PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N -METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP CITA KURNIAWATI

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL κ-KARAGINAN

Disusun oleh :

CITA KURNIAWATI M0307005 SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2012

commit to user i


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini dibimbing oleh : Pembimbing I

Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si NIP. 19740813 200003 1001 Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada: Hari

: Senin

Tanggal : 30 Juli 2012 Anggota Tim Penguji : 1. Drs. Mudjijono, Ph.D

1.....................................................

NIP. 19540418 198601 1001

2. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si

2.....................................................

NIP. 19721207 199903 2001 Disahkan oleh Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Eddy Heraldy, M. Si NIP. 19640305 200003 1002

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL κ-KARAGINAN” ini adalah benar-benar karya saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta,

Juli 2012

Cita Kurniawati

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL κKARAGINAN CITA KURNIAWATI Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai penentuan pengaruh penambahan asam itakonat (IA) dan N,N’-metilenbisakrilamida (MBA) terhadap karakteristik hidrogel κ-karaginan. Hidrogel κ-karaginan disintesis melalui grafting kopolimerisasi asam itakonat (IA) ke dalam κ-karaginan, menggunakan kalium persulfat (KPS) sebagai inisiator radikal bebas dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) sebagai agen pengikat silang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan monomer IA dan agen pengikat silang MBA terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan serta untuk mengetahui pengaruh pH media swelling terhadap swelling capacity hidrogel κkaraginan. Gugus-gugus fungsi di dalam hidrogel κ-karaginan diidentifikasi dengan spektra FTIR. Pengaruh penambahan IA dan MBA diamati melalui kemampuan swelling hidrogel κ-karaginan dan ketahanan termal hidrogel κkaraginan yang diidentifikasi menggunakan TG-DTA. Hidrogel κ-karaginan dengan penambahan MBA diuji swelling dengan variasi pH media swelling, yaitu dari 3 hingga 12. Karakterisasi dengan menggunakan FTIR mengindikasikan terbentuknya hidrogel κ-karaginan, yang ditandai dengan munculnya serapan C=O ester pada daerah 1726 cm-1 dan hilangnya serapan C=C pada daerah 1627 cm-1. Uji swelling dari hidrogel menunjukkan bahwa swelling capacity hidrogel κ-karaginan tanpa adanya MBA lebih tinggi daripada hidrogel κ-karaginan dengan MBA. Penambahan IA menyebabkan kenaikan swelling capacity hidrogel κ-karaginan dengan titik optimum pada massa asam itakonat 1 gram. Uji swelling pada variasi pH dari media swelling menunjukkan bahwa swelling capacity optimum pada kondisi asam dicapai pada pH 4, sedangkan pada kondisi basa dicapai pada pH 10. Karakterisasi menggunakan TG-DTA menunjukkan penambahan MBA tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap ketahanan termal hidogel κkaraginan. Penambahan IA menyebabkan penurunan ketahanan termal hidrogel κkaraginan. Kata kunci: κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel, swelling.

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

EFFECT OF ITACONIC ACID AND N,N’-METHYLENEBISACRYLAMIDE ADDITION TO THE CHARACTERISTICS OF κ-CARRAGEENAN HYDROGEL CITA KURNIAWATI Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science Sebelas Maret University ABSTRACT The research of determination of the effect of itaconic acid (IA) and N, N'methylenebisacrylamide (MBA) addition to the characteristics of κ-carrageenan hydrogel has done. Hydrogel from κ-carrageenan synthesized by grafting copolymerization of itaconic acid (IA) onto κ-karaginan, using potassium persulfate (KPS) as a free radical initiator and N,N'-methylenebisacrylamide (MBA) as crosslinking agent. The aims of this study are to determine the effect of IA and MBA addition on the swelling capacity and thermal resistance of κcarrageenan hydrogel and to determine the effect of pH of swelling medium to the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogels. The functional groups within the κcarrageenan hydrogels was identified by FTIR spectra. The effect of adding IA and MBA was observed through swelling capacity and thermal resistance of κcarrageenan hydrogel. Swelling capacity was identified by swelling measurements and thermal resistance was identified by TG-DTA thermogram. Swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel with MBA addition was determined in various pH of swelling medium from 3 to 12. FTIR spectra indicated the formation of κ-carrageenan hydrogel, which is marked by the presence of C=O of esther absorption on 1726 cm-1 and the absence of C=C stretching on 1627 cm-1. Swelling measurements showed that the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel without MBA is higher than κcarrageenan hydrogel with MBA. The addition of IA increased the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel with the optimum point on the 1 gram itaconic acid mass. Swelling measurements on the variation of pH from swelling medium showed that the optimum swelling capacity is achieved under acidic conditions at pH 4, whereas under alkaline conditions is achieved at pH 10. TG-DTA showed the addition of MBA does not have a significant influence on thermal resistance of κ-carrageenan hydogel, while the addition of IA decrease thermal resistance of κ-carrageenan hydrogel. Keywords : κ-carrageenan, itaconic acid, hydrogel, swelling.

commit to user v


digilib.uns.ac.id

MOTTO

“Takut akan TUHAN adalah permulaan pengetahuan, tetapi orang bodoh menghina hikmat dan didikan” (Amsal 1:7) “Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya, bahkan Ia memberikan kekekalan dalam hati mereka” (Pengkhotbah 3:11a) “Serahkanlah segala kekuatiranmu kepada-Nya, sebab Ia yang memelihara kamu” (1 Petrus 5:7) “Jadilah kamu manusia yang pada kelahiranmu semua orang tertawa bahagia, tetapi hanya kamu sendiri yang menangis; dan pada kematianmu semua orang menangis sedih, tetapi hanya kamu sendiri yang tersenyum” (Mahatma Gandhi) “Kemenangan yang seindah – indahnya dan sesukar – sukarnya yang boleh direbut oleh manusia ialah menundukan diri sendiri” (Ibu Kartini) “Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit kembali setiap kali kita jatuh” (Confusius)

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Segala puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus. Karya ini penulis persembahkan kepada: Ayah dan Ibu tercinta, atas segala doa, kasih sayang serta dukungan yang tak pernah putus mengiringi setiap langkahku. Mas Andre dan Mas Bela tersayang, atas segala doa dan dukungannya. Dyta, saudara sekaligus sahabat tersayang, atas segala doa, dukungan dan semangat yang membangkitkan. Sahabat-sahabat terbaikku, atas segala tawa, tangis, canda, bantuan, dukungan, nasihat, semangat dan kebersamaan selama ini. Almamater UNS

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Mahaesa yang telah memberikan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun menyelesaikan karya ini. Penulis menyadari bahwa terselesaikannya karya ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.

Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si, selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA UNS

2.

Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si, selaku Pembimbing Skripsi

3.

Ibu Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.S, Ph.D selaku Pembimbing Akademik

4.

Bapak Drs. Mudjijono, Ph.D selaku Penguji I yang telah memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

5.

Ibu Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Penguji II yang telah memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

6.

Kedua orang tua dan keluarga atas doa dan dukungannya

7.

Teman-teman seperjuangan Ariadne Eldisinta Luna Putri dan Siwi Aji Wijayanti atas semangat dan dukungannya

8.

Berbagai pihak yang tidak bisa disebut satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan bimbingan, kritik dan saran sebagai bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan yang telah ada. Surakarta, Juli 2012 Cita Kurniawati

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL……………..…………………………………………..

i

HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………….

ii

HALAMAN PERNYATAAN………………………………………………..

iii

HALAMAN ABSTRAK……………………………………………………..

iv

HALAMAN ABSTRACT…………………………………………………....

v

HALAMAN MOTTO………………………………………………………...

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………………...

vii

KATA PENGANTAR………………………………………………………..

viii

DAFTAR ISI…………………………………………………………………

ix

DAFTAR TABEL……………………………………………………………

xii

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………

xiii

DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………

xv

BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah…………………………………………...

1

B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah……………………….……………..……

3

2. Batasan Masalah………………………………………………

4

3. Rumusan Masalah…………………………………………..…

4

C. Tujuan Penelitian……………………………………………….....

5

D. Manfaat Penelitian………………………………………..….........

5

BAB II. LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Polimer………………………………………………………..

6

2. Hidrogel………………………………………………………

7

3. Grafting Kopolimerisasi……………………………………...

8

4. κ-Karaginan…………………………………………………..

9

5. Asam Itakonat………………………………………………...

10

6. N, N’-metilenbisakrilamida…………………………………..

11

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

7. Kalium Persulfat……………………………………………...

12

8. Swelling………………………………………………………

13

B. Kerangka Pemikiran…………………...…………………………..

13

C. Hipotesis………………………………………………………...…

14

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian……..……………………………………...…...

16

B. Tempat dan Waktu Penelitian……………………………………..

16

C. Alat dan Bahan 1. Alat…………………………………………………………...

16

2. Bahan…………………………………………………………

17

D. Prosedur Penelitian 1. Sintesis hidrogel tanpa MBA…………………………………

17

2. Sintesis hidrogel dengan MBA……………………………….

17

3. Karakterisasi hidrogel a. Identifikasi hidrogel dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR)……………………………………………………. b. Penentuan swelling capacity dengan Uji Swelling……… c. Analisis

termal

menggunakan

18 18

Thermogravimetri-

Differential Thermal Analysis……………………………

18

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data…………………………..

18

BAB IV. PEMBAHASAN A. Sintesis Hidrogel dari κ-Karaginan………………………………

20

B. Karakterisasi Hidrogel κ-Karaginan 1. Karakterisasi menggunakan FTIR……………………………

22

2. Analisis Termal Menggunakan TG-DTA…………………….

26

3. Swelling capacity a. Pengaruh penambahan MBA……………………………..

28

b. Pengaruh penambahan asam itakonat…………………….

29

c. Pengaruh perubahan pH…………………………………..

31

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………..

32

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………...

33

commit to user x


digilib.uns.ac.id

LAMPIRAN………………………………………………………………….

commit to user xi

37


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat…………………………………………..

11

Tabel 2. Sifat-Sifat N,N′-Metilenbisakrilamida…………………………......

12

Tabel 3. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR...

24

Tabel 4. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR...

25

Tabel 5. Data Penentuan Pengaruh Penambahan MBA……………………..

41

Tabel 6. Data Penentuan Pengaruh Penambahan Asam Itakonat……………

41

Tabel 7. Data Penentuan Pengaruh Perubahan pH…………………………..

41

commit to user xii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.

Mekanisme Hidrasi Hidrogel………………..…………………

Gambar 2.

Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)

8

g-Poli(B)…………………..……………………………………

9

Gambar 3.

Struktur κ-Karaginan…...………………………………………

10

Gambar 4.

Struktur Asam Itakonat………...……………………………….

11

Gambar 5.

Struktur N, N’-Metilenbisakrilamida…...……………………...

12

Gambar 6.

Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g………………………………………………………...

Gambar 7.

20

Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g…………………………………………………………

Gambar 8.

Spektra FTIR (a) κ-Karaginan, (b) Asam Itakonat dan (c) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat………………………………...

Gambar 9.

23

Spektra FTIR (a) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dan (b) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA…………

Gambar 10

21

24

Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κKaraginan-Itakonat dengan MBA……………………………...

25

Gambar 11. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κKaraginan-Itakonat Tanpa MBA……………………………...

26

Gambar 12. Kurva TG-DTA dari κ-Karaginan……………………………...

26

Gambar 13. Kurva TG-DTA dari Asam Itakonat……………………………

27

Gambar 14. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat………….

27

Gambar 15. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat………….

28

Gambar 16. Kurva Pengaruh Penambahan MBA terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan………………………………... 29 Gambar 17. Kurva Pengaruh Penambahan Massa Asam Itakonat terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat…………….

commit to user xiii

30


digilib.uns.ac.id

Gambar 18. Kurva Pengaruh pH terhadap Swelling Capacity Hidrogel κKaraginan-Itakonat……………………………………………..

commit to user xiv

31


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1.

Bagan Alir Cara Kerja………………………………………...

37

Lampiran 2.

Pembuatan Larutan HCl dan NaOH…………………………..

40

Lampiran 3.

Data Pengukuran Uji Swelling...................................................

41

Lampiran 4.

Contoh Penghitungan Swelling Capacity……………………..

42

Lampiran 5.

Spektra FTIR………………………………………………….

43

Lampiran 6.

Termogram TG-DTA…………………………………………. 47

Lampiran 7.

Contoh Perhitungan Penurunan % Berat……………………...

commit to user xv

49


digilib.uns.ac.id 1

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Beberapa tahun terakhir ini, penelitian mengenai hidrogel telah banyak dilakukan. Hal ini dikarenakan hidrogel dapat dimanfaatkan di berbagai bidang seperti kesehatan, farmasi, bioteknologi, pertanian serta industri makanan. Menurut Saboktakin (2010), hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang terikat silang, di mana strukturnya terdiri dari homo atau hetero kopolimer yang mempunyai sifat hidrofilik, dengan kemampuannya untuk menyerap sejumlah besar air. Kiatkamjornwong et al. (2002) menyatakan bahwa hidrogel mempunyai daya absorpsi dengan kemampuan beberapa kali lipat dibandingkan dengan beratnya sendiri dan tidak mudah melepaskannya. Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik untuk diteliti karena dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Di samping itu, adanya bahan alami akan lebih menjamin biodegradabilitas dari suatu material. Oleh karena sifatnya yang biokompatibel, biodegradabel dan non-toksik, maka polisakarida dapat dijadikan sebagai bahan pilihan penyusun hidrogel. Karaginan merupakan suatu polisakarida hasil ekstraksi getah rumput laut dalam air atau larutan alkali dari alga merah (Rhodophyceae). Menurut Wuriningtyas dan Chandra (2008), produksi karaginan di Indonesia sekitar 4000 4500 ton, untuk ekspor sekitar 3200 - 3500 ton dan sisanya dipasarkan di dalam negeri. Karaginan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan hidrogel. Dafader et al. (2009) telah berhasil mensintesis hidrogel dari κ-karaginan dan akrilamida melalui radiasi gamma. Sintesis hidrogel juga telah dilakukan oleh Sadeghi et al. (2012) dengan cara grafting campuran asam akrilat (AA) dan N-isopropilakrilamida (NIPAM) ke dalam κ-karaginan. Willke dan Vorlop (2001) menyatakan bahwa asam itakonat (IA) merupakan suatu senyawa hidrofil yang berasal dari fermentasi karbohidrat oleh jamur. Asam organik tak jenuh dikarbonat ini dapat dengan mudah dimasukkan ke

commit to user


digilib.uns.ac.id 2

dalam polimer, dan dapat berfungsi sebagai pengganti asam akrilik atau metakrilat. Asam itakonat dapat dimanfaatkan dalam pembuatan hidrogel. Betancourt et al. (2009) telah memanfaatkan asam itakonat dalam mensintesis hidrogel melalui polimerisasi dengan etilen glikol. Jiang et al. (2010) juga telah berhasil mensintesis hidrogel dari poliuretan dan asam itakonat. Menurut Pourjavadi et al. (2005), salah satu metode untuk mensintesis hidrogel adalah dengan grafting kopolimerisasi monomer vinil ke dalam polisakarida. Grafting kopolimerisasi dari monomer seperti akrilonitril, asam akrilat dan akrilamida ke dalam polisakarida seperti pati, selulosa dan turunannya telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Polimerisasi memerlukan suatu zat yang dapat menginisiasi terjadinya reaksi polimerisasi yang disebut inisiator. Bhattacharya et al. (2009) membedakan inisiator berdasarkan sistem kerjanya dalam menginisiasi reaksi polimerisasi, yaitu yang bekerja secara redoks, yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas dan yang bekerja secara enzimatis. Selain inisiator, grafting kopolimerisasi juga memerlukan suatu agen pengikat silang yang berfungsi untuk menghasilkan ikatan silang dalam struktur polimer. Menurut Saptono (2008), ikatan silang sangat berperan dalam menentukan elastisitas. Ikatan silang berfungsi sebagai pengikat bentuk (shape memory) yang memungkinkan terjadinya deformasi elastis dalam jumlah sangat besar. Tanpa adanya ikatan silang, deformasi plastis akan lebih mudah terjadi. Agen pengikat silang akan menentukan derajat ikat silang dalam suatu polimer, di mana derajat ikat silang akan mempengaruhi swelling capacity dan kemampuan absorbsinya. Swelling capacity juga dipengaruhi oleh lingkungan seperti suhu dan kelembaban udara. Faktor lain yang juga dapat mempengaruhi swelling capacity adalah ukuran partikel, luas permukaan dan besar pori material absorben serta pH media swelling. Berdasarkan uraian di atas, maka diperlukan suatu penelitian untuk mengetahui pengaruh penambahan monomer dan agen pengikat silang terhadap karakteristik hidrogel dari karaginan.

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

B. Perumusan Masalah 1.

Identifikasi masalah

a. Pembentukan radikal bebas sulit dikendalikan pada saat proses inisiasi kimia melalui reaksi asam itakonat dengan oksidator kalium persulfat. Pengendalian pembentukan radikal bebas dapat dilakukan dengan terminasi dan menggunakan inisiasi radiasi menggunakan foton γ dari kobalt-60, di mana inisiasi ini lebih terkontrol. Namun inisiasi radiasi sulit dilakukan karena keterbatasan dalam penyediaan alat serta besarnya biaya yang harus dikeluarkan untuk proses iradiasi. b. Reaksi asam itakonat dan κ-karaginan dapat dilakukan pada suhu rendah sehingga tidak memerlukan energi yang besar untuk pemanasan. Namun penggunaan inisiator dalam reaksi tersebut memerlukan suhu yang tinggi. Pemanasan dengan suhu tinggi dapat mengatasi hal tersebut, tetapi apabila pemanasan dilakukan dengan suhu yang terlalu tinggi dapat terjadi kerusakan pada reaktan. c. Karakterisasi hidrogel hasil sintesis dapat dilakukan dengan menggunakan FTIR, AFM, TG-DTA dan uji swelling. Data yang diperoleh dapat memberikan gambaran mengenai gugus-gugus fungsi, permukaan, ketahanan termal dan kemampuan swelling hidrogel κ-karaginan. Tetapi karakterisasi menggunakan AFM sulit untuk dilakukan karena kesulitan melakukan preparasi sampel dan biaya yang harus dikeluarkan cukup besar. d. Swelling capacity dipengaruhi oleh kondisi pH media swelling dan ukuran partikel. Uji swelling yang dilakukan pada hidrogel κ-karaginan dengan ukuran partikel yang berbeda dapat mengetahui pengaruh ukuran partikel terhadap swelling capacity, namun hal ini sulit dilakukan karena ukuran partikel hidrogel κ-karaginan yang hampir sama. Pengaruh pH media swelling terhadap swelling capacity hidrogel κ-karaginan dapat diketahui dengan melakukan uji swelling hidrogel κ-karaginan pada pH media swelling yang berbeda. Namun uji swelling ini memerlukan media

commit to user


digilib.uns.ac.id 4

swelling dengan pH asam hingga basa, sehingga harus dilakukan pembuatan media swelling dengan pH asam dan basa. 2.

Batasan Masalah

a. Pembentukan radikal bebas dinisiasi melalui reaksi asam itakonat dengan oksidator kalium persulfat dikendalikan dengan terminasi melalui penambahan metanol, etanol dan hidroquinon. Karena penambahan metanol lebih sering digunakan dalam sintesis hidrogel, maka di dalam penelitian ini digunakan metanol (Kurniadi, 2010; Pourjavadi et al., 2005; Sadeghi dan Yarahmadi, 2011). b. Suhu thermostatic bath optimum untuk sintesis hidrogel adalah 50 - 80 ºC (Kurniadi, 2010; Jiang et al., 2010; Isiklan et al., 2010) sedangkan suhu optimum kalium persulfat dalam mengisiasi adalah 70 ºC (Pourjavadi et al., 2005) sehingga suhu thermostatic bath yang digunakan sebesar 70 ºC. c. Analisis yang digunakan adalah FTIR, TG-DTA dan uji swelling, di mana data yang diperoleh dapat menggambarkan karakteristik hidrogel dari κkaraginan (Sadeghi et al., 2011). d. Pengaruh kondisi swelling yang dipelajari adalah pH media swelling, di mana media swelling dengan pH asam dibuat dari larutan HCl dan media swelling dengan pH basa dibuat dari larutan NaOH (Pourjavadi, et al., 2005). 3.

Rumusan Masalah

a. Bagaimana pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan? b. Bagaimana pengaruh penambahan N,N’-metilenbisakrilamida terhadap terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κkaraginan? c. Bagaimanakah pengaruh pH media swelling terhadap swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan?

commit to user


digilib.uns.ac.id 5

C. Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai penelitian ini adalah: a. Mengetahui pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan. b. Mengetahui pengaruh penambahan N,N’-metilenbisakrilamida terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan. c. Mengetahui pengaruh kondisi pH media swelling terhadap swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan. D. Manfaat penelitian Dalam penelitian ini manfaat yang diharapkan adalah:

a. Dapat memberikan pengetahuan mengenai pembuatan hidrogel dari κkaraginan.

b. Dapat memberikan informasi pemanfaatan bahan alam sebagai bahan dasar pembuatan hidrogel.

commit to user


digilib.uns.ac.id 6

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Polimer Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari pengulangan unit yang kecil dan sederhana. Unit ulang dari polimer biasanya sama atau hampir sama dengan monomernya. Polimer yang terbentuk bisa lurus, membentuk cabang, dan membentuk ikatan silang. Panjang rantai suatu polimer ditentukan melalui jumlah unit ulang dalam rantai, biasanya dinyatakan dengan derajat polimerisasi (DP). Proses polimerisasi oleh Flory dan Carothers dalam Radiman (2004) dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu polimerisasi kondensasi (step-reaction polymerization)

dan

polimerisasi

adisi

(chain-reaction

polymerization).

Polimerisasi kondensasi merupakan polimerisasi bertahap yang didasarkan pada reaksi antara dua pusat aktif sehingga terbentuk senyawa baru dan hasil samping. Bila molekul pereaksi memiliki dua gugus fungsi atau lebih, reaksi dapat berjalan lebih lanjut membentuk rantai polimer yang panjang. Polimerisasi adisi didasarkan pada pemutusan ikatan rangkap pada substrat. Pada polimerisasi adisi biasanya terjadi reaksi rantai dengan melibatkan

radikal bebas atau ion di

dalamnya. Polimerisasi ionik, polimerisasi radikal, dan polimerisasi Ziegler-Natta termasuk ke dalam polimerisasi adisi (Stevens, 2001). Radiman (2004) mengklasifikasi polimer dalam beberapa kategori. Berdasarkan asalnya, polimer dibagi menjadi tiga macam, yaitu polimer alam, polimer sintetik, dan polimer semisintetik. Polimer alam merupakan polimer yang terbentuk di alam seperti protein dan polisakarida. Polimer alam biasanya dapat terdegradasi dengan mudah. Polimer sintetik merupakan polimer buatan, hasil sintesis manusia. Polimer semisintetik adalah polimer hasil sintetik manusia, tetapi bahan dasarnya berasal dari polimer alam. Contoh polimer semisintetik adalah selulosa asetat yang berasal dari selulosa.

commit to user


digilib.uns.ac.id 7

2. Hidrogel Hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang terikat silang, di mana terdiri dari kopolimer hidrofilik yang memiliki kemampuan untuk menyerap sejumlah besar air. Seperti pernyataan Rosiak dalam Tamat et al. (2005), bahwa hidrogel mempunyai kemampuan mengembang (swelling) dalam air, tetapi tidak larut dalam air serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk asalnya. Karadag et al. (2001) menyebutkan bahwa hidrogel dapat diaplikasikan secara luas dalam biomedicine, bioengineering, farmasi, pengobatan pada hewan, industri makanan, dan agrikultura. Hidrogel digunakan sebagai sistem pelepasan terkontrol pada obat, produksi organ buatan dan lensa kontak, serta sebagai absorben dalam aplikasi lingkungan untuk menghilangkan zat-zat yang tidak diinginkan seperti air limbah dalam sanitasi, agrikultura dan industri. Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi oleh adanya gugus hidroksil, gugus karboksilat, gugus amida, atau gugus hidrosulfit, sedangkan ketidaklarutan dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Kemampuan hidrogel untuk mengembang dalam air merupakan hasil dari keseimbangan antara kekuatan sebar pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah penetrasi air ke dalam hidrogel (Kroschwitz, 1992). Tamat et al. (2005) membedakan hidrogel berdasarkan asal-usulnya menjadi hidrogel alami dan hidrogel sintetik. Komponen utama hidrogel sintetik adalah monomer/polimer sintetik. Ditinjau dari sifat biologisnya, hidrogel dapat bersifat biodegradabel (dapat dicerna oleh alam), non-biodegradabel (tidak dapat dicerna oleh alam) dan bio-erodibel (dapat terkikis oleh alam). Hidrogel biodegradabel umumnya berasal dari senyawa alami, misalnya karbohidrat dan derivatnya yang mudah dicerna oleh enzim. Sementara itu, hidrogel nonbiodegradabel biasanya terbentuk dari senyawa sintetik. Hidrogel bio-erodibel adalah salah satu jenis hidrogel yang turut terkikis dalam proses pemakaiannya. Menurut Elliot (2004), ikatan utama hidrogel adalah gugus hidrofilik karena terdiri dari gugus asam karboksilat (-COOH) yang mudah menyerap air. Ketika hidrogel dimasukkan dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dengan molekul air. Interaksi yang terjadi adalah hidrasi. Mekanisme

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

hidrasi yang terjadi adalah ion dari zat terlarut dalam polimer seperti COO- dan Na+ akan tertarik dengan molekul polar air seperti pada Gambar 1. Adanya ikatan silang dalam hidrogel menyebabkan polimer tidak larut dalam air atau pelarut.

Gambar 1. Mekanisme Hidrasi Hidrogel (Elliott, 2004) 3. Grafting Kopolimerisasi Kopolimerisasi merupakan suatu reaksi polimerisasi yang menggunakan lebih dari satu jenis monomer. Seperti halnya polimerisasi biasa, mekanisme kopolimerisasi

dapat berlangsung melalui

reaksi

radikal bebas,

reaksi

menggunakan inisiator ionik (kopolimerisasi anionik maupun kationik), dan reaksi dengan katalis koordinasi seperti katalis Ziegler-Natta. Menurut Radiman (2004), kopolimer (hasil kopolimerisasi) dibedakan menjadi empat jenis. Jika dua unit monomer terikat berselang-seling dalam rantai polimer maka produknya disebut kopolimer alterasi, sedangkan bila distribusinya acak dikenal sebagai kopolimer acak. Jenis kopolimer ketiga adalah kopolimer blok, yaitu jika terbentuk blok A dan blok B bersama. Jenis kopolimer keempat disebut grafting kopolimer yang dapat terjadi jika satu unit ulang tercangkok dengan rantai utama hanya mengandung satu macam kesatuan berulang. Salah satu cara untuk mensintesa hidrogel dalam tahap preparasi adalah melalui grafting kopolimerisasi. Tipe hidrogel yang paling banyak tersedia di pasar komersial adalah grafting kopolimer pati–asam akrilat yang dipreparasi melalui polimerisasi larutan (Kiatkamjornwong, 2007). Athawale dalam Anah et al. (2010) menyatakan grafting kopolimer adalah rantai makromolekular dengan satu spesies blok atau lebih yang disambungkan ke rantai utama sebagai rantai sisi. Batang tubuh polimer utama, yaitu polimer (A)

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

yang memiliki cabang-cabang rantai polimer (B) yang berasal dari titik yang berbeda dan tercangkok pada sepanjang rantai utama, secara umum ditulis sebagai poli(A)-grafting-poli(B) atau poli(A)-g-poli(B) seperti pada Gambar 2 (Mehr, 2005).

Gambar 2.

Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-gPoli(B) (Anah et al., 2010) 4. κ-Karaginan

Karaginan merupakan hasil ekstraksi getah rumput laut dalam air atau larutan alkali dari alga merah (Rhodophyceae), yang termasuk senyawa golongan polisakarida galaktan sulfat. Karaginan merupakan penyusun utama dinding sel tanaman alga merah. Velde dan Ruiter (2005) menyebutkan bahwa struktur dasar karaginan adalah ester sulfat kalium, natrium, kalsium, magnesium, atau amonium dari polimer D-galaktosa yang terikat secara α-1,3 dan β-1,4. Berdasarkan strukturnya, karaginan dibagi menjadi tiga jenis yaitu kappa (κ), iota (ι), dan lamda (λ). Ketiga jenis karaginan tersebut mempunyai sifat kimia dan fisika yang berbeda. Faktor penyebabnya adalah perbedaan jumlah dan letak gugus sulfat.

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

κ-Karaginan merupakan kopolimer linier yang disusun oleh residu Dgalaktosa-4-sulfat dengan ikatan α pada posisi 1,3 dan residu 3,6-anhidro-Dgalaktosa dengan ikatan β pada posisi 1,4. Beberapa satuan yang berikatan pada posisi 1,4 kadang-kadang sebagai 3,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat, D-galaktosa2,6-disulfat atau D-galaktosa-6-sulfat. κ-Karaginan disusun oleh 38,1 % Dgalaktosa, 28,1 % 3,6-anhidro-D-galaktosa, dan 25-28 % sulfat sebagai OSO3Na. Struktur κ-Karaginan ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Struktur κ-Karaginan (Velde dan Ruiter, 2005) 5. Asam Itakonat Asam itakonat pertama kali ditemukan pada tahun 1837 oleh Baup sebagai hasil dekomposisi termal dari asam sitrat. Kemudian pada tahun 1932, Kinoshita berhasil melakukan biosintesis asam itakonat dari karbohidrat dengan bantuan fungi, Aspergillus itaconicus. Asam itakonat dihasilkan dari sumber daya alam terbarukan, yakni dengan fermentasi molase, produk sampingan dari industri gula (Bruna et al., 2005). Willke dan Vorlop (2001) menyatakan bahwa asam itakonat (IA) merupakan asam organik tak jenuh dikarbonat. Asam ini dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai pengganti asam akrilik atau metakrilat. Asam itakonat digunakan sebagai komonomer dalam resin dan juga dalam pembuatan serat sintetis, sebagai pelapis, perekat, pengental dan pengikat.

commit to user



Gambar 4. Struktur Asam Itakonat (Bruna et al., 2005)

Struktur asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 4. Asam itakonat (IA) merupakan suatu monomer vinil yang mengandung dua gugus karboksilat. Asam itakonat dapat juga disebut dengan metilen butanedioat, asam metilen suksinat, asam 3-karboksi-3-butanoat atau asam propilendikarboksilat. Tate (1981) menyebutkan bahwa asam itakonat stabil pada keadaan asam, netral maupun setengah basa pada suhu moderat. Sifat-sifat dari asam itakonat disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat Parameter

Nilai

Rumus molekul

C5O4H4

Berat molekul

130,1

Titik leleh

167-168 °C

Titik didih

268 °C

Kelarutan dalam air

83,103 g/L

Densitas

1,632 g/L (20 °C)

pH

2 (pada larutan air 80 mg/L)

pKa

3,84 dan 5,55

(Willke dan Vorlop, 2001) 6. N, N’-Metilenbisakrilamida Reaksi pembentukan ikatan silang pada saat polimerisasi sangat penting untuk menghasilkan jejaring polimer yang dapat menyerap air. Kemampuan polimer dalam menyerap air sangat bergantung pada derajat ikat silang. N,N′metilenbisakrilamida (MBA) dapat bereaksi dengan gugus fungsi karboksil pada

commit to user



rantai polimer sehingga terbentuk jejaring polimer. Sifat-sifat MBA dapat dilihat dalam Tabel 2. Tabel 2. Sifat-Sifat N,N′-Metilenbisakrilamida Parameter

Nilai

Rumus molekul

C7H10N2O2

Berat molekul

154,17

Titik leleh

185 °C

Kelarutan dalam air

0,01-0,1 g/100 mL pada 18 °C

Densitas

1,235

(SNF Floerger, 2012) Struktur MBA ditunjukkan oleh Gambar 5. MBA memiliki dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selama polimerisasi berlangsung (Salim dan Suwardi, 2009).

O

O

NH

NH

Gambar 5. Struktur N, N’-Metilenbisakrilamida (Wikipedia, 2012) 7. Kalium Persulfat (KPS) Inisiator dibedakan berdasarkan sistem kerjanya dalam menginisiasi reaksi polimerisasi. Menurut Bhattacharya et al. (2009), inisiator dibedakan menjadi inisiator yang bekerja secara redoks, inisiator yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas maupun inisiator yang bekerja secara enzimatis. Untuk melakukan grafting kopolimerisasi asam itakonat ke dalam karaginan diperlukan suatu inisiator yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas. Kalium persulfat merupakan garam dengan rumus kimia K2S2O8 yang berupa padatan kristal berwarna putih dan tidak berbau. Kalium persulfat biasa digunakan sebagai inisiator radikal. Kalium persulfat bersifat higroskopis dan harus disimpan di tempat yang kering.

commit to user



Kalium persulfat dapat dibuat dengan cara elektrolisis dari campuran larutan kalium sulfat dan hidrogen sulfat dengan kepadatan arus tinggi. Reaksinya :

2KHSO4 K2S2O8 + H2 8. Swelling

Salah satu aplikasi dari hidrogel adalah sebagai absorben. Prinsip kerja kebanyakan polimer adalah ikat silang (cross-linking) hidrofilik melalui proses penggelembungan (swelling). Ketika air ditambahkan ke dalam polimer terjadi interaksi antara polimer dengan pelarut yang melibatkan hidrasi dan pembentukan ikatan hidrogen. Kemampuan hidrogel dalam proses penggelembungan karena menyerap air disebut swelling capacity. Swelling capacity dapat disebut juga sebagai kapasitas absorpsi air. Menurut Buchholz et al. dalam Kurniadi (2010), kapasitas absorpsi air (water absorption capacity/WAC) merupakan sifat penting dari polimer absorben. Ada beberapa cara untuk mengukur WAC di antaranya metode volumetrik yaitu dengan mengukur perubahan volume air sebelum dan sesudah absorpsi, metode gravimetric dengan mengukur perubahan berat polimer absorben, metode spektroskopi dengan mengukur perubahan spectrum UV polimer dan metode microwave dengan dengan mengukur perubahan energi absorpsinya. Swelling dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain faktor kimia dan fisika. Faktor kimia seperti penambahan monomer, agen pengikat silang dan perubahan pH media swelling dapat mempengaruhi swelling capacity. Sedangkan faktor fisik seperti ukuran partikel, luas permukaan dan besar pori juga akan menyebvabkan perubahan pada swelling capacity. B.

Kerangka Pemikiran

Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik digunakan karena dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Oleh karena sifatnya biokompatibel, biodegradabel dan non-toksik, maka polisakarida dapat menjadi pilihan bahan penyusun hidrogel.

commit to user



κ-karaginan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan hidrogel. Gugus hidroksil dan sulfat pada karaginan bersifat hidrofilik sedangkan gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa lebih hidrofobik. κ-karaginan berasal memiliki gugus-gugus yang memungkinkan untuk terjadinya grafting kopolimerisasi. Asam itakonat yang merupakan suatu asam organik tak jenuh dikarbonat dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai pengganti asam akrilik atau metakrilat. Asam itakonat memiliki dua gugus karboksil yang bersifat hidrofilik. Penambahan asam itakonat akan meningkatkan swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan, karena meningkatnya hidrofilitas (Pourjavadi et al., 2005). Penambahan MBA sebagai agen pengikat silang dilakukan agar terbentuk ikatan silang dalam hidrogel. Peningkatan konsentrasi MBA akan menurunkan swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan, karena terjadinya titik-titik ikatan silang menyebabkan kepadatan jaringan polimer semakin besar sehingga ruang tempat air masuk menjadi lebih kecil (Pourjavadi et al., 2005). Pembuatan hidrogel dapat dilakukan melalui grafting kopolimerisasi asam itakonat ke dalam karaginan dengan penambahan inisiator dan agen pengikat silang. Gugus-gugus fungsi hidrogel dianalisis dengan FTIR, swelling capacity diperoleh melalui uji swelling, dan ketahanan termalnya dianalisis dengan TGDTA. Kondisi pH media swelling akan mempengaruhi swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan, karena pada pH yang berbeda akan terjadi perbedaan interaksi antara hidrogel dengan lingkungan. Hal ini yang akan menyebabkan kenaikan maupun penurunan swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan (ElSayed et al., 2011). C.

Hipotesis

1. Penambahan asam itakonat akan meningkatkan swelling capacity dan menurunkan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan.

commit to user



2. Penambahan N,N’-metilenbisakrilamida akan menurunkan swelling capacity dan meningkatkan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan. 3. Kondisi pH media swelling akan berpengaruh terhadap swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan.

commit to user



BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental di dalam laboratorium. Tahap pertama adalah sintesis hidrogel dengan merefluks asam itakonat dalam beberapa variasi massa dan κ-karaginan dalam media akuades dengan penambahan kalium persulfat kemudian dihilangkan kandungan airnya. Tahap kedua adalah penentuan pengaruh penambahan agen pengikat silang dengan menambahkan N,N’-metilenbisakrilamida dalam sintesis hidrogel pada variasi massa asam itakonat. Selanjutnya dilakukan karakterisasi hidrogel dengan FTIR, TG-DTA dan uji swelling. B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret pada bulan Januari-Juni 2012. C. Alat dan Bahan 1.

Alat

a. Seperangkat alat refluks b. Termometer Alkohol 100 oC c. Neraca analitik (Sartorius) d. Peralatan gelas (Pyrex) e. Stirrer dan Hot plate f. Lumpang porselen g. Oven (Hammer) h. Pompa vakum i. Seperangkat alat Fourier Tranform Infra Red (FT-IR) Shimadzu type FT-IR820431 PC j. Seperangkat alat Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis Shimadzu type DTG 60H

commit to user



2.

Bahan

a. κ-karaginan b. Asam itakonat (E. Merck) c. Kalium persulfat (E. Merck) d. Metanol e. Natrium hidroksida (E. Merck) f. Asam klorida 37 % (E. Merck) g. N,N’-metilenbisakrilamida (E. Merck) h. Akuades i. Kertas saring j. Kertas pH universal D. Prosedur Penelitian 1. Sintesis hidrogel tanpa MBA Larutan asam itakonat (IA) dibuat dengan massa IA sebesar 0; 0,5; 1; 1,5; 2 dan 2,5 g masing-masing dalam volume 5 mL. Kemudian 1,0 gram κ-karaginan dimasukkan ke dalam labu leher tiga beserta 35 mL akuades. Labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath dengan suhu 70 °C dan campuran diaduk dengan magnetic stirer hingga homogen, lalu ditambahkan larutan IA. Campuran distirer selama 15 menit dan setelah ditambahkan 0,2 g kalium persulfat yang dilarutkan dalam 5 mL akuades, lalu direaksikan selama 60 menit. Setelah reaksi selesai, hasil reaksi dibiarkan hingga mencapai suhu ruang lalu dituang pada cawan dengan penambahan metanol 10 mL dan ditunggu hingga 24 jam, kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 50 °C selama 10 jam. Hidrogel kering dihaluskan hingga menjadi bentuk serbuk. 2. Sintesis hidrogel dengan MBA Larutan asam itakonat (IA) dibuat dengan massa IA sebesar 0; 0,5; 1; 1,5; 2 dan 2,5 g masing-masing dalam volume 5 mL. Kemudian 1,0 gram κ-karaginan dimasukkan ke dalam labu leher tiga beserta 35 mL akuades. Labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath dengan suhu 70 °C dan campuran diaduk

commit to user



dengan magnetic stirer hingga homogeny, lalu ditambahkan larutan IA dan 0,1 g MBA dalam 5 mL akuades. Campuran distirer selama 15 menit dan setelah ditambahkan 0,2 g kalium persulfat yang dilarutkan dalam 5 mL akuades, lalu direaksikan selama 60 menit. Setelah reaksi selesai, hasil reaksi dibiarkan hingga mencapai suhu ruang lalu dituang pada cawan dengan penambahan metanol 10 mL dan ditunggu hingga 24 jam kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 50 °C selama 10 jam. Hidrogel kering dihaluskan hingga menjadi bentuk serbuk. 3.

Karakterisasi hidrogel

a. Identifikasi hidrogel dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR) Sampel dicampur dengan KBr, dibentuk pelet, ditempatkan pada wadah sampel kemudian dianalisis dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Pembacaan dilakukan dari 4000 – 400 cm-1 dengan resolusi setiap 2 cm-1. b. Penentuan swelling capacity dengan Uji Swelling Sampel (Wo) ditimbang (0,05 g) dan dibungkus dengan kertas saring yang telah ditimbang beratnya (Wk), kemudian dimasukkan ke dalam 30 mL media swelling. Setelah 24 jam, sampel diangkat dan diangin-anginkan hingga 15 menit kemudian ditimbang (Wt). Swelling capacity (g/g) = (Wt-Wo-Wk)/Wo c. Analisis termal menggunakan Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis Sampel ditimbang dan dimasukkan ke dalam pan aluminum kemudian dianalisis dengan atmosfer N2 (gas nitrogen), heating rate 10 °C/menit dan gas flow 50 mL/menit. E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data Data yang diperoleh dari analisa IR terhadap κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat

commit to user



dengan MBA adalah untuk mengamati perubahan gugus fungsi. Kemudian analisa termal pada κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dengan TG-DTA. Uji swelling dilakukan pada hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA untuk mengetahui pengaruh penambahan agen pengikat silang terhadap swelling capacity. Selanjutnya uji swelling dilakukan pada hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dengan berbagai massa asam itakonat untuk mengetahui pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling capacity. Untuk mengetahui pengaruh kondisi pH terhadap swelling capacity, uji swelling dilakukan pada media swelling dengan pH berbeda dari 3-12.

commit to user



BAB IV PEMBAHASAN A. Sintesis Hidrogel dari κ-Karaginan Grafting kopolimerisasi pada κ-karaginan melalui proses polimerisasi radikal bebas dengan inisiator kalium persulfat (K2S2O8) dalam kondisi tekanan rendah yang dikondisikan menggunakan pompa vakum dilakukan untuk mensintesis hidrogel dari κ-karaginan.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Gambar 6. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g Gambar 6 menunjukkan hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa penambahan agen pengikat silang (N,N’-metilenbisakrilamida atau MBA). Hidrogel yang dihasilkan terlihat keruh, rapuh dan mudah patah.

commit to user



(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Gambar 7. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g Sedangkan Gambar 7 menunjukkan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan penambahan MBA. Hidrogel κ-karaginan-itakonat yang diberi MBA menjadi lebih keras dan lebih keruh namun mudah patah daripada hidrogel κ-karaginanitakonat tanpa MBA. Penambahan MBA berpengaruh terhadap sifat kelarutannya di dalam air, yaitu hidrogel κ-karaginan-itakonat yang ditambah MBA lebih tidak mudah larut dalam air. Penggunaan κ-karaginan sebagai kerangka utama grafting karena ketersediaannya yang melimpah di alam serta tersusun dari komponen-komponen yang dapat dimodifikasi dengan cara grafting. Monomer yang ditambahkan berupa asam itakonat yang memiliki gugus polar yaitu gugus karboksilat yang dapat meningkatkan hidrofilitas. Hidrofilitas ini berpengaruh pada sifat penyerapan air, di mana semakin besar hidrofilitasnya maka semakin besar pula daya serapnya terhadap air. Asam itakonat juga memiliki ikatan rangkap yang memungkinkan terjadinya kopolimerisasi grafting. Reaksi

kopolimerisasi

grafting

asam

itakonat

pada

κ-karaginan

berlangsung pada media air. Hal ini dikarenakan asam itakonat dan κ-karaginan dapat larut dengan baik dalam air. Air memiliki konstanta pemindahan rantai nol,

commit to user



yang menunjukkan bahwa air dapat mencegah terjadinya produk reaksi kompleks yang diinisiasi oleh reaksi pemindahan rantai. Tahap polimerisasi dimulai dengan pembentukan radikal yang terbentuk dari pemanasan kalium persulfat pada suhu 70 °C. Radikal ini dapat menginisiasi κ-karaginan menjadi reaktif. Unit lain atau monomer akan teraktivasi pula dan bergabung melalui ikatan antar gugus reaktifnya, lalu secara kontinu bergeser ke ujung rantai yang bebas (propagasi). Terminasi polimerisasi atau kopolimerisasi dapat terjadi bila polimer atau kopolimer aktif bergabung membentuk rantai tak aktif (a dead chain). Molekul pengikat silang (MBA) dapat masuk ke dalam rantai-rantai secara simultan dan membentuk ikatan yang permanen antara rantairantai tersebut (Kurniadi, 2010). B. Karakterisasi Hidrogel κ-Karaginan 1. Karakterisasi Menggunakan FTIR Karakterisasi gugus fungsi dari hidrogel κ-karaginan-itakonat dilakukan dengan uji FTIR pada daerah bilangan gelombang 4000-400 cm-1. Uji FTIR dilakukan pada sampel κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA. Spektra asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 8 (a), di mana terdapat gugus-gugus spesifik pada 1307 (uluran C-O), 1408 (O-H tekuk), 1703 (uluran C=O) dan 3635-2534 cm-1 (uluran O-H) yang mengarah pada gugus –COOH dan 1627 cm-1 yang mengarah pada C=C. Gambar 8 (b) menunjukkan spektra FTIR dari κ-karaginan, di mana pada serapan 1072 (uluran C-O-C simetris) dan 1259 cm-1 (uluran C-O-C asimetris) membuktikan adanya ikatan glikosidik, sedangkan ester sulfat ditunjukkan dengan adanya puncak pada 1377 (uluran O=S=O asimetris), 1161 (uluran O=S=O simetris) dan 950-844 cm-1 (uluran S-O-C), yang merupakan ciri khas dari κ-karaginan. Pita serapan yang melebar pada daerah 3100-3600 cm-1 disebabkan adanya vibrasi ulur dari gugus –OH.

commit to user



Gambar 8. Spektra FTIR (a) κ-Karaginan, (b) Asam Itakonat dan (c) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Gambar 8 (c) pada 1726 cm-1 menunjukkan adanya serapan C=O ester dari hidrogel κ-karaginan-itakonat. Perbedaan serapan C=O karboksilat dengan C=O ester, selain pada bilangan gelombangnya, juga ditandai dengan puncak yang lebih tajam pada serapan C=O ester. Terbentuknya ester juga ditandai dengan

commit to user



munculnya serapan C-O pada daerah 1192-1068 cm-1. Selain itu, hilangnya serapan C=C pada 1627 cm-1 membuktikan terbentuknya kopolimer. Data analisis FTIR dari κ-karaginan, asam itakonat dan hidrogel κ-karaginan-itakonat ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR Bilangan Gelombang (cm-1) Jenis Vibrasi

3429,43

3635,82-2534,46

Hidrogel κKaraginan-Itakonat 3414-2615,47

2954,95-2850,79

2951,09-2931,8

3005,1-2958,8

C-H ulur

-

1703,14

1726,29

C=O ulur

-

1627,92

1259,52-1072,42

1307,74

1192,01-1068,56

C-O ulur

731,02

725,23

734,88

-CH2- rocking

κ-karaginan

Asam Itakonat

-

O-H ulur

C=C ulur

Gambar 9. Spektra FTIR (a) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dan (b) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA

commit to user



Gambar 9 menunjukkan bahwa hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA (a) dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA (b) terdapat perbedaan spektra, karena penambahan MBA menyebabkan munculnya serapan C-N pada 1523 cm-1. Spektra tersebut menunjukkan adanya perbedaan daerah serapan karena pengaruh gugus-gugus pada MBA. Perbedaan daerah serapan antara hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR Bilangan Gelombang (cm-1) Hidrogel tanpa MBA

Jenis Vibrasi

Hidrogel dengan MBA

3412,08-2733,13

3414-2615,47

O-H ulur ( dan N-H ulur)

3105,39-2931,80

3005,1-2958,8

C-H ulur

1705,07

1726,29

C=O ulur

1217,08-1039,63

1192,01-1068,56

C-O ulur

734,88

771,53

-CH2- rocking

1523,76

C-N ulur

-

Reaksi yang mungkin terjadi pada sintesis hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dan sintesis hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA secara berurutan ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11.

O H2 C

CH 2OH SO4

C

O

O

O O

CH 2

+

O

H 2C

OH

(R-OH)

O

O

C

C N H

O C

N H

CH2

OH

O

C C

O

C O C

OH

NH

C H2

OH

O

NH

C C

OH

OH

O

CH2

C C H

OR

HC C

OR

O

Gambar 10. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-KaraginanItakonat dengan MBA

commit to user



O

SO 4

O

H2 C

CH2OH

C

O

O

O O

H 2C

OH

C H2

OH

O

(R-OH)

OH

CH2

C C

OH

C

CH2

+

O

O

OH

C

OH

CH2

C

H2 C

C

C

OR

C

O

OR

O

Gambar 11. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-KaraginanItakonat Tanpa MBA 2. Analisis Termal Menggunakan TG-DTA Uji termal dengan menggunakan TG-DTA dilakukan pada empat sampel, yaitu κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan

120

10

100

5 0

% Berat

80

-5

60

-10

40

-15

20

-20

0

-25 0

200

400

600

DTA (mikrovolt)

hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA.

TGA DTA

800

Suhu (°C)

Gambar 12. Kurva TG-DTA dari κ-Karaginan

Gambar 12 menunjukkan bahwa terjadi penurunan berat dari κ-karaginan pada suhu 27 °C sampai 120 °C dengan penurunan berat sebesar 15 % yang disebabkan adanya penguapan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 220 °C sampai 320 °C terjadi penurunan berat sebesar 25 % karena terjadinya dekomposisi κ-karaginan secara endotermis. Sedangkan pada suhu 480 °C sampai

commit to user



600 °C dengan penurunan berat sebesar 24 % terjadi degradasi κ-karaginan secara

120

10

100

0

80

-10

60

-20

40 20

-30

0

-40 0

200

400

600

DTA (mikrovolt)

% Berat

endotermis.

TGA DTA

800

Suhu (°C)

Gambar 13. Kurva TG-DTA dari Asam Itakonat

Gambar 13 menunjukkan bahwa asam itakonat mengalami penurunan berat yang cukup besar pada suhu 180 °C sampai 240 °C dengan penurunan berat

120

5

100

0

80

-5

60

-10

40

-15

20

-20

0

DTA (mikrovolt)

% Berat

sebesar 89 % karena terjadi degradasi asam itakonat secara endotermis.

TGA DTA

-25 0

200

400

600

800

Suhu (°C)

Gambar 14. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

commit to user



Gambar 14 menunjukkan bahwa hidrogel κ-karaginan-itakonat mengalami penurunan berat pada suhu 27 °C sampai 120 °C dengan penurunan berat sebesar 6 % karena terjadi penguapan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu 160 °C sampai 200 °C terjadi penurunan berat sebesar 27 % yang disebabkan terjadinya degradasi asam itakonat secara endotermis. Selanjutnya terjadi penurunan berat sebesar 14 % pada suhu 220 °C sampai 320 °C karena dekomposisi κ-karaginan secara endotermis. Sedangkan pada suhu 480 °C sampai 600 °C dengan penurunan berat sebesar 9 % terjadi degradasi κ-karaginan secara endotermis.

120

% berat

100 80 60 tanpa MBA

40

dengan MBA

20 0 0

200

400

600

800

Suhu (°C)

Gambar 15. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Penambahan MBA pada hidrogel κ-Karaginan-Itakonat tidak berpengaruh secara signifikan terhadap kestabilan termal hidrogel. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 15, di mana kurva TG-DTA dari hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA memiliki kemiripan. 3. Swelling capacity a. Pengaruh penambahan MBA Penambahan MBA sebagai agen pengikat silang dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan MBA terhadap swelling capacity hidrogel κ-

commit to user



karaginan-itakonat. Penentuan pengaruh ini dilakukan dengan membandingkan swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan dengan MBA

Swelling Capacity (g/g)

pada pH 7 (netral).

40 30 20 tanpa MBA

10

dengan MBA

0 0

1

2

3

Massa Asam Itakonat (g)

Gambar 16. Kurva Pengaruh Penambahan MBA terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Pengaruh penambahan agen pengikat silang (MBA) ditunjukkan oleh Gambar 16, di mana terlihat bahwa penambahan MBA pada hidrogel memberikan swelling capacity yang lebih rendah dibandingkan dengan hidrogel yang tidak diberi penambahan MBA. Hal ini terjadi sebagai akibat dari bertambahnya titiktitik ikatan silang selama polimerisasi yang menyebabkan pembentukan jaringan juga bertambah sehingga ruangan untuk tempat air yang masuk menjadi berkurang, yang sesuai dengan penelitian Pourjavadi et al. (2005). Penambahan agen pengikat silang sendiri berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik hidrogel, di mana melalui penambahan agen pengikat silang akan membuat hidrogel tidak mudah larut dalam air. b. Pengaruh penambahan asam itakonat Penambahan monomer asam itakonat dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling capacity hidrogel κkaraginan-itakonat. Penentuan pengaruh ini dilakukan dengan membandingkan

commit to user



swelling capacity dari hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan massa asam itakonat sebesar 0-2,5 g. Swelling dilakukan pada pH 7 (netral).


25 20 15 10 5 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Massa Asam Itakonat (g)

Gambar 17. Kurva Pengaruh Penambahan Massa Asam Itakonat terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Gambar 17 menunjukkan pengaruh penambahan massa itakonat terhadap swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat. Swelling capacity meningkat seiring dengan meningkatnya massa itakonat, namun kemudian menurun seiring dengan peningkatan massa itakonat selanjutnya. Swelling capacity maksimum terjadi pada hidrogel dengan massa itakonat 1 gram. Pourjavadi et al. (2005) menyatakan kenaikan swelling capacity pada awal kenaikan massa monomer terjadi karena semakin tinggi hidrofilitas dari hidrogel. Semakin tingginya hidrofilitas hidrogel ini karena semakin banyak gugus hidrofil dalam hidrogel, yaitu terjadi penambahan gugus karboksil yang berasal dari asam itakonat. Penurunan swelling capacity terjadi karena semakin banyak asam itakonat akan memperbesar kemungkinan terjadinya homopolimerisasi dan meningkatkan viskositas media yang membatasi pergerakan dari radikal bebas dan molekul monomer.

commit to user



c. Pengaruh perubahan pH Perubahan pH media swelling dapat mempengaruhi interaksi antara hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan lingkungan (media swelling), sehingga mempengaruhi swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat. Penentuan pengaruh perubahan pH ini dilakukan dengan membandingkan swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat pada pH 3-12. Larutan pH 3-6 dibuat dari larutan


HCl dan larutan pH 8-13 dibuat dari larutan NaOH.

30 25 20 15 10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14

pH

Gambar 18. Grafik Pengaruh pH terhadap Swelling Capacity Hidrogel κKaraginan-Itakonat Pada Gambar 18, hidrogel menunjukkan perubahan swelling capacity pada berbagai pH. Swelling capacity maksimum terjadi pada pH 4 dan pH 10. Di pH 34, sebagian besar karboksilat terprotonasi menyebabkan swelling capacity meningkat. Akan tetapi, pada pH 5-7 terjadi interaksi antar spesi ionik (ikatan silang ionik) dan ikatan hidrogen yang menyebabkan terjadinya suatu ikatan silang yang diikuti dengan penurunan swelling capacity. Pada pH 8-10, gugus karboksilat terionisasi dan tolakan elektrostasik antar gugus karboksilat menyebabkan peningkatan swelling capacity. Pada pH yang lebih tinggi (>10) terjadi penurunan swelling capacity karena adanya “charge screening effect” dari kelebihan Na+ di dalam media swelling yang akan melingkupi anion karboksilat serta menghambat tolakan anion-anion, seperti yang diungkapkan oleh El-Sayed et al. (2011).

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan 1. Penambahan asam itakonat meningkatkan swelling capacity hidrogel dari κkaraginan dalam air dengan swelling capacity optimum sebesar 19,44 g/g yang diperoleh pada penambahan asam itakonat sebanyak 1 g. Penambahan asam itakonat juga menurunkan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan. 2. Penambahan N,N’-metilenbisakrilamida menurunkan swelling capacity, namun tidak berpengaruh secara signifikan terhadap ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan. 3. Swelling capacity optimum hidrogel dari κ-karaginan terjadi pada pH 4 dan 10 dengan swelling capacity sebesar 27,49 g/g dan 25,13 g/g. B. Saran 1. Perlu dilakukan identifikasi lebih lanjut dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Surface Area Analyzer (SAA) untuk mengetahui permukaan hidrogel. 2. Perlu dilakukan penelitian tentang aplikasi hidrogel sebagai absorben logam.

commit to user 32

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N -METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP CITA KURNIAWATI

Recommend Documents