................................................
6 6 7 8
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan…………………………………………………………………………..... 11 Saran……………………………………………………………………………....... 11 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………………........ 11 LAMPIRAN……………………………………………………………………………....... 13
DAFTAR TABEL Halaman 1 Sifat fisik PCL…………………………………………………………………….
2
2 Sifat fisik PGA………………………………………………………………........
3
3 Sifat fisik dan mekanik PLA………………………………………………….......
3
4 Komposisi poliblen PGA/PLA (a)........................................................................
5
5 Komposisi poliblen PGA/PLA (b)........................................................................
6
6 Komposisi poliblen PCL/PGA/PLA.....................................................................
6
7 Hasil uji kristalinitas dengan XRD.........................................................................
8
8 Hasil analisis gugus fungsi dengan FTIR................................................................ 10
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur polikaprolakton.......................................................................................
2
2 Struktur poliasamglikolat......................................................................................
3
3 Struktur kimia L-PLA............................................................................................
3
4 Film poliblen PCL/PGA/PLA berbagai komposisi.............................................
7
5 Pola difraktogram poliblen PCL/PGA/PLA (50%:45%:5%)..............................
8
6 Pola difraktogram poliblen PCL/PGA/PLA (50%:30%:20%) ..........................
8
7 Spektrum FTIR poliblen PCL/PGA/PLA (50%:45%:5%) .................................
9
8 Spektrum FTIR poliblen PCL/PGA/PLA (50%:30%:20%).................................
10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian..........................................................................................
14
2 Penentuan derajat kristalinitas poliblen.............................................................
15
3 Difraktogram hasil XRD....................................................................................
16
4 Spektrum hasil FTIR..........................................................................................
18
PENDAHULUAN Saat ini, jenis polimer yang sedang dikembangkan adalah polimer yang memiliki sifat biodegradabel yang baik. Hal ini didorong oleh sifat-sifat polimer terdahulu yang relatif kurang menguntungkan dan tidak relevan dengan kondisi dunia sekarang. Plastik yang identik dengan polimer, telah menimbulkan banyak permasalahan terutama kaitannya dengan dampak lingkungan karena sifat degradasinya yang buruk sehingga sulit untuk terurai secara biologis ataupun oleh aktivitas mikroorganisme. Disamping menyelesaikan masalah lingkungan, bahkan belakangan ini telah banyak dikembangkan mikrosfer dari polimer biodegradabel yang berfungsi sebagai penyalut obat (Preeti et al.,2003). Polimer biodegradabel merupakan polimer yang dapat terdegradasi secara biologis. Proses biodegradasi dapat terjadi baik secara hidrolitik atau enzimatik untuk menghasilkan produk samping yang biokompatibel dan tidak bersifat racun. Produk samping tersebut dapat dihilangkan dengan jalur metabolik normal. Sejak dua dekade terakhir, terjadi peningkatan dalam penggunaan polimer biodegradabel sintetik dalam bidang pengobatan antara lain sebagai media transplantasi jaringan, pengukung dan penyalur obat (Porjazoska et al. 2004; Preeti et al. 2003 ). Penggunaan polimer biodegradabel mempunyai dua keuntungan. Pertama, biomaterial yang degradabel tidak harus dihilangkan dari tubuh. Kedua, penggunaan polimer biodegradabel mungkin menghasilkan penyembuhan sistem biologis yang lebih baik (Kaitian 1996). Biomaterial dibuat dari polimer biodegradabel yang berasal dari monomer asam glikolat, asam laktat dan ε-kaprolakton (Cutright et al. 1974). Ketiga monomer siklik ini digunakan dalam aplikasi medis yang dapat dibuat menjadi variasi polimer dan kopolimer secara luas. Untuk aplikasi biomedis sangat penting memahami karakteristik degradasi polimer. Sifat-sifat polimer dapat diubah dari sifat elastomer menjadi plastik yang kaku. Sifat-sifat polimer lainnya meliputi laju degradasi, hidrofilitas dan kelarutannya dalam suatu pelarut. Melalui pengetahuan sifat-sifat ini, maka kita dapat menciptakan bahan medis atau sistem penyalutan obat yang berkualitas untuk digunakan dalam kehidupan manusia. Poliester alifatik yang bersifat biodegradabel di antaranya poli(ε-
kaprolakton) (PCL), poliasamglikolat (PGA), dan poliasamlaktat (PLA). Poli(εkaprolakton) telah digunakan sebagai penyalut obat karena sifat permeabilitas obatnya yang sangat tinggi. Akan tetapi, kristalinitasnya yang tinggi dan laju degradasinya yang rendah membuat polimer ini hanya cocok untuk sistem penyalut obat dalam waktu yang lama. Biodegrabilitas dapat ditingkatkan dengan kopolimerisasi atau pencampuran (blending) polimer ini dengan jenis polimer hidrofobik (Porjazoska et al. 2004). Poliasamglikolat (PGA) merupakan poliester alifatik yang dapat dibuat melalui reaksi pembukaan cincin glikolida, suatu bentuk dimer dari asam glikolat dengan bantuan katalis SnCl2.2H2O dan panas (Middleton dan Tripton 1998). PGA ini banyak digunakan dalam bidang medis sebagai mikrosfer dan benang jahit untuk pembedahan. Poliasamlaktat (PLA) merupakan polimer biodegradabel turunan dari asam laktat. Polimer ini memiliki beberapa kegunaan, yaitu untuk keperluan pengemasan, pembuatan film, penyalut obat dan benang jahit (Balckom et al. 2002; Zhang et al. 2000). Titik elongasi PLA adalah 3-5%. Sifat dari polimer ini salah satunya adalah rapuh. Preparasi campuran fisik (blend) merupakan teknik yang umum yang digunakan untuk meningkatkan pencegahan polimer rapuh (Porjazoska et al. 2004). Pencampuran (blending) polimer telah menjadi cara paling sederhana untuk mendapatkan produk baru dengan sifat-sifat dan bentuk yang dapat disesuaikan dengan keinginan (Li dan Chang 2005; Mano et al. 2004; Porjazoska et al. 2004; Moran et al. 2003; Li dan Arthur 2005). Metode blending ini dapat menghasilkan suatu produk baru dalam waktu yang lebih singkat. Akan tetapi, sebagian besar campuran-campuran ini (blends) ditemukan tidak bercampur atau bercampur sebagian bergantung pada komposisinya. Berdasarkan sifat-sifat polimer tersebut dan keinginan untuk mendapatkan suatu produk baru dalam waktu yang relatif cepat maka pada penelitian ini akan dicoba mencampur poliasamglikolat (PGA) dengan poliasamlaktat (PLA) dan blending PGA, PLA, dan PCL pada berbagai komposisi. Penelitian ini akan mempelajari sifat kristalinitas dari film tipis yang dibuat dengan cara penentuan derajat kristalinitas dengan menggunakan difraksi sinar X dan juga menentukan gugus fungsi yang dihasilkan
pada polimer blend tersebut dengan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (spektroskopi FTIR). Hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan suatu produk (poliblend) yang memiliki sifat fisik lebih baik sehingga poliblen tersebut layak dan dapat digunakan dalam dunia kedokteran dan farmasi serta aplikasi lainnya.
TINJAUAN PUSTAKA Polimer Polimer berasal dari bahasa Yunani, yaitu poly berarti banyak dan meros berarti bagian atau unit. Polimer didefinisikan sebagai suatu senyawa yang terdiri atas pengulangan unit kecil atau sederhana yang terikat dengan ikatan kovalen. Struktur unit ulang biasanya hampir sama dengan senyawa awal pembentuk polimer yang disebut monomer (Billmayer 1984). Panjang rantai polimer dihitung berdasarkan jumlah satuan unit ulang yang terdapat dalam rantai yang disebut derajat polimerisasi (DP) (Cowd 1991). Polimer dapat dibedakan dalam tiga kelompok berdasarkan unit-unit ulang pada rantai molekul, yaitu polimer linier, polimer bercabang, dan polimer ikatan silang. Berdasarkan sumbernya polimer digolongkan ke dalam dua jenis, yaitu polimer alam dan polimer sintetik. Polimer sintetik diklasifikasikan dalam dua golongan berdasarkan sifat termalnya, yaitu termoplastik dan termoset. Yang termasuk golongan termoplastik antara lain polikaprolakton (PCL), poliasamglikolat (PGA), poliasamlakatat (PLA), dan polipropilen (PP), sedangkan silikon merupakan contoh golongan termoset. Perbedaan utama antara polimer termoplastik dan termoset ialah termoplastik umumnya berstruktur linear dan termoset berstruktur tiga dimensi. Polimer Biodegradabel Polimer biodegradabel merupakan bahan yang dapat didegradasi oleh mikroorganisme dan enzim. Penggunaan beberapa polimer memberikan suatu pendekatan untuk menyelesaikan masalah sampah plastik. Polimer biodegradabel dapat juga digunakan untuk aplikasi medis seperti implantasi jaringan dan sebagai penyalur obat dan juga untuk aplikasi dalam pertanian seperti jerami dan agrokimia. Polimer yang secara bioligis terdegradasi mengandung gugus fungsi yang peka terhadap hidrolisis enzimatik dan
oksidasi, di antaranya gugus hidroksil (-OH), gugus ester (–COO-) dan gugus karbonil (C=O). Poliester, seperti polikaprolakton, poliasamglikolat, dan poliasamlaktat merupakan contoh polimer ini. Kebutuhan akan polimer biodegradabel diciptakan untuk memperoleh waktu hidup tertentu dan kemampuan terdegradasi, sebagai contoh, polimer peka terhadap radiasi sinar ultraviolet (Stuart 2003). Polikaprolakton (PCL). Pada tahun 1973 ditemukan suatu semikristalin poliester alifatik, yaitu polikaprolakton (Gambar 1). Poliester ini ternyata tahan terhadap air dan mudah dibentuk menjadi lembaran, botol, dan perlengkapan plastik lainnya. Polikaprolakton adalah plastik biodegradabel yang bersifat termoplastik yang disintesis dari turunan minyak mentah dan diikuti oleh proses polimerisasi pembukaan cincin. PCL memiliki sifat tahan terhadap air, minyak, dan pelarut klorin, mempunyai kekentalan rendah, mudah diproses secara termal, serta mempunyai titik leleh yang rendah, dan memiliki sifat mekanik yang cukup baik. Untuk memperoleh hasil mekanik yang bagus PCL biasanya dicampur (blending) atau dikopolimerisasi dengan polimer lain. Tabel 1 merupakan sifat fisik dari PCL. O O
(C H 2 ) 5
C
n
Gambar 1 Struktur polikaprolakton Tabel 1 Sifat fisik PCL Sifat fisik PCL Suhu transisi kaca (°C) Titik leleh (°C) Kuat tarik saat putus (Mpa) Elongasi (%) Densitas (g/cm3) (Middleton et al. 1998)
-60 60 4 800-1000 1.145
Poliasamglikolat (PGA). Polimer ini bersifat termoplastik dengan kristalinitas yang tinggi sekitar 46-50%. Transisi kaca dan titik leleh PGA adalah 35-55°C dan 225-230°C. Tingginya kristalinitas menyebabkan PGA tidak larut dalam pelarut organik kecuali pada pelarut organik dengan flourinasi tinggi seperti heksafluoro isopropanol. Walaupun teknik pemrosesan seperti ekstruksi, injeksi, dan cetakan pemadat dapat digunakan untuk membuat PGA dalam bermacam bentuk, PGA mempunyai sensitivitas tinggi pada degradasi
