2
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
2
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah NIM G44090087
2
ABSTRAK LESTARI AINUN MARDIYAH. Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan M ANWAR NUR. Onggok merupakan limbah industri pengolahan tapioka yang jumlahnya melimpah di Indonesia. Onggok memiliki kandungan karbohidrat yang masih tinggi, terutama pati dan glukosa, yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku superabsorben. Penelitian ini telah membuat material superabsorben berbahan baku onggok yang dimodifikasi melalui oksidasi, dilanjutkan dengan kopolimerisasi cangkok. Oksidasi dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C2-C3 pada cincin glukosa. Ragam konsentrasi NaIO4 (0.01, 0.05, dan 0.10 M), waktu oksidasi (15 dan 60 menit), dan larutan pencuci (akuades, metanol, dan aseton) diterapkan untuk menghasilkan jumlah gugus aldehida (pemutusan ikatan C2-C3) yang optimum dan ketahanan terbaik produk terhadap mikrob. Kondisi oksidasi optimum ialah dengan menggunakan NaIO4 0.05 M selama 1 jam dan dicuci dengan aseton. Proses kopolimerisasi cangkok dilakukan dengan menggunakan akrilamida, metilena-bisakrilamida, dan amonium persulfat. Produk kopolimerisasi selanjutnya disaponifikasi untuk meningkatkan kapasitas serap airnya. Hasil uji menunjukkan bahwa superabsorben dapat membengkak hingga lebih dari 400 kali bobotnya dalam akuades. Namun, kapasitas tersebut menurun dalam larutan garam serta larutan asam dan basa.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT LESTARI AINUN MARDIYAH. Synthesis of Superabsorbent through Grafting Copolymerization Acrylamide on Onggok Dialdehyde. Supervised by ZAINAL ALIM MAS’UD and M ANWAR NUR. Cassava waste pulp (onggok) from the tapioca industry is abundant in Indonesia. Cassava waste pulp still has relatively high carbohydrate content, mainly starch and glucose, which is potencial to be utilized as superabsorbent raw material. The goal of this work was to synthesize superabsorbent material from cassava waste pulp through oxidation followed by graft copolymerization. The oxidation was carried out with sodium periodate (NaIO4) to break the C2-C3 bond in the glucose ring. Various concentration of NaIO4 solution (0.01, 0.05, and 0.10 M), oxidation time (15 and 60 min), and washing solutions (distilled water, methanol, and acetone) were used to obtain the optimum aldehyde group amount (the optimum C2-C3 bond cleavage) and the best products resistance against microbes. Optimum oxidation were by conditions using 0.05 M NaIO4 in 1 hour and washed with acetone. Graft copolymerization process was performed by using acrylamide, methylene-bis-acrylamide, and ammonium persulfate. The copolymerization products were then saponified to increase the water absorption capacity. The test result showed that the superabsorbent could swell up to 400 times of their original weight in distilled water. However, the capacities were decreased in salt solution as well as in acid and basic solutions.
Key words: acrylamide, copolymerization, onggok, oxidation, superabsorbent
3
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
2
Judul Skripsi : Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida Nama : Lestari Ainun Mardiyah NIM : G44090087
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA Pembimbing I
Prof (em) Dr Ir H M. Anwar Nur, MSc Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus:
2
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida bertempat di Laboratorium Terpadu IPB. Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat, dan pengikut-Nya yang tetap berada di jalan-Nya hingga akhir zaman. Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan kerja sama yang telah diberikan oleh Bapak Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing I, Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc selaku pembimbing II. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak M. Khotib M.Si, Bapak M. Farid M.Si, Bapak Dr Komar Sutriah, Bapak Drs Ahmad Sjahreza, Bapak Budi Arifin M.Si, Ibu Prof Tun Tedja Irawadi MS, Ibu Dr Henny Purwaningsih M.Si dan seluruh staf Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Terima kasih tak terhingga penulis sampaikan kepada seluruh keluarga terutama Ayah, Mamah, adikku, dan seluruh teman Kimia 46 atas dukungan dan doanya. Selain itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada sahabatku Shinta Dewi PS dan teman-teman penelitian (Ka Bekti, Ka Yono, Ka Dhail, Ka Baim, Ka Rita, Ka Indah, Ka Sarah, Febri, Mia, Tama, Rahma, Noni, Tati, Rahmi, Denar, Agy, dan Fahmi) di Laboratorium Terpadu IPB atas doa dan semangatnya yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya.
Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah
3
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
1
BAHAN DAN METODE
2
Alat dan Bahan
2
Metode
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil Oksidasi Onggok
4
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
6
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
8
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
11
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
20
4
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5
Spektrum FTIR onggok sebelum dan setelah dioksidasi 5 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum 7 dan setelah saponifikasi Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu 8 Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi 9 konsentrasi Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH 10
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6
Bagan alir penelitian Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi polisakarida dalam onggok dengan akrilamida Daya serap air SAP berbahan baku onggok yang dioksidasi dan dikopolimerisasi sebelum dan setelah disaponifikasi Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam akuades dengan variasi waktu Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan garam selama 24 jam Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
12 13 16 17 18 19
1
PENDAHULUAN Singkong merupakan salah satu tanaman pangan di Indonesia yang produksinya pada tahun 2012 mencapai 24.2 juta ton (BPS 2012). Singkong memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Saat ini, pemanfaatan singkong sebagai produk industri lebih banyak dalam bentuk tepung tapioka atau produk makanan ringan. Beberapa industri juga mengolah singkong untuk menghasilkan produk turunan berupa sorbitol yang salah satunya dibutuhkan sebagai bahan baku dalam produksi vitamin C. Pengolahan singkong menjadi produk turunan umumnya menghasilkan produk samping berupa limbah padat (onggok) dalam jumlah besar. Dalam industri pembuatan tepung tapioka, jumlahnya dapat mencapai lebih dari 10%. Supriyadi (2009) menyebutkan bahwa untuk setiap 1 ton singkong dapat diperoleh 114 kg onggok. Selama ini onggok baru digunakan sebagai bahan baku pakan ternak, antinyamuk bakar, dan campuran saus sambal. Berdasarkan kandungannya, onggok memiliki potensi untuk dibuat menjadi produk dengan nilai tambah yang lebih tinggi. Pada dasarnya, kandungan terbesar dalam onggok ialah senyawa karbohidrat terutama pati dan glukosa. Komponen tersebut memiliki kandungan gugus hidroksil yang tinggi dan telah dimodifikasi untuk tujuan lain, salah satunya untuk membentuk material superabsorben. Akan tetapi, belum ada penelitian sebelumnya menggunakan proses oksidasi sebagai bentuk modifikasinya. Superabsorben adalah suatu material yang memiliki kemampuan dasar menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali bobotnya (Zhang et al. 2007). Material superabsorben yang berupa polimer memiliki gugus hidrofilik yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah cairan, serta mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Polimer superabsorben (SAP) pada hakikatnya adalah polimer bertautan-silang yang mampu menyerap air ratusan kali bobot keringnya, tetapi tidak larut dalam air karena terdapat struktur 3 dimensi pada jaringan polimernya. Ciri khas SAP tersebut membuat material ini mempunyai cakupan aplikasi yang relatif luas, antara lain dapat digunakan untuk popok bayi, wadah penyimpan air di daerah kering/pertanian, sumber air pada tanaman holtikultura, pengantar obat, detoksifikasi limbah minyak, dan penyerap zat warna (Erizal 2009). Namun, kebanyakan SAP yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak dikembangkan penelitian pembuatan SAP yang teruraikan secara alami berbahan dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010). Polimer superabsorben dapat disintesis dengan kopolimerisasi pencangkokan untuk memodifikasi karbohidrat. Salah satu SAP yang telah dibuat dari sumber karbohidrat adalah kopolimer antara pati dan akrilamida yang disintesis menggunakan amonium persulfat dan N,N’-metilena bis-akrilamida sebagai penaut-silang (Lanthong et al. 2006). Modifikasi polisakarida dalam onggok tapioka dengan kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan monomer akrilamida telah dilakukan oleh Teli dan Waghmare (2009). Kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang diharapkan menghasilkan polimer yang memilki daya serap air tinggi.
2
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari bahan baku onggok yang dimodifikasi. Modifikasi onggok dilakukan dalam 2 tahap (Lampiran 1), yaitu oksidasi dan kopolimerisasi. Oksidasi onggok dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C–C yang mengikat gugus OH visinal dan mengubah kedua gugus tersebut menjadi gugus aldehida. Hasil oksidasi onggok selanjutnya akan dicangkok melalui kopolimerisasi. Oksidasi pada onggok diharapkan dapat menambah tapak aktif dalam reaksi kopolimerisasi sehingga dapat meningkatkan daya serap air secara signifikan. Dalam penelitian ini, akrilamida (AAm) dan penaut-silang metilena-bis-akrilamida (MBA) digunakan untuk membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Hasil penelitian ini memberikan informasi mengenai kapasitas serap air, kapasitas serap dalam larutan garam, dan kapasitas serap pada berbagai nilai pH dari SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi tersebut.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alatalat kaca, motor pengaduk, alat penghalus/penggiling, shaker, hot plate. Bahanbahan yang digunakan adalah onggok tapioka yang telah dicuci dan dikeringkan, HCl, NaIO4, NaOH, air suling, metilena-bis-akrilamida (MBA), akrilamida (AAm), amonium persulfat (APS), dan gas N2. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang, Bogor pada bulan Maret hingga Agustus 2013.
Metode Preparasi Sampel Onggok Onggok dicuci dan dikeringkan di bawah sinar matahari, kemudian dihaluskan dan diayak 100 mesh. Oksidasi Onggok (Margutti et al 2002) Sebanyak 10 g sampel onggok hasil preparasi ditimbang. Sementara itu, disiapkan 1000 mL larutan natrium periodat (NaIO4) dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.05, dan 0.10 M. Reaksi oksidasi dilakukan pada suhu 25 ⁰C. Sampel onggok dimasukkan ke dalam wadah yang terisolasi dari cahaya, kemudian ditambahkan larutan NaIO4 dan diaduk dengan variasi waktu 15 dan 60 menit. Sampel hasil oksidasi kemudian dibilas dengan akuades hingga air bilasannya netral. Sampel dikeringkan dan disimpan di tempat yang tidak terkena cahaya langsung.
3
Penentuan Gugus Karbonil (Sangseethong et al. 2010) Sekitar 0.2 g sampel disuspensikan ke dalam 100 mL air distilasi. Suspensi digelatinisasi dengan penangas air selama 20 menit pada suhu 80 oC, didinginkan pada suhu 40 oC dan pH disesuaikan menjadi 3.2 dengan penambahan HCl 0.1 M. Kemudian 15 mL reagen hidroksilamina ditambahkan (reagen dibuat dengan melarutkan 25 g hidroksilamina hidroklorida dalam 100 mL NaOH 0.5 M). Labu ditempatkan pada penangas air dengan suhu 40 oC selama 4 jam. Sampel dengan cepat dititrasi dengan HCl 0.1 M sampai pH menjadi 3.2. Penentuan blangko hanya menggunakan reagen hidroksilamina dengan cara yang sama. Jumlah karbonil (% b/b) dalam produk dihitung dengan menggunakan persamaan Jumlah karbonil
titran blangko
sampel mL HCl bobot sampel g
0.028
100
Pencangkokan-Penautan-Silang Kopolimer Superabsorben (modifikasi Liang et al. 2009) Onggok yang telah disaring 100 mesh ditimbang sebanyak 7.5 g dan ditambahkan akuades 150 mL hingga berbentuk bubur di dalam labu leher tiga yang telah dilengkapi dengan kondensor. Suspensi diaduk dengan pengaduk putar 200 rpm kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas mantel pemanas dan campuran dipanaskan pada suhu 90–95 ºC selama 30 menit sambil dialiri gas nitrogen. Setelah itu, suhu campuran diturunkan hingga 60–65 ºC. Sebanyak 250 mg inisiator APS dalam 10 mL akuades dimasukkan ke dalam labu leher tiga tersebut dan diaduk selama 15 menit. Selanjutnya, campuran 22.5 g akrilamida dan 25 mg MBA yang dilarutkan dengan akuades hingga volume 200 mL ditambahkan sedikit demi sedikit. Setelah selesai, suhu reaksi dinaikkan menjadi 70 ºC selama 3 jam. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, lalu direfluks dengan aseton selama 1 jam. Setelah dikeringkan pada suhu 60 oC hingga bobotnya konstan, produk kering digiling dan disaring hingga terbentuk partikel kecil berukuran 80–100 mesh. Saponifikasi (Nakason et al. 2010) Sebanyak 40 g kopolimer ditambahkan 100 mL NaOH 1 M dan 100 mL akuades, lalu dipanaskan pada suhu 90 ºC selama 30 menit. Setelah dinetralkan dengan penambahan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan dipresipitasi dengan metanol dan etanol. Kopolimer tersaponifikasi dikeringkan pada suhu 60 ºC, kemudian digiling dan dihaluskan hingga lolos ayakan 80 mesh. Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Zhang et al. 2007) Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL akuades pada suhu ruang dengan variasi waktu perendaman 5, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 480, dan 960 menit. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari air yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas serap air dihitung menggunakan persamaan Absorpsi =
W1 –W0 ×100% W0
4
Uji Kapasitas Serap Larutan Garam Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan garam NaCl dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.50, dan 1.00 M pada suhu ruang selama 24 jam. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan garam yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas absorpsi dihitung menggunakan persamaan Absorpsi =
W1 –W0 ×100% W0
Uji Kapasitas Serap pada Berbagai Nilai pH Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan dengan berbagai nilai pH pada suhu ruang selama 24 jam. Kisaran pH yang digunakan ialah 2 hingga 13. Larutan untuk pengaturan pH dibuat dari larutan baku NaOH dan HCl dengan konsentrasi yang disesuaikan dengan larutan yang akan dibuat. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas absorpsi dihitung menggunakan persamaan Absorpsi =
W1 –W0 ×100% W0
Pencirian Kopolimer Superabsorben Kopolimer superabsorben onggok-akrilamida dicirikan untuk menentukan perubahan sifat fisik dan kimianya. Kapasitas serap air ditentukan dan serapan gugus fungsi diamati dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR).
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Oksidasi Onggok Perlakuan pendahuluan dengan mengoksidasi onggok bertujuan memutus ikatan antara C2 dan C3 pada polisakarida sebagai akibat teroksidasinya gugus OH visinal. Oksidasi ini akan mengubah gugus –OH visinal menjadi gugus aldehida. Hal ini dapat dibuktikan dengan spektrum FTIR pada Gambar 1. Terbentuknya gugus aldehida ditunjukkan oleh munculnya puncak serapan pada bilangan gelombang 1732 cm-1. Puncak serapan lainnya dalam spektrum FTIR hasil oksidasi onggok tidak menunjukkan perbedaan dengan onggok sebelum oksidasi.
5
Gambar 1 Spektrum FTIR onggok sebelum (–) dan setelah dioksidasi (–) Ragam konsentrasi oksidator (NaIO4), waktu oksidasi, dan larutan pencuci diujikan untuk optimisasi tahapan oksidasi onggok ini. Konsentrasi oksidator yang digunakan ialah 0.01, 0.05, dan 0.10 M; larutan pencuci yang digunakan ialah akuades, aseton, dan metanol; dengan variasi waktu 15 dan 60 menit. Hasil optimum dalam tahapan ini dipilih berdasarkan jumlah gugus karbonil (aldehida yang terbentuk), ketahanan sampel, dan efisiensi bahan. Jumlah gugus aldehida ditentukan menggunakan metode Sangseethong et al. (2010). Hasil penentuan jumlah gugus karbonil pada Tabel memperlihatkan bahwa hasil oksidasi terbaik diperoleh dengan konsentrasi oksidator 0.05 dan 0.10 M dengan waktu oksidasi 60 menit dan pembilas akhir yang digunakan ialah aseton dan akuades. Jumlah gugus aldehida yang terbentuk pada 2 konsentrasi tersebut tidak berbeda signifikan sehingga dipilih konsentrasi periodat 0.05 M sebagai konsentrasi optimum. Aseton dipilih sebagai larutan pencuci yang optimum karena sampel hasil oksidasi akan memiliki ketahanan yang lebih baik. Penggunaan larutan pencuci akuades dapat menyebabkan timbulnya mikrob pada sampel sehingga mutunya akan berkurang. Keberadaan gugus aldehida sebagai akibat teroksidasinya onggok diharapkan mampu menambah tapak aktif dalam reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang.
6
Tabel No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hasil uji kadar karbonil dengan variasi konsentrasi oksidator, waktu oksidasi, dan larutan pencuci [Periodat] Waktu oksidasi Gugus aldehida Larutan Pencuci (M) (menit) (% b/b) 0.01 15 Akuades 5.05 0.05 15 Akuades 7.56 0.10 15 Akuades 8.45 0.01 60 Metanol 5.56 0.05 60 Metanol Tidak teridentifikasi 0.10 60 Metanol Tidak teridentifikasi 0.01 60 Aseton 7.66 0.05 60 Aseton 13.69 0.10 60 Aseton 14.16 0.01 60 Akuades 6.26 0.05 60 Akuades 15.67 0.10 60 Akuades 16.92
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang Onggok digunakan sebagai kerangka utama dalam kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan akrilamida sebagai monomer, APS sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut-silang. Reaksi yang terjadi ditunjukkan pada Lampiran 2. Kondisi reaksi kopolimerisasi yang digunakan merupakan kondisi optimum yang telah dikaji dalam penelitian Amroni (2011). Kopolimerisasi dilakukan dalam kondisi gas nitrogen yang berfungsi menghilangkan oksigen dari sistem reaksi sehingga meminimumkan radikal peroksida yang dapat membentuk homopolimer dan menghambat reaksi kopolimerisasi (Kurniadi 2010). Suhu kopolimerisasi yang digunakan ialah 70 oC yang telah dilaporkan oleh Lanthong et al. (2006) dan Li et al. (2007). Tahap awal reaksi kopolimerisasi cangkok dan taut-silang melibatkan pembentukan radikal inisiator APS (NH4SO4·) yang akan terbentuk dalam media larutan pada suhu 60–65 °C (Liang et al. 2009). Radikal APS akan menyerang gugus hidroksil yang terikat di atom C6 dan gugus aldehida pada atom C2 dan C3 pada pati. Pembentukan radikal pati ini menjadi tahap inisiasi reaksi. Radikal pati selanjutnya akan bereaksi dengan monomer akrilamida (AAm) membentuk radikal makromolekul lainnya. Tahap propagasi dimulai saat radikal makromolekul tersebut bereaksi dengan monomer AAm kedua. Pada tahap terminasi, radikal tersebut akan bereaksi dengan radikal makromolekul lainnya dan penaut-silang MBA membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Lebih banyaknya tapak radikal reaktif yang terbentuk akibat adanya gugus aldehida pada onggok teroksidasi diharapkan dapat meningkatkan jumlah rantai monomer yang tercangkok dan taut-silang sehingga kopolimer hasil pencangkokan dan tautsilang dapat menyerap air lebih banyak dibandingkan dengan kopolimer tanpa perlakuan oksidasi sebelumnya. Produk kopolimerisasi dicuci dengan metanol untuk mengikat air dalam produk serta direfluks dengan aseton untuk menghilangkan homopolimer. Pengukuran daya serap air sebelum dan setelah saponifikasi memperlihatkan
7
kenaikan yang signifikan (Lampiran 3). Daya serap air sebelum saponifikasi untuk ulangan 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut 20.10, 22.12, 21.28, 20.62, dan 20.50 g/g, sedangkan setelah saponifikasi berturut-turut 417.53, 413.50, 390.49, 416.38, dan 471.91 g/g. Peningkatan daya serap air ini erat hubungannya dengan pembentukan muatan dalam sistem polimer akibat pengubahan gugus amida (-COONH2) menjadi asam karboksilat (-COOH) dan anionnya (-COO–) (Teli dan Waghmare 2009). Hasil saponifikasi memiliki daya pembengkakan yang lebih besar, hal ini sesuai dengan yang telah dilakukan oleh Li et al. (2006) dan Nakason et al. (2010). Hasil pencangkokan juga dianalisis dengan spektrofotometer FTIR untuk menentukan telah terbentuknya SAP dan telah berlangsungnya saponifikasi (Gambar 2). Pita serapan pada bilangan gelombang 3186 dan 3278 cm-1 diduga berasal dari vibrasi ulur gugus amida dan pada 1450 cm-1 dari vibrasi tekuk N–H amida. Keberadaan vibrasi gugus amida mengindikasikan bahwa SAP onggokpoliakrilamida telah berhasil dibentuk.
Gambar 2 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum (–) dan setelah saponifikasi (–) Sementara keberhasilan saponifikasi ditunjukkan oleh pita serapan pada bilangan gelombang 2781–2931 cm-1 yang berasal dari vibrasi ulur gugus karbonil simetrik dan pada 1550 cm-1 yang mengindikasikan adanya anion karboksilat. Menurut Zhang et al. (2006), puncak serapan khas untuk SAP yang telah tersaponifikasi adalah serapan anion karboksilat pada bilangan gelombang 1565 cm-1 (ulur asimetrik COO–) dan 1407 cm-1 (ulur simetrik COO–). Selanjutnya, keberhasilan pembuatan SAP diperiksa melalui uji pengembangan dalam akuades, dalam larutan garam, dan dalam larutan dengan berbagai nilai pH.
8
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben Produk SAP diuji kapasitas serap airnya dalam akuades, larutan garam, serta larutan asam dan basa dengan berbagai nilai pH. Kapasitas serap air produk SAP disebabkan oleh adanya interaksi ikatan hidrogen antara molekul air dan gugusgugus fungsi dalam SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi. Selain itu, ruang dalam struktur 3 dimensi SAP memungkinkan air untuk dapat terperangkap di dalamnya. Kapasitas serap air SAP ditunjukkan oleh nilai swelling (pembengkakan)nya. Alur nilai pembengkakan SAP di dalam akuades terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 4. Terlihat bahwa semakin lama waktu perendaman, jumlah air yang terserap semakin banyak dan bobot SAP meningkat (Lampiran 4). Bobot SAP setelah direndam dalam akuades selama 24 jam menunjukkan peningkatan hingga 400 kali dari bobot awalnya. Setelah 24 jam, pembengkakan SAP belum menunjukkan nilai yang konstan. Hal ini berarti bahwa SAP masih memiliki kemampuan menyerap air lebih banyak lagi. 450
Pembengkakan (kali)
400 350 300 250 200 150 100 50 0 5
10
20
30
60
120
240
480
960 1440
Waktu (menit) Gambar 3 Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu Bila dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air pada penelitian Amroni (2011), hasil penelitian ini masih lebih kecil. Amroni (2011) melaporkan bahwa SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan akrilamida tanpa didahului oksidasi dapat menyerap air hingga sekitar 1000 kali bobot awalnya. Dalam penelitian lain, kapasitas serap air SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat tanpa didahului oksidasi mencapai sekitar 600 kali bobot awalnya (Fitriyanto 2013). Nilai kapasitas serap yang lebih kecil dalam penelitian ini dapat disebabkan oleh menurunnya polaritas SAP akibat oksidasi gugus –OH pada C2 dan C3 yang menghasilkan gugus aldehida. Selain itu, kemungkinan terjadinya pemutusan rantai polimer pati akibat oksidasi juga dapat menjadi faktor menurunnya kapasitas serap air SAP yang terbentuk. Pengujian SAP dalam larutan garam NaCl menunjukkan penurunan kapasitas serap air dengan meningkatnya konsentrasi NaCl (Gambar 5). Selain itu,
9
jika dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air dalam akuades, kapasitas serap air dalam larutan garam lebih kecil (Lampiran 5). Superabsorben yang direndam dalam larutan garam 0.01 M selama 24 jam hanya membengkak 116 kali. Hal ini disebabkan oleh perbedaan tekanan osmotik yang lebih kecil (tidak terlalu signifikan) antara SAP dan larutan luar akibat tolakan elektrostatik anion-anion. Penurunan kapasitas serap air SAP dalam larutan garam juga ditunjukkan pada penelitian Fitriyanto (2013). 450
Pembengkakan (kali)
400 350 300 250 200 150 100 50 0 0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
[NaCl] (M) Gambar 4
Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi konsentrasi
Sama halnya dengan dalam larutan garam, kapasitas serap air SAP dalam larutan asam dan basa juga menunjukkan nilai yang lebih kecil (Lampiran 6) dibandingkan dengan dalam akuades (Gambar 6). Daya serap mencapai nilai optimum pada larutan dengan pH 6, yaitu dengan nilai pembengkakan hingga lebih dari 400 kali. Hasil ini sesuai dengan nilai pembengkakan SAP yang direndam dalam akuades karena pH akuades juga 6. Dalam media asam, kebanyakan gugus karboksilat terprotonasi. Hal ini menurunkan tolakan antar gugus anionik sehingga rantai polimer sulit untuk mengembang. Dalam media basa, adanya ion Na yang berlebih juga mengurangi kemampuan pembengkakan dan menurunkan tolakan anion-anion karboksilat. Hal yang sama juga ditunjukkan oleh SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat (Fitriyanto 2013), yang menghasilkan nilai optimum dalam larutan dengan pH 6.65.
10
pembengkakan (kali)
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
2
4
6
8
10
12
14
pH Gambar 5 Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH Secara keseluruhan, hasil kopolimerisasi cangkok dan taut-silang pada onggok hasil oksidasi berbeda dengan pada onggok tanpa modifikasi, terutama dilihat dari daya pembengkakannya. Onggok hasil oksidasi memiliki daya pembengkakan yang lebih kecil disebabkan gugus hidroksil C2 dan C3 pada onggok telah berubah menjadi aldehida. Gugus aldehida memiliki kepolaran yang lebih rendah daripada gugus hidroksil sehingga interaksi dengan molekul air cenderung lebih sedikit yang pada akhirnya menyebabkan air yang terikat atau terserap hanya sedikit.
SIMPULAN DAN SARAN Polimer superabsorben (SAP) onggok dialdehida-g-poliakrilamida telah berhasil disintesis melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada onggok teroksidasi dengan monomer akrilamida, penaut-silang metilena bisakrilamida, dan inisiator amonium peroksidisulfat. Onggok dialdehida terbaik dihasilkan dari oksidasi onggok dengan NaIO4 0.05 M selama 1 jam menggunakan aseton sebagai pembilas akhir. Kadar karbonil dalam onggok dialdehida tersebut sebesar 13.69%. Nilai kapasitas serap air SAP setelah 24 jam sebesar 417.53 g/g. Perlakuan oksidasi tidak dapat meningkatkan kapasitas serap air secara signifikan. Kapasitas serap air tersebut juga menurun pada larutan garam dan larutan dengan berbagai nilai pH. Terbentuknya onggok dialdehida serta kopolimer cangkok dan taut-silang telah ditunjukkan oleh spektrum FTIR.
11
DAFTAR PUSTAKA Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. [BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Industrial Indonesia 2012. Jakarta (ID): BPS. Erizal. 2009. Synthesis and characterization of crosslinked polyacrylamidecarrageenan hydrogels superbasorbent prepared by gamma radiation. Indones J Chem. 10(1):12-19. Fitriyanto EB. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Lanthong P, Nuisin R, Kiatkamjornwong S. 2006. Graft copolymerization, characterization and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic acid super-absorbents. Carbohydr Polym. 66:229-245. Li A, Zhang J, Wang A. 2007. Utilization of starch and clay for preparation of superabsorbent composite. J Res Tech. 98:327-332. Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic acid) superabsorbent composite and release of urea from it. Carbohydr Polym. 77:181-187 Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre AL. 2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on cellulose. Polymer. 6183-6194 Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357. Sangseethong K, Termvejsatanona N, Shirothb K. 2010. Characterization of physicochemical properties of hypochlorite and peroxide oxidized cassava starches. Carbohydr Polym. 82:446-453 Supriyadi. 2009. Onggok untuk bahan pakan. Poultry Indonesia [Internet]. [diunduh 2013 Mar 25]. Tersedia pada http://www .poultry Indonesia.com. Teli MD, Waghmare NG. 2009. Synthesis of superabsorbent from carbohydrate waste. Carbohydr Polym. 78:492-496. Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI. Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym. 65(2):150–158. Zhang J, Wang G, Wang A. 2007. Preparation and properties of chitosan-g-poly (acrylic acid) montmorillonite superabsorbent nano-composite via in situ intercalative polymerization. J Ind Eng Chem Res. 46(8):2497-2502.
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian Onggok Optimasi oksidasi Uji kadar karbonil FTIR
Onggok dialdehida
Pencangkokan, presipitasi, refluks SAP
Saponifikasi
FTIR
Uji kapasitas serap air dalam akuades Uji kapasitas serap air dalam larutan garam Uji kapasitas serap air dalam nilai pH berbeda
13
Lampiran 2 Tahap inisiasi
Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
14
lanjutan Lampiran 2 Tahap propagasi (kopolimerisasi) CH2OH CH2OH O O H2C
H C
CONH2 O CH2H2C O
O CH2H2C O O
O
CH2
CH2
C
CH HC
O
O
CH2
CH2
C
CH HC
C
O
CH2
O
C
CH HC
O
O H2N
H2N
O
C
NH2
NH2
H2N
CH2
n
O
C
NH2
n
15
lanjutan Lampiran 2 Tahap terminasi (penautan-silang) O
H2N
H2N
H2N
CH2OH
O
O
CH2 H2C
O
O
H2N
H2N
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
CH2
CH2
HC
CH2
HC
CH2OH
O
O
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
O
C
CH2
HC
C
CH2
HC
H 2C
C
H2N
CH
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
O
C
NH2
HO
O
C
NH2
HO
CH2OH
O
CH2OH
CH2 H2C
O
O
CH2
C
O
O
CH2
CH2
CH
CH2
CH2
H2C
O
O
H2C
O
O
CH2
O
CH2OH
O
HC
C
NH2
H2N
O
O
CH2
CH2
C
CH
H2C C
NH
HN
NH
HN
CH2
H2C
H2C
O
CH2OH
C
CH
O
CH2
CH2
O
CH2
O
O
O
C
NH2
H2N
O
O
O
CH2OH
H2C
NH
HN
C
NH2
NH
HN
CH2
H2C
C
O
CH2
C
H2C
CH2
O
CH
CH2
CH2
O
O
C
O
H2C
O
O
H2C
HC
CH2
O
CH2OH
H2C
O
CH2
C
H2C
HC
O
CH2
H2C
C
H2C
HC
C
C
NH2
O
O
H2C
O
O CH2OH
H2C
CH2OH
O
O
C H
O
O
O
CH2
C
CH2
H2C
O
CH2
N H
O
O
CH2
C
N H
CH2OH
O
H2N
C
H2C
C
O
O H2 C
O
O
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
HC
CH2
HC
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
C
OH
O
C
OH
O
C
OH
CH2 H2C
O
O
O
O
C H
NH2
H2C
O
C
HC
O
NH2
O
O
H2C
CH2
HO
NH2
O
CH2
CH
NH2
O
O
O
C
O
CH2
O
C
O
HC
CH2OH
O
CH2
HC
CH2 H2C
CH2 H2C
O
O
CH2OH
CH2
O
O
O
O
O
CH
CH2OH
CH2 H2C
CH2 H2C
O
CH2OH
C
O
O
O
O
O
HC
O
CH2 H2C
O
C
O
O CH2OH
O
16
Daya serap air (g/g)
Lampiran 3 Kapasitaas serap air SAP berbaahan baku onggok o yanng dioksidassi dan dikopoliimerisasi seebelum (■) dan d setelah disaponifikkasi (■)
500 0.00 450 0.00 400 0.00 350 0.00 300 0.00 250 0.00 200 0.00 150 0.00 100 0.00 50 0.00 0 0.00 1
2
3
U Ulangan
4
5
17
Lampiran 4 Waktu oksidasi (menit) 5 10 20 30 60 120 240 480 960 1440
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam akuades dengan variasi waktu Ulangan 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
Bobot awal Bobot akhir Daya Serap (g) (g) (g/g) 0.1490 0.1037 0.1050 0.1041 0.1062 0.1097 0.1239 0.1090 0.1059 0.1037 0.1024 0.1156 0.1126 0.1171 0.1058 0.1140 0.1115 0.1006 0.1213 0.1342
26.5634 13.7327 23.6778 23.5016 27.4942 28.2091 33.8417 30.1264 29.5999 28.8306 29.6695 33.1878 35.1634 36.5953 36.6405 39.8522 40.8702 36.7400 50.6467 55.8784
178.2778 132.4272 225.5028 225.7598 258.8908 257.1477 273.1372 276.3890 279.5080 278.0193 289.7412 287.0917 312.2860 312.5132 346.5807 349.5807 366.5489 365.2087 417.5326 416.3815
Rerata 155.3525 225.6313 258.0192 274.7631 278.7636 288.4164 312.3996 347.9496 365.8788 416.9570
18
Lampiran 5 [Larutan] (M) 1.00 0.50 0.20 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.01
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan garam selama 24 jam Bobot awal Bobot Daya serap Ulangan Rerata (g) akhir (g) (g/g) 1 0.1092 3.5849 32.8287 32.7097 2 0.1024 3.3373 32.5908 1 0.1024 3.7336 36.4609 36.4124 2 0.1176 4.2764 36.3639 1 0.1096 4.2546 38.8193 38.9030 2 0.1053 4.1053 38.9867 1 0.1117 4.5826 41.0260 41.1816 2 0.1017 4.2040 41.3373 1 0.1070 5.5078 51.4747 51.6625 2 0.1217 6.3102 51.8504 1 0.1280 6.9193 54.0570 54.1386 2 0.1053 5.7094 54.2203 1 0.1128 7.4442 65.9947 67.8488 2 0.1010 7.0400 69.7030 1 0.1049 8.4433 80.4890 78.6863 2 0.1049 8.0651 76.8837 1 0.1153 13.2948 115.3061 115.9158 2 0.1054 12.2818 116.5256
19
Lampiran 6 pH larutan 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi dalam larutan berbagai pH selama 24 jam Bobot awal Bobot akhir Daya serap Ulangan Rerata (g) (g) (g/g) 1 0.1074 3.6305 33.8035 34.7826 2 0.1108 3.4084 30.7617 1 0.1024 13.6968 133.7578 135.9480 2 0.1049 14.4907 138.1382 1 0.1103 32.0184 290.2847 294.7494 2 0.1116 33.3923 299.2141 1 0.1106 34.0608 307.9638 305.7436 2 0.1024 31.0808 303.5234 1 0.1213 50.6467 417.5326 417.0326 2 0.1342 55.8784 416.3815 1 0.1108 34.5447 311.7753 312.9543 2 0.1005 31.5704 314.1333 1 0.1110 32.6794 291.5667 291.9613 2 0.1152 33.6794 292.3559 1 0.1006 26.7255 265.6610 263.4118 2 0.1070 27.9444 261.1626 1 0.1236 30.2352 244.6213 245.9405 2 0.1008 24.9253 247.2748 1 0.1248 17.5194 140.3798 145.4857 2 0.1031 15.5260 150.5916 1 0.1181 14.6969 124.4445 125.8427 2 0.1125 14.3146 127.2409 1 0.1194 7.7840 65.1926 67.8677 2 0.1216 8.5780 70.5428
20
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 22 Agustus 1991 dari Bapak Agus Salim dan Ibu Sukaesih. Penulis merupakan putri pertama dari 2 bersaudara. Penulis lulus tahun 2009 dari SMA Negeri 9 Bogor dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Ujian Talenta Mandiri IPB (UTMI) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjalani masa perkuliahan di IPB, Penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Organik 2012/2013 di Program Keahlian D3 Analisis Kimia IPB, asisten Kimia Dasar 1 2011/2012, Asisten Kimia B (2011-2012), Asisten Kimia Dasar 2 (2012-2013) di mayor S1 Kimia IPB. Penulis pernah melakukan praktik kerja lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi Lemigas Jakarta dengan judul laporan Uji Kandungan Sulfur dalam Pelumas Menggunakan Spektrofotometer Sinar-X Energi Dispersif.
