UNIVERSITAS INDONESIA SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROGEL POLI(N-VINIL PIRROLIDON) (PNVP) TERIKAT SILANG MELALUI POLIMERISASI RADIKAL BEBAS SKRIPSI

UNIVERSITAS INDONESIA

SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROGEL POLI(N-VINIL PIRROLIDON) (PNVP) TERIKAT SILANG MELALUI POLIMERISASI RADIKAL BEBAS

SKRIPSI

ESTI WIJAYANTI 0806315452

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI KIMIA DEPOK JULI 2012

Sintesis dan..., Esti Wijayanti, FMIPA UI, 2012.

UNIVERSITAS INDONESIA

SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROGEL POLI(N-VINIL PIRROLIDON) (PNVP) TERIKAT SILANG MELALUI POLIMERISASI RADIKAL BEBAS

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

ESTI WIJAYANTI 0806315452

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI KIMIA DEPOK JULI 2012


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini merupakan hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

ii


HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh Nama NPM Program Studi Judul Skripsi

: : : : :

Esti Wijayanti 0806315452 Kimia Sintesis dan Karakterisasi Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Terikat Silang Melalui Polimerisasi Radikal Bebas

Telah berhasil dipertahankan dihadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr. Emil Budianto

Penguji

: Dr. Ir. A. Herry Cahyana

Penguji

: Dr. Jarnuzi Gunlazuardi

Penguji

: Dr. Yoki Yulizar, M.Sc

Ditetapkan di : Depok Tanggal

: 3 Juli 2012

iii


KATA PENGANTAR

Penulis memanjatkan puji dan syukur ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas skripsi ini tepat pada waktunya. Skripsi yang berjudul “Sintesis dan Karakterisasi Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Terikat Silang Melalui Polimerisasi Radikal Bebas” ini disusun untuk memenuhi persyaratan akademis dalam meraih gelar Sarjana Sains di Program Studi Kimia. Secara garis besar, skripsi ini berisi pendahuluan, uraian mengenai penulis memilih tema tersebut, tinjauan pustaka, pembuatan hidrogel PNVP beserta karakterisasinya, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan saran. Adapun dari semua ini, penulis mengucapkan terima kasih untuk : 1. Dr. Emil Budianto selaku dosen pembimbing saya dalam tugas ini. Terima kasih atas waktu, kesabaran, segala bantuan serta diskusinya, 2. Bapak Asep Saefumillah S.Si., M.Si., Ph.D selaku Pembimbing Akademik 3. Dr. Ridla Bakri selaku ketua Departemen Kimia FMIPA UI , 4. Dra. Tresye Utari, M.Si. selaku Koordinator Penelitian Departemen Kimia FMIPA UI, dan seluruh dosen kimia yang telah memberikan ilmu, 5. Mba Cucu dan Mba Ina atas bantuan bahan kimianya dan alat, Pak Hedi terima kasih atas peminjaman alat-alatnya. Pak Sutrisno terima kasih untuk buku-bukunya, dan Staff afiliasi terima kasih atas bimbingannya, 6. Kak Noverra yang sabar dalam membantu, memberikan pengarahan dan menjadi tempat berkeluh kesah selama penulis melakukan penelitian, 7. Orang tua dan adikku tersayang, atas dukungan moril dan materiil, 8. Adi, rekan kerja dalam penelitian yang kooperatif dalam diskusi mengenai masalah-masalah yang timbul selama penelitian, 9. Bimo, Budi, Irna, Inna, Helen, Asef, Tata dan Deagita selaku sahabat yang telah memberikan dukungan dan mendengarkan keluhan-keluhan selama penelitian. Terimakasih selalu ada buat penulis ketika suka maupun duka, 10. Desti, Dian, Kinoy, Dea, Hafiz, Rahmat, Boy, dan teman-teman kimia 2008 lainnya yang telah menjadi teman bermalam dikampus selama penelitian, iv


11. Sari, Dila, Daniel, Rasti, Bali, Prilly, Dewi, Wanti, Pandu, Hadi, Reza, Mika dan teman-teman kimia 2008 serta teman seperjuangan lain yang tidak bisa disebutkan satu per satu yang telah memberikan dukungan, keceriaan, kesedihan dalam berbagai hal, serta memberikan diskusi dalam setiap masalah penelitian.

Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan tugas skripsi ini. Untuk itu, saran dan kritik sangat penulis harapkan untuk memperbaiki penulisan di masa yang akan mendatang. Akhir kata, saya berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, 26 April 2012

Penulis

v


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama

: Esti Wijayanti

NPM

: 0806315452

Program Studi : Kimia Departemen

: Kimia

Fakultas

: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jenis karya

: Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

Sintesis dan Karakterisasi Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Terikat Silang Melalui Polimerisasi Radikal Bebas

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di

: Depok

Pada tanggal : 3 Juli 2012

vi


ABSTRAK Nama Program Studi Judul

: Esti Wijayanti : Kimia : Sintesis dan Karakterisasi Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Terikat Silang Melalui Polimerisasi Radikal Bebas

Hidrogel poli(N-vinil pirrolidon) terikat silang telah disintesis dengan menggunakan agen pengikat silang etilen glikoldimetakrilat (EGDMA) dan NN’metilenbisakrilamid (MBAm), inisiator benzoil peroksida dan pelarut etanol melalui teknik polimerisasi radikal bebas. Dilakukan variasi jenis dan konsentrasi agen pengikat silang serta waktu reaksi. Hidrogel yang terbentuk dikarakterisasi menggunakan FT-IR dan analisa gravimetri. Ditemukan bahwa hidrogel PNVP terikat silang dengan baik jika digunakan MBAm 5% sebagai agen pengikat silang daripada EGDMA dengan waktu reaksi 24 jam. Hidrogel PNVP-MBAm ini memiliki derajat ikat silang yang lebih tinggi daripada PNVP-EGDMA yaitu 28,8% dengan kemampuan menyerap air sekitar 250%. Derajat ikat silang berbanding terbalik dengan kemampuan hidrogel menyerap air atau mengembang (swelling). Semakin lama waktu reaksi, semakin banyak ikatan silang yang terbentuk. Semakin tinggi derajat ikat silang maka semakin rendah kemampuan hidrogel dalam menyerap air.

Kata kunci: Hidrogel, Poli(N-vinil pirrolidon), ikat silang, swelling.

xiv + 54 Daftar Pustaka

: 23 gambar; 7 tabel; 3 lampiran : 53 (1974-2011 )

vii


Universitas Indonesia

ABSTRACT

Name Study Program Title

: Esti Wijayanti : Chemistry : Synthesis and Characterization of Crosslinked Hydrogel Poly(N-vinyl pyrrolidone) (PNVP) by Free Radical Polymerization

This article describes about the synthesis of chemically crosslinked hydrogels poly(N-vinyl pirrolidone) (PNVP) by free radical polymerization in solution technique. Ethylene glycoldimethacrylate and NN’-methylenebisacrylamide were used as crosslinker, benzoyl peroxide was used as initiator and ethanol was used as a solvent. Hydrogels were prepared by varying the type and concentration of crosslinker, and also reaction time. Resulted hydrogels were characterized by FTIR and gravimetry analysis. Crosslinked hydrogels PNVP by using crosslinker MBAm 5% with 24 hours reaction time had the highest degree of crosslinking about 28,8% and 250% for its swelling ratio. The degree of crosslinking inversely proportional with hydrogels ability to absorp water (swelling). The longer reaction time was, the higher degree of crosslink was. The higher degree of crosslink was, the lower swelling ability of the hydrogels was. Key words: Hydrogel, Poly(N-vinyl pyrrolidone), crosslinking, swelling.

xiv + 54 Bibliography

: 23 pictures; 7 tables; 3 attachment : 53 (1974-2011)

viii



DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii HALAMAN PENGESAHAN iii KATA PENGANTAR iv LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH vi ABSTRAK vii ABSTRACT ........................................................................................................viii DAFTAR ISI ix DAFTAR TABEL xi DAFTAR GAMBAR. ........................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN xiii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Tujuan Penelitian 1.4 Hipotesis

1 1 2 3 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4 2.1 Hidrogel. ..................................................................................................... 4 2.2 Polimerisasi Radikal Bebas 8 2.3 Poli(N-vinil pirrolidon) 10 2.4 Inisiator. .....................................................................................................11 2.5 Etilen Glikoldimetakrilat (EGDMA) 12 2.6 NN’-MetilenBisAkrilamid (MBAm). ........................................................13 2.7 Pelarut 13 2.8 Derajat Ikat Silang 13 2.9 Rasio Swelling 14 BAB 3 METODE PENELITIAN 16 3.1 Alat dan Bahan 16 3.1.1 Alat Percobaan 16 3.1.2 Bahan Percobaan 16 3.2 Prosedur Sintesis Hidrogel dan Karakterisasi 17 3.2.1 Pembuatan Polimer Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP)..........17 3.2.2 Karakterisasi Hidrogel Terikat Silang 18 3.2.2.1 Persen Konversi dan Derajat Ikat Silang 18 3.2.2.2 Rasio Swelling. ...............................................................................19 3.2.2.3 Karakterisasi FT-IR ........................................................................20 ix



BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 22 4.1 Pembuatan Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) 22 4.1.1 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Persen Konversi Hidrogel PNVP………………………………… ...29 4.1.2 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Derajat Ikat Silang Hidrogel PNVP…………………………………30 4.1.3 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Pengikat Silang terhadap Rasio Swelling Hidrogel PNVP ...…………………..………..……………34 4.1.4 Pengaruh Variasi Waktu Reaksi terhadap Derajat Ikat Silang Hidrogel PNVP………………………………………………………………..38 4.1.5 Pengaruh Variasi Waktu Reaksi terhadap Rasio Swelling Hidrogel PNVP………………………………………………………………..40

BAB 5 PENUTUP 42 5.1 Kesimpulan..................................................................................................42 5.2 Saran............................................................................................................42 DAFTAR REFERENSI 44 LAMPIRAN……………………………………………………………………..49

x



DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel Variasi Konsentrasi Agen Pengikat Silang Pembuatan Hidrogel PNVP ............................................................................................... ….18 Tabel 3.2 Tabel Variasi Waktu Pembuatan Hidrogel PNVP……………………………………………………………….... 18 Tabel 4.1 Persen Konversi Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang……………………………………………………………….....29 Tabel 4.2 Persen Gel Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang……………………………………………………………….....31 Tabel 4.3 Rasio Swelling Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang………………………………………………………….………36 Tabel 4.4 Persen Gel Hasil Variasi Waktu Reaksi…....................................... ….39 Tabel 4.5 Rasio Swelling Hasil Variasi Waktu Reaksi……………….…....…….40

xi



DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Pembentukan Hidrogel Terikat Silang .............................. ...6 Gambar 2.2 Skema Pembentukan Hidrogel Kimia dari Polimer Hidrofobik. .. ...6 Gambar 2.3 Dekomposisi Inisiator dilanjutkan tahap inisiasi. ......................... ...9 Gambar 2.4 Skema reaksi propagasi. ................................................................ ...9 Gambar 2.5 Reaksi Disproporsionasi. ............................................................... .10 Gambar 2.6 Reaksi Kombinasi. ................................................................... .. ..10 Gambar 2.7 Monomer N-vinil pirrolidon. ........................................................ .11 Gambar 2.8 Polimerisasi Poli(N-vinil pirrolidon).. .......................................... .11 Gambar 2.9 Struktur EGDMA. ......................................................................... .12 Gambar 2.10 Struktur MBAm. .............................................................................13 Gambar 4.1 Susunan alat Pembuatan Hidrogel PNVP. .................................... .23 Gambar 4.2 Film Hidrogel PNVP. .................................................................... .23 Gambar 4.3 Mekanisme Reaksi Pembentukan Hidrogel PNVP dengan pengikat silang MBAm................................................................. .24 Gambar 4.4 Ilustrasi Pembentukan Gel ............................................................ .26 Gambar 4.5 Spektrum FT-IR monomer NVP dan PNVP-MBAm 5% 24 Jam…………………………………....…………………..........27 Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Hidrogel PNVP-EGDMA 5% 8 Jam…………...28 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Konversi……………………….…………………..……....30 Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Gel………………………………………………..……......31 Gambar 4.9 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Rasio Swelling…………………………….………………...………..….36 Gambar 4.10 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Gel dan Rasio Swelling. ...................................... 38 Gambar 4.11 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Persen Gel.................... 39 Gambar 4.12 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Rasio Swelling………….40 Gambar 4.13 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Persen Gel dan Rasio Swelling………………………..……………………………….....41

xii



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram alir pengerjaan penelitian................................................. 49 Lampiran 2. Spektrum FT-IR...............................................................................50 Lampiran 3. Mekanisme reaksi pembentukan hidrogel PNVP dengan agen pengikat silang EGDMA.................................................................53

xiii



BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pertama kalinya hidrogel yang berpotensi dalam penggunaan biomedis berhasil disintesis oleh Lim dan Wichterle pada tahun 1955. Hidrogel itu adalah Poli(2-hidroksietil metakrilat) yang digunakan dalam produksi lensa kontak (Nierzwicki W&Prins W, 1975). Pada tahun 1980 hidrogel mulai banyak dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan manusia karena didukung dengan kestabilan fisika dan kimia yang baik. Hal ini dapat dilihat dari meningkatnya penggunaan material polimer di negara-negara bagian barat, dengan persentasi peningkatan sebesar 10-20% setiap tahunnya (Lee, 2009). Pengembangan dalam bidang biomedis lain misalnya digunakan sebagai media tranplantasi, media rekayasa genetika, dan sistem pengantar obat (Kishida A et al., 2002; Ravichandran P et al., 1997; Graham NB, 1990). Pada sistem pengantar obat, hidrogel dimanfaatkan sebagai pengukung agen farmasetika. Hidrogel merupakan polimer hidrofilik dengan susunan jaringan tiga dimensi yang mempunyai kemampuan mengembang dalam air, tetapi tidak larut dalam air, serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk asalnya (JM Rosiak, 1991). Sejumlah air mengisi ruang antara jaringan yang terbentuk karena adanya ikatan silang antara rantai polimer baik secara fisika misalnya ikatan hidrogen maupun kimia (kovalen, ionik) (Peppas et al., 1986). Hidrogel dapat bersifat sintetik ataupun alami, homopolimer atau kopolimer (Langer R&Peppas N,2003). Berkembangnya penggunaan hidrogel misalnya dalam sistem pengantar obat karena kemampuannya dalam mengontrol pengeluaran obat pada jaringan tertentu atau sesuai target sehingga mencegah akumulasi obat pada yang bukan targetnya (Wise DL, 2001). Kontrol pengeluaran obat dilakukan dengan memanfaatkan sifat atau kemampuan mengembangnya dalam medium cair, yang mengakibatkan perubahan pada struktur jaringan (network) yang pada akhirnya obat bisa dikeluarkan. Hidrogel terikat silang Poli(N-vinil pirrolidon)-MBAm misalnya telah berhasil 1



2

diaplikasikan untuk aplikasi biomedis dalam sistem penyaluran obat karena kompatibel dengan tubuh manusia (Bharali et al., 2003; Vasir et al., 2003; Chirila et al., 2003). Polimer yang mudah didegradasi dan sesuai dengan tubuh manusia dapat diperoleh melalui reaksi polimerisasi ikat silang. Monomer yang digunakan dalam pembuatan hidrogel terikat silang ini adalah N-vinil pirrolidon (NVP). N-vinil pirrolidon (NVP) adalah suatu senyawa bergugus laktam yang larut dalam air dan beberapa pelarut lain (NJ Rahway, 1983; K Florey, 1993). Pembuatan hidrogel homogen NVP terikat silang dengan metode polimerisasi radikal bebas sehingga diharapkan menghasilkan hidrogel yang memiliki sifat mekanik lebih baik, tidak rapuh dan stabil ketika berada di keadaan mengembang. Material yang terlibat dalam pembuatan polimer ini adalah monomer N-vinil pirrolidon (NVP), benzoil peroksida (BPO) sebagai inisiator, Etilen glikoldimetakrilat (EGDMA) dan N,N’metilenbisakrilamid (MBAm) sebagai agen pengikat silang serta etanol sebagai pelarut. Selanjutnya hidrogel ini dikarakterisasi dengan menggunakan instrumen Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), dan analisa secara gravimetri. Diharapkan dengan melakukan pengikatan silang dapat menghasilkan hidrogel yang memiliki sifat mekanik yang lebih baik, tidak rapuh dan stabil ketika berada di keadaan mengembang sehingga dapat digunakan secara optimal sesuai dengan tujuan penggunaan.

1.2 Perumusan Masalah Hidrogel masih memiliki sifat mekanik yang kurang baik. Untuk itu, dibutuhkan pengikat silang untuk memperbaiki sifat mekaniknya. Dengan melakukan beberapa variasi yang terlibat dalam sintesis hidrogel ini, seperti variasi jenis agen pengikat silang, konsentrasi agen pengikat silang, dan waktu reaksi maka akan diketahui komposisi terbaik dalam pembuatan hidrogel ini dan juga berkaitan dengan kemampuan mengembang dalam medium cair. Selain itu juga dapat diketahui bagaimana pengaruh variasi yang diberikan terhadap sifat hidrogel yang disintesis. Universitas Indonesia


3

1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah menentukan komposisi terbaik, kondisi optimum untuk menghasilkan hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) yang terikat silang paling baik serta mempelajari pengaruh variasi jenis agen pengikat silang, konsentrasi agen pengikat silang, dan waktu reaksi terhadap sifat hidrogel yang dihasilkan. Kondisi optimum diperoleh dengan mengamati dan analisis hasil karakterisasi seperti serapan spektrum IR, rasio swelling dan derajat ikat silang.

1.4 Hipotesis Hipotesis dari penelitian ini adalah pembuatan hidrogel polimer Poli(Nvinil pirrolidon) dengan variasi jenis dan jumlah agen pengikat silang yang ditambahkan serta waktu reaksi akan mempengaruhi sifat hidrogel terikat silang yang dihasilkan. Jenis dan konsentrasi agen pengikat silang serta waktu reaksi mempengaruhi derajat terikat silang hidrogel yang terbentuk. Semakin banyak agen pengikat silang yang ditambahkan, maka semakin tinggi derajat terikat silangnya sehingga menghasilkan hidrogel yang matriksnya lebih stabil. Semakin lama waktu reaksi polimerisasi semakin banyak monomer yang terkonversi dan semakin menyempurnakan proses pengikatan silang sehingga derajat terikat silangnya meningkat. Ikatan silang yang meningkat akan menurunkan kemampuan mengembang hidrogel dalam air.



BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hidrogel Hidrogel merupakan bentuk tiga dimensi polimer jaringan bersifat hidrofilik yang memiliki kemampuan luar biasa dalam menyerap air (Ju HK et al., 2002; Galaev IY et al., 1999; Devine DM et al., 2003; Anseth KS et al., 1996) tetapi tidak larut dalam air, serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk asalnya. Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi oleh adanya gugus hidroksil, gugus karboksil, gugus amida atau gugus hidrosulfit sedangkan sifat ketidak-larutan dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Hidrogel sudah secara luas digunakan pada beberapa aplikasi contohnya kontrol penyaluran obat karena sifat biokompatibel dengan tubuh manusia dan juga menyerupai jaringan hidup alami jika dibandingkan dengan biomaterial lainnya. Didalamnya terdapat banyak kandungan air yaitu bisa mencapai 99% serta lembut yang mirip dengan jaringan alami (Kishida A et al., 2002; Ravichandran P et al., 1997; Peppas NA et al., 2000; Nguyen KT et al., 2002). Walaupun hidrogel mampu meyerap air hingga 99%, hidrogel tetap berada pada fase padat (Truong N&West J, 2002). Hidrogel dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok berdasarkan : a. Muatan : netral atau ionik b. Struktur fisik jaringan : amorf, semikristalin, struktur supermolekular, struktur ikatan hidrogen c. Metode preparasi : jaringan homopolimer atau kopolimer d. Ikat silang : fisika atau kimia Selain memperlihatkan kemampuan dalam menyerap air atau mengembang dalam media cair, hidrogel juga menunjukkan sifat responsive terhadap stimulus yang diberikan. Dalam sistem pengantar obat misalnya, obat harus dilepas ditempat yang tepat sehingga tidak terjadi penumpukan 4



5

obat di organ tetentu. Karena bervariasinya pH fisiologis di beberapa bagian tubuh yang biasa disebut dengan keadaan patologi, maka hidrogel yang responsive terhadap pH banyak dipelajari (Gupta P, Vermani K, Gary S., 2002). Hidrogel dapat tersusun atas homopolimer atau kopolimer disertai dengan keberadaan ikatan silang baik secara fisik maupun kimia. Gel yang bersifat fisika berarti rantai-rantai polimer yang terbentuk kemudian dihubungkan melalui ikatan non kovalen seperti gaya elektrostatis, ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik. Gel ini tidak homogen karena adanya keterbelitan molekuler. Sifatnya tidak permanen dan dapat berubah menjadi larutan polimer kembali jika dipanaskan. Rantai bebasnya dapat menimbulkan defect pada gel yang bersifat fisika ini. Lain halnya dengan gel yang bersifat kimia. Gel ini bersifat permanen, antara rantainya dihubungkan dengan ikatan kovalen. Gel kimia dapat dibuat dengan cara mengikat silang polimer larut air atau dengan mengubah polimer hidrofobik menjadi polimer hidrofilik yang kemudian diikat silang membentuk jaringan. Gel kimia ini juga tidak homogen seperti gel fisika. Daerah pengikatan silang tidak tersebar secara merata sehingga terdapat daerah yang memiliki densitas ikat silang tinggi dan densitas ikat silang rendah di beberapa bagian tertentu. Hal ini mungkin karena adanya agregasi hidrofobik dari agen pengikat silang (P. Drumheller&J.A. Hubbell, 1995) dan air mengisi ruang kosong berongga sehingga terbentuk makropori. Metode mengikat silang secara kimia merupakan metode yang memberi banyak kegunaan untuk menciptakan hidrogel dengan stabilitas mekanik yang baik. Namun, banyak agen pengikat silang yang digunakan untuk sintesis hidrogel dengan metode ini tidak bersifat biokompatibel misalnya mungkin bersifat karsinogenik (Park K et al., 2001; Bromberg LE et al., 1998)



6

Gambar 2.1 Skema Pembentukan Hidrogel Terikat Silang (Sumber : Allan S Hoffman, 2002)

Gambar 2.2 Skema Pembentukan Hidrogel Kimia Dari Polimer Hidrofobik (Sumber : Allan S Hoffman, 2002) Universitas Indonesia


7

Dalam sistem pengantar obat, hidrogel mampu menyalurkan molekulmolekul obat dalam jangka waktu lama dan atau mengontrol jalannya obat ke bagian atau target tertentu sehingga mencegah akumulasi obat di dalam jaringan yang bukan targetnya (Wise DL, 2001). Untuk aplikasi ini maka dibutuhkan hidrogel yang dapat terdegradasi di bawah kondisi fisiologis melalui proses enzimatik maupun kimiawi. Hidrogel yang mudah terdegradasi artinya hidrogel yang rantai jaringan atau ikat silangnya mudah didegradasi. Hidrogel tipe ini memiliki ikatan labil yang terdapat pada rantai polimer atau pada pengikat silangnya. Ikatan yang labil ini mudah dirusak struktur tiga dimensinya dengan cara hidrolisis (Hennink&Nostrum, 2002; Hoffman, 2002). Hidrogel dengan sifat dapat didegradasi dalam sistem pengantar obat dapat diperoleh dari alam maupun sintetik. Baik polimer biodegradable alam dan sintetik telah diaplikasikan dalam sistem pengantar obat. Polimer yang dapat didegradasi oleh makhluk hidup, berasal dari alam, yang biasa digunakan meliputi poli(asam amino), kolagen, polisakarida, dan kitosan. Beberapa berasal dari hewan seperti poli(asam amino) dan kolagen, dan yang lain berasal dari tumbuhan seperti polisakarida dan kolagen. Sama seperti polimer biodegradable sintetik, degradasi polimer alam juga melalui proses hidrolisis rantai polimernya. Namun beberapa dari polimer alam terdegradasi melalui reaksi enzimatis. Polimer biodegradable sintetik yang telah digunakan dalam bidang medis memiliki satu kesamaan, yaitu memiliki gugus yang tidak stabil terhadap hidrolisis pada rantai polimernya. Hal ini dapat dicapai dengan penempatan gugus fungsi tertentu seperti ester, anhidrida, orthoester, dan amida. Sebagian besar polimer biodegradabel disintesis dengan polimerisasi pembukaan cincin (ring-opening polymerization). Ada juga yang melalui reaksi polimerisasi radikal bebas.



8

2.2 Polimerisasi Radikal Bebas Reaksi-reaksi polimerisasi vinil merupakan proses-proses reaksi rantai, yang pada sebagian besar kasus merupakan polimerisasi adisi. Pada polimerisasi ini dibutuhkan inisiator untuk memulai reaksi. Polimerisasi hanya terjadi pada ujung reaktif suatu rantai yang tumbuh. Polimerisasi radikal bebas dapat dilakukan dalam sistem bulk, larutan, suspensi maupun emulsi. Masingmasing memiliki kelebihan dan kekurangan. Misalnya saja dalam penelitian ini dilakukan teknik polimerisasi sistem larutan. Dalam sistem ini memungkinkan transfer panas yang lebih efisien ketimbang teknik yang lain sebab panas cepat terdispersi, namun diperlukan biaya tambahan untuk pelarut. Selain itu kekurangan lain adalah pelarut yang masih harus dihilangkan setelah reaksi selesai dan kemungkinan adanya transfer rantai dengan pelarut (Steven MP, 2007). Sifat relatif non-spesifik dari interaksi kimia radikal bebas membuat polimerisasi radikal bebas menjadi salah satu bentuk polimerisasi yang paling berguna. Salah satu pemanfaatan polimerisasi radikal bebas adalah dalam metode pembuatan polimer hidrogel PNVP terikat silang. Dalam polimerisasi monomer vinil ini, inisiasi paling banyak dilakukan melalui inisiator radikal, salah satunya yaitu dengan keberadaan inisiator benzoil peroksida.

2.2.1

Inisiasi polimerisasi rantai radikal bebas melibatkan dua reaksi yaitu pembentukan radikal inisiator atau dekomposisi inisiator dan adisi radikal inisiator tersebut ke monomer. Pembentukan radikal bebas dari suatu molekul ini yang diperlukan untuk tahap propagasi. Kecepatan inisiasi relatif lambat tetapi berlanjut. Pada monomer vinil satu pasang elektron terikat antara dua atom karbon melalui ikatan sigma (σ) dan sepasang lagi membentuk ikatan pi (π). Radikal bebas menggunakan satu elektron dari ikatan π untuk membentuk ikatan yang lebih stabil dengan atom karbon lainnya (March Jerry, 1979) seperti pada gambar 2.3 di bawah ini



9

+

Gambar 2.3 Dekomposisi Inisiator dilanjutkan Tahap Inisiasi (Sumber : Hatsuo Ishida, Synthesis of Polymer)

2.2.2

Tahap propagasi merupakan tahap reaksi yang cepat karena radikal yang terbentuk menyerang molekul lain dan menghasilkan radikal baru. Monomer yang telah bereaksi dengan radikal bebas bereaksi dengan molekul lain sehingga terjadi perpanjangan rantai. Tahap propagasi melibatkan reaksi petumbuhan rantai polimer akibat penambahan unit monomer secara terus menerus. Tahap ini dapat ditulis seperti gambar 2.4

Gambar 2.4 Skema Reaksi Propagasi (Sumber : Hatsuo Ishida, Synthesis of Polymer)

2.2.3

Sedangkan tahap terakhir adalah terminasi. Terminasi terjadi karena reaksi penggabungan radikal yang membentuk molekul tunggal. Tahap penghentian pembentukan rantai polimer dapat berlangsung melalui terminasi bimolekuler. Terminasi bimolekuler atau mutual termination dapat terjadi melalui reaksi Universitas Indonesia


10

disproporsionasi maupun melalui kombinasi. Disproporsionasi terjadi apabila dua radikal polimer bereaksi dimana salah satu radikal tereduksi dan yang lainnya teroksidasi seperti yang terlihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Reaksi Disproporsionasi (Sumber : Hatsuo Ishida, Synthesis of Polymer)

Sedangkan kombinasi terjadi apabila dua unit radikal polimer bersatu membentuk satu unit polimer. Umumnya proses kombinasi ini dapat meningkatkan berat molekul polimer. Reaksinya seperti gambar 2.6

Gambar 2.6 Reaksi Kombinasi (Sumber : Hatsuo Ishida, Synthesis of Polymer)

2.3 Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Poli(N-vinil pirrolidon) merupakan polimer larut air dan pelarut polar lainnya yang terbuat dari monomer N-vinil pirrolidon bergugus laktam yang larut dalam air dan beberapa pelarut lain (Rahway Ni, 1983&Florey K, 1993), sensitif terhadap suhu, non toksik, biokompatibel dengan tubuh manusia, dan fleksibel. Polimer ini bukan merupakan polimer linear dengan struktur yang bergantung pada sifat dan kekuatan hasil dari adanya ikatan silang dan ikatanikatan lain yang terjadi selama polimerisasi. Dengan memanfaatkan sifat-sifat yang sudah baik seperti yang sudah disebutkan di awal, maka menjadi menarik

untuk

selalu

diteliti

afinitasnya

terhadap

air

(Devine



11

DM&Higginbotham CL, 2005). Struktur NVP dan PNVP dapat dilihat pada gambar 2.7 dan 2.8

Gambar 2.7 Monomer N-vinil pirrolidon

Gambar 2.8 Polimerisasi Poli(N-vinil pirrolidon)

Sifat PNVP yang sensitif terhadap suhu artinya terjadi transisi fase dalam media cair. Fenomena ini bersifat reversibel. Perubahan fasa ini bisa terjadi di dua titik, yaitu Upper Critical Solution Temperature (UCST) ketika suhu naik gel akan swelling, ketika suhu rendah gel mengalami shrinking. Titik berikutnya disebut Low Critical Solution Temperature (LCST) ketika suhu naik gel akan shrinking namun ketika suhu turun gel akan swelling.

2.4 Inisiator Polimerisasi N-vinil pirrolidon dapat dilakukan pada sistem bulk, larutan maupun suspensi. Namun seringkali PNVP diperoleh melalui reaksi polimerisasi radikal bebas sistem larutan dengan menggunakan inisiator Universitas Indonesia


12

peroksida. Pada umumnya, inisiator yang menghasilkan radikal dengan waktu paruh lebih pendek misalnya Azoisobutironitril (AIBN), lebih cocok untuk sintesis. Namun pada penelitian ini, NVP dipolimerisasikan dengan sistem larutan menggunakan inisiator peroksida yaitu BPO, yang mengalami homolisis termal untuk membentuk radikal-radikal benzoiloksi. Penggunaan inisiator BPO ini cukup efektif untuk polimerisasi NVP atau monomer vinil lainnya karena persen hasilnya mencapai 70% (H. R. Kricheldorf, 2005). Pembentukan radikal benzoiloksi sudah dijelaskan sebelumnya pada gambar 2.3.

2.5 Etilen Glikoldimetakrilat (EGDMA) EGDMA digunakan sebagai agen pengikat silang dalam banyak reaksi polimerisasi, salah satunya polimerisasi radikal bebas. Penggunaan agen pengikat silang dalam pembuatan polimer bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik polimer itu sendiri meliputi sifat kuat tarik serta kemampuan mengembang yaitu kemampuan menyerap air dan sebagainya. Namun penggunaan atau penambahan pengikat silang yang terlalu banyak justru akan menimbulkan sifat polimer yang tidak diinginkan. Untuk alasan inilah maka penggunaan pengikat silang dalam komponen cair tidak lebih dari 15%. Penambahan agen pengikat silang yang terlalu banyak akan mengurangi efisiensi reaksi yang disebabkan oleh monomer yang tidak bereaksi dan pengikat silang yang dapat mengurangi sifat mekanik, mengurangi absorpsi air (Harrison et al., 1978). Material yang tidak bereaksi atau bersisa juga dapat menyebabkan reaksi samping yang tidak diharapkan.

Gambar 2.9 Struktur EGDMA Universitas Indonesia


13

2.6 NN’-MetilenBisAkrilamid (MBAm) MBAm merupakan salah satu agen pengikat silang yang digunakan dalam polimerisasi radikal bebas. Dalam penelitian ini dilakukan variasi jenis pengikat silang selain EGDMA, dengan tujuan mengetahui pengikat silang mana yang memberikan hasil optimal dalam pembuatan polimer jaringan atau hidrogel.

Gambar 2.10 Struktur MBAm

2.7 Pelarut Polimerisasi radikal bebas NVP merupakan polimerisasi sistem larutan yang sudah pasti membutuhkan pelarut dalam reaksinya. Pelarut ini berperan dalam mendispersikan panas sistem selama reaksi polimerisasi berlangsung. Banyak penelitian sebelumnya menggunakan monomer NVP digunakan pelarut air. Namun dalam penelitian ini dicoba dengan pelarut lain yang kepolarannya menyerupai air. Dari banyak pelarut dipilih etanol. Pelarut ini melarutkan monomer tetapi tidak melarutkan polimernya selama reaksi berlangsung (Mark James E. Polymer Data Handbook.1999) sehingga setelah dikeringkan diperoleh polimer yang diinginkan. Etanol juga digunakan sebagai pelarut dalam proses pencucian polimer hidrogel dari monomer sisa dan reagen lain yang mungkin masih ada sehingga diperoleh polimer hidrogel dengan kemurnian tinggi. 2.8 Derajat Ikat Silang Pengukuran derajat ikat silang dari hidrogel hasil sintesis merupakan suatu ukuran apakah hidrogel benar-benar terbentuk (fraksi gel), ditandai adanya jaringan-jaringan yang mengikat rantai polimer sehingga dapat digunakan Universitas Indonesia


14

untuk berbagai aplikasi khususnya dalam sistem pengantar obat. Derajat terbentuknya ikatan silang ini erat kaitannya dengan kemampuan atau seberapa besar potensi hidrogel merespon keadaan atau kondisi tertentu yang diberikan lingkungannya misalnya dalam lingkungan air, apakah hidrogel ini cenderung mengembang atau larut. Pengukuran derajat ikat silang ini bisa dilakukan dengan beberapa cara. Namun pada intinya semua berhubungan dengan ekstraksi (soklet). Ekstraksi dilakukan untuk menghilangkan monomer sisa yang mungkin tidak ikut bereaksi sehingga dapat mengganggu kestabilan hidrogel. Selain monomer sisa, dihilangkan juga pengotor lainnya atau produk lainnya hasil reaksi samping jika ada. Selain soklet bisa juga dilakukan perendaman dengan pelarutnya, sehingga monomer yang tidak ikut bereaksi dan tidak terikat silang menjadi hidrogel larut kembali bersama pelarutnya. Untuk menghitung derajat ikat silang (persen gel) yang terbentuk, digunakan rumus :

(2.1)

Dengan :

Wdg : Berat gel kering setelah soklet/perendaman Wip : Berat polimer hidrogel awal hasil sintesis

2.9 Rasio Swelling Rasio swelling dapat diartikan sebagai banyaknya air yang diabsorpsi hidrogel setelah dilakukan perendaman didalam medium. Kemampuan hidrogel mengabsorp air ini tergantung kepada sifat elastis rantai polimer yang membentuk jaringan, sifat hidrofilitas rantai polimer yang membentuk jaringan serta kompatibilitas polimer dengan molekul air. Pengukuran dilakukan secara gravimetri. Dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :



15

(

)

(2.2) Dengan :

Wi : Berat gel mengembang hasil swelling Ws : Berat hidrogel kering

[(

)]

(2.3)

Kandungan air saat kesetimbangan atau Equlibrium water content (EWC) dapat dihitung dengan rumus berikut :

[(

Dengan :

)]

(2.4)

Wi : Berat gel mengembang hasil swelling Ws : Berat hidrogel kering

Besar kecilnya derajat maupun persen swelling ini erat kaitannya dengan jumlah agen pengikat silang yang diberikan selama reaksi polimerisasi seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya.



BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat Percobaan 

Beaker glass 50 mL, 100 mL



Gelas ukur 25 mL



Pipet ukur 1 mL, Pipet tetes



Labu reaksi leher 3 250 mL



Kondensor



Neraca Analitik ADAM



Kertas saring



Aluminium foil



Stirring hot plate Thermo Scientific Cimarec



Pengaduk magnetik



Termometer



Tabung Nitrogen



Desikator



Wadah



Oil bath



Oven Memmert



Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Prestige-21 SHIMADZU

3.1.2 Bahan Percobaan 

Sigma-Aldrich, 1-Vinyl-2-Pyrrolidinone contains 100 ppm sodium hydroxide as inhibitor, ≥99% (NVP)



Merck, Etanol absolute for analysis



Sigma-Aldrich Ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA)



Sigma-Aldrich Luperox® A75, Benzoyl Peroxide, 75%, remainder water (BPO) 16



17



Sigma-Aldrich N,N’-Methylenebis(acryl-amide) (MBAm)



Aquadest Demin



Gas N2



Minyak Goreng

3.2 Prosedur Sintesis Hidrogel dan Karakterisasi Semua bahan yang digunakan dalam penelitian ini berkualitas pro analis, tanpa dimurnikan terlebih dahulu. Penelitian ini berkaitan dengan pembuatan polimer hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) dengan melakukan beberapa variasi diantaranya variasi jenis pengikat silang, variasi konsentrasi pengikat silang dan variasi waktu reaksi. Hasil yang paling baik kemudian dikarakterisasi menggunakan beberapa instrumentasi untuk diperoleh informasinya dan dibahas dalam bab ini.

3.2.1

Pembuatan Polimer Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Dibawah kondisi dialiri N2, 1 g monomer NVP bersama 0,01 g

inisiator, agen pengikat silang dilarutkan kedalam 20 mL pelarut etanol pada labu leher tiga 250 mL dilengkapi dengan pengaduk magnetik, kondensor, sumbat dan termometer. Larutan dipanaskan di atas wadah minyak dengan suhu 70°C, konstan selama beberapa waktu reaksi yang telah ditentukan (Wei Hong-Liang, 2010). Sebelum sistem vakum N2 berjalan dengan sempurna selama waktu reaksi yang dibutuhkan, 3-5 menit pertama N2 ditiupkan terlebih dahulu dari mulut kondensor untuk menghilangkan O2 terlarut. Hasilnya, polimer yang masih dalam bentuk cairan, dituang kedalam wadah kemudian dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Pengeringan dilanjutkan dengan menggunakan oven konvensional selama 2 hari (Lopes Christina M.A&Felisberti Maria I, 2002). Produk gel kemudian disimpan dalam wadah sampel, diletakkan dalam desikator sampai dilakukan karakterisasi berikutnya.



18

Berikut variasi yang digunakan dalam sintesis polimer hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) : Tabel 3.1 Variasi Konsentrasi Agen Pengikat Silang Pembuatan Hidrogel PNVP Monomer

Inisiator (%wt)

NVP (0,96 mL)

1

Variasi (%wt) Pengikat Silang 1 3 5

Waktu reaksi (jam)

Suhu (°C)

8

70

Perlakuan ini dilakukan terhadap dua jenis agen pengikat silang yaitu EGDMA dan MBAm. Dari hasil variasi ini ditentukan jenis dan konsentrasi agen pengikat silang yang paling baik kemudian dilakukan variasi berikutnya yaitu variasi waktu reaksi untuk mengetahui waktu reaksi optimal dalam pembuatan hidrogel ini.

Tabel 3.2 Variasi Waktu Pembuatan Hidrogel PNVP

Monomer

Inisiator (%wt)

NVP (0,96 mL)

1

(%wt) Pengikat Silang

Variasi Suhu (0C)

x

70

Waktu reaksi (jam) 16 24

Untuk lebih mempermudah pengerjaan maka dibuat diagram alir pengerjaan penelitian ini yang terdapat pada Lampiran 1.

3.2.2

Karakterisasi Hidrogel Terikat Silang

3.2.2.1 Persen Konversi dan Derajat Ikat Silang Penentuan persen konversi dalam penelitian merupakan ukuran seberapa banyak hasil yang diperoleh dari hasil polimerisasi suatu monomer. Untuk menentukan persen konversi, hasil polimerisasi yang Universitas Indonesia


19

masih dalam bentuk laturan harus dikeringkan terlebih dahulu kemudian dihitung dengan rumus sebagai berikut (3.1)

Untuk mengetahui derajat terikat silang dari hidrogel yang diperoleh dapat dilakukan dengan mengekstraksi sampel. Cara ekstraksi yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan cara melakukan perendaman sampel dalam pelarutnya selama 24 jam. Etanol dijaga agar selalu hangat sehingga perendaman dilakukan di atas hotplate dengan suhu dibawah titik didih etanol yaitu 78°C. Sebelumnya gel hasil polimerisasi dibungkus dengan kertas saring kemudian diikat dengan tali. Setelah 24 jam, hidrogel hasil perendaman ini dikeringkan kemudian ditimbang beratnya sampai diperoleh berat konstan. Derajat ikat silang atau fraksi gel yang terbentuk selama proses sintesis dihitung dengan rumus di bawah ini:

%

Dengan :

(3.2)

Wdg : Berat gel setelah perendaman dan pengeringan Wip : Berat polimer awal hasil sintesis

3.2.2.2 Rasio Swelling Karakterisasi swelling ini berdasarkan absorpsi air ke dalam gel selama beberapa waktu dengan menggunakan metode gravimetri (Benamer S et al., 2006). Sampel gel hasil perendaman dengan etanol yang sudah dikeringkan ditimbang dengan berat tertentu kemudian diletakkan dalam wadah yang berisi aquades pada suhu ruang selama 2 hari (48 jam) hingga mencapai equilibrium (maksimal air terabsorpsi). Sampel yang telah mengembang akibat absorpsi air dikeringkan dengan cara blooting permukaannya menggunakan kertas saring agar hidrogel bebas dari air Universitas Indonesia


20

(Liang-Wei Hong et al., 2010). Sampel yang sudah di blooting kemudian ditimbang kembali dengan menggunakan neraca analitik. Proses pengeringan dan penimbangan dilakukan hingga diperoleh berat konstan. Derajat swelling dapat dihitung dengan rumus (

Dengan :

)

(3.3)

Wi : Berat hidrogel mengembang hasil swelling Ws : Berat gel kering

[(

)]

%

(3.4)

Kandungan air saat equilibrium dapat dihitung dengan rumus berikut :

[(

Dengan :

(3.5)

)]

Wi : Berat hidrogel mengembang hasil swelling Ws : Berat gel kering

3.2.2.3 Karakterisasi FT-IR KBr yang sudah dihaluskan, dimasukkan ke dalam wadah untuk kemudian dilakukan pengukuran background. Setelah spektrum background terukur, baru dilakukan pengukuran sampel hidrogel. Sejumlah sampel hidrogel terikat silang dicampur dengan KBr, dihaluskan kemudian dimasukkan ke dalam wadah sampel. Wadah sampel diletakkan pada tempat sel tepat dibawah sinar. Sampel siap untuk diukur dengan FT-IR. Spektrum akan terukur sesuai dengan range panjang gelombang pada FT-IR 4000-400 cm-1 (Liang-Wei Hong et al, 2010). Hasil pengukuran sampel hidrogel kemudian dianalisis spektrum vibrasi ikatan yang muncul baik vibrasi ulur maupun tekuk pada gugus fungsinya. Universitas Indonesia


21

Spektrum monomer dibandingkan dengan spektrum hidrogel terikat silang yang berhasil disintesis. Karakterisasi ini untuk membuktikan apakah reaksi polimerisasi sudah terjadi dengan baik atau belum.



BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pembuatan Hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) (PNVP) Pembuatan hidrogel Poli(N-vinil pirrolidon) ini merupakan langkah pertama dan merupakan langkah inti dari penelitian yang dilakukan. Pembuatan hidrogel dilakukan dengan teknik polimerisasi radikal bebas dengan sistem larutan dimana semua bahan dicampurkan di satu waktu kemudian dipanaskan dengan keberadaan pelarut. Digunakan sistem larutan karena reaksi ini merupakan reaksi eksotermik sehingga untuk mencegah panas yang terlalu tinggi atau tidak terdistribusi dengan baik dibutuhkan pelarut. Pelarut yang digunakan dalam reaksi polimerisasi ini adalah etanol. Dengan keberadaan pelarut maka dapat dihindari terjadinya kenaikan viskositas sistem secara drastis. Viskositas yang terlalu tinggi akan menghambat pergerakan rantai radikal sehingga pembentukan jaringan hidrogel membutuhkan waktu yang lebih lama. Hal ini menjadi sangat penting untuk diperhatikan karena kenaikan viskositas berhubungan dengan pembentukan hidrogel. Reaksi polimerisasi radikal bebas cenderung terkontrol karena terjadi secara bertahap dari mulai inisiasi, propagasi kemudian berakhir dengan terminasi rantai. Reaksi pemanjangan rantai terjadi seiring dengan pengurangan ikatan rangkap monomer karena ikatan rangkap monomer inilah yang berperan dalam proses pemanjangan rantai reaksi polimerisasi. Untuk membuat sistem homogen, maka dilakukan pengadukan pada sistem selama reaksi berlangsung. Dengan pengadukan akan menyebabkan tumbukan antar partikel menjadi lebih besar sehingga menyebabkan laju reaksi (polimerisasi) menjadi lebih besar. Sistem dibuat vakum nitrogen, untuk menghilangkan oksigen yang masih ada sehingga meminimalisir terjadinya kegagalan reaksi atau terminasi di awal karena reaksi polimerisasi radikal bebas sangat sensitif terhadap oksigen.

22



23

Susunan alat pembuatan hidrogel ini dapat dilihat pada gambar 4.1

Gambar 4.1 Susunan Alat Pembuatan Hidrogel PNVP Pada saat polimerisasi berlangsung, warna larutan berubah yang awalnya bening menjadi sedikit kekuningan. Ini dimungkinkan karena efek panas yang diberikan. Larutan dipastikan sudah homogen karena agen pengikat silang dan inisiator yang berupa padatan sudah melarut. Selain itu sebagai bukti bahwa reaksi pengikatan silang terjadi adalah larutan yang sedikit mengental dibandingkan dengan larutan awal sebelum diberi perlakuan. Setelah reaksi selesai dilakukan, hasil polimerisasi yang masih dalam bentuk larutan kemudian dikeringkan untuk menghilangkan pelarutnya yaitu etanol. Dilakukan pengeringan pada suhu ruang selama 24 jam dilanjutkan dengan pengeringan dalam oven selama 48 jam. Setelah dikeringkan, hidrogel yang terbentuk adalah berbentuk lembaran film seperti pada gambar 4.2 berikut

Gambar 4.2 Film Hidrogel PNVP Universitas Indonesia


24

Proses polimerisasi N-vinil pirrolidon dimulai dengan dekomposisi inisiator BPO menjadi benzoiloksi yang kemudian akan menyerang monomer sehingga membentuk monomer radikal.

Radikal benzoiloksi ini yang akan menyerang monomer kemudian berikatan silang dengan agen pengikat silang selama reaksi polimerisasi berlangsung. Berikut dijelaskan dalam suatu mekanisme reaksi

Gambar 4.3 Mekanisme Reaksi Pembentukan Hidrogel PNVP dengan Agen Pengikat Silang MBAm



25

Gambar 4.3 menjelaskan mekanisme polimerisasi pembentukan hidrogel dengan agen pengikat silang MBAm. Proses radikal bebas terdiri dari paling sedikit dua tahap. Tahap pertama merupakan tahap pembentukan radikal bebas yang hampir selalu terjadi karena pemutusan ikatan secara homolitik dimana setiap pecahan atau fragmentasinya mengandung satu elektron. Ini yang disebut dengan tahap dekomposisi inisiator. Tahap ini bisa terjadi secara spontan atau dengan bantuan panas atau cahaya bergantung kepada jenis ikatan. Benzoil peroksida merupakan senyawa peroksida yang tidak stabil terhadap panas, memiliki energi ikatan rendah sehingga ketika diberi panas, akan terurai menjadi radikalnya. Pada penelitian ini digunakan suhu 70°C untuk membentuk radikal benzoiloksi (March J, 2007). Mekanisme reaksi pembentukan hidrogel PNVP dengan agen pengikat silang EGDMA terdapat dalam lampiran 3. Tahap dekomposisi inisiator menghasilkan dua radikal yang aktif. Kedua radikal ini bisa membuat reaksi terhenti atau terminasi dengan menggabungkan keduanya membentuk ikatan baru. Namun jarang sekali proses ini langsung diikuti dengan terminasi. Alasanya karena kebanyakan radikal reaktif dan akan bereaksi pertama kali dengan spesi yang tersedia ketika terjadi kontak. Ketika konsentrasi radikal rendah, dia lebih suka membentuk molekul daripada radikal lainnya (March J, 2007). Terjadi inisiasi yaitu penyerangan radikal ke monomer untuk membentuk radikal baru. Radikal baru inilah yang kemudian dapat bereaksi dengan radikal lain. Setelah proses inisiasi, reaksi selanjutnya adalah propagasi yaitu reaksi perpanjangan rantai dimana radikal monomer menyerang monomer yang tersedia untuk melakukan polimerisasi kemudian terikat silang dengan MBAm ataupun EGDMA. Kedua agen pengikat silang ini memiliki dua ikatan rangkap pada ujung rantainya sehingga oligomer bisa melekat pada kedua ujung rantai agen pengikat silang. Dengan ikatan seperti ini maka terbentuk jaringan hidrogel. Tahap propagasi ini berlangsung sampai monomer habis atau reaksi terhenti karena faktor lain yang dapat menghentikan reaksi. Jika monomer sudah habis terpakai maka akan terjadi terminasi. Terminasi bisa dilakukan dengan dua cara yaitu kombinasi dan disproporsionasi. Kecenderungan untuk terjadi terminasi dengan Universitas Indonesia


26

salah satu cara diatas adalah bergantung kepada hambatan yang dimiliki di setiap unitnya misalnya hambatan ruang. Hidrogel yang terbentuk dari hasil penelitian ini merupakan gel kimia karena terikat silang secara kovalen membentuk jaringan dengan mengganti ikatan hidrogen dengan ikatan kovalen yang lebih kuat dan stabil (Hennink&Nostrum, 2002). Gel jenis ini akan mencapai titik equilibrium swelling tergantung kepada interaksi air-polimer dan densitas ikat silang (Rosiak&Yoshii, 1999). Pembentukan gel hasil pengikatan silang monomer dengan agen pengikat silang melalui reaksi polimerisasi dapat diilustrasikan seperti gambar 4.3 berikut

Gambar 4.4 Ilustrasi Pembentukan Gel (Sumber : Allan S Hoffman, 2002)

Lembaran hidrogel ini kemudian dikarakterisasi untuk membuktikan apakah reaksi polimerisasi ini berhasil atau tidak. Karakterisasi yang dilakukan untuk membuktikan apakah reaksi polimerisasi terjadi dengan baik atau tidak adalah dengan melakukan pengukuran dan analisis FT-IR. Polimerisasi NVP ini dikatakan berhasil jika serapan yang diberikan oleh gugus fungsi ikatan rangkap (C=C) yang terdapat pada monomer NVP hilang. Alasannya karena radikal bebas menyerang ikatan rangkap yang terdapat pada monomer untuk melakukan polimerisasi dan pengikatan silang lebih lanjut sehingga ikatan rangkap hilang dan digantikan dengan deretan monomer atau oligomer yang membentuk polimer.



27

Gambar 4.5 Spektrum FT-IR monomer NVP (hitam) dan PNVP-MBAm 5% 24 Jam (merah) Spektrum diatas adalah spektrum hidrogel PNVP-MBAm 5% dengan waktu reaksi 24 jam dibandingkan dengan spektrum monomer NVP. Dilakukan perbandingan seperti ini untuk membuktikan bahwa reaksi polimerisasi sudah berjalan dengan cukup baik. Spektrum hidrogel dengan variasi konsentrasi agen pengikat silang lainnya dapat dilihat pada lampiran 2. Spektrum berwarna hitam adalah spektrum monomer N-vinil pirrolidon sedangkan spektrum berwarna merah merupakan spektrum hidrogel PVP-MBAm 5% dengan waktu reaksi 24 jam. Menurut Szaraz et al, larutan murni NVP memiliki 2 pita spektrum IR yang sangat kuat. Pertama, vibrasi stretching ikatan C=C, sesuai dengan stretching olefin C=C, yang biasanya ditemukan di daerah 1680-1630 cm-1. Pita kedua merupakan stretching karbonil (C=O) yang juga ditemukan di daerah ini. Sun menjelaskan bahwa monomer NVP memiliki puncak kuat pada daerah 8001000 cm-1 yang menunjukkan stretching ikatan rangkap vinil. Pada penelitian ini puncak 1631 cm-1 (C=C) dengan intensitas sedang dan 1700 cm-1 (C=O) Universitas Indonesia


28

ditemukan di monomer NVP. Ketidakberadaan bending vinil dan vibrasi stretching ikatan C=C pada spektrum polimer mengindikasikan bahwa monomer NVP sudah terpolimerisasi. Pada panjang gelombang 3500 cm-1, menggambarkan serapan vibrasi C-N (Chen Ko-Shao et al., 2005) Spektrum dengan panjang gelombang 2800-3200 cm-1 merupakan spektrum vibrasi stretching alifatik C-H, dan biasanya vibrasi stretching C-H olefin berada pada 3049 cm-1. Sedangkan untuk bendingnya berkisar antara 8501416 cm-1.

C=O

C-H

C=C

Gambar 4.6 Spektrum FT-IR Hidrogel PNVP-EGDMA 5% 8 Jam Gambar 4.5 menjelaskan spektrum hidrogel dengan agen pengikat silang EGDMA 5% dengan waktu reaksi 8 jam. Vibrasi stretching ikatan rangkap C=C di 1600 cm-1 dan bending vinil sudah tidak terlihat pada hidrogel ini. Selain keberadaan puncak gugus diatas, puncak karbonil C=O yang tetap ada terletak pada angka 1700 cm-1 ini cukup dapat menjelaskan bahwa reaksi polimerisasi atau pembuatan hidrogel dengan agen pengikat silang EGDMA 5% dengan waktu reaksi 8 jam sudah terjadi cukup baik. Berdasarkan hasil FT-IR sampel yang dipilih, dapat disimpulkan bahwa polimerisasi terjadi dengan baik. Selanjutnya perlu mencari hidrogel mana yang memiliki sifat paling baik, mengacu kepada hasil dari beberapa variasi yang telah Universitas Indonesia


29

dilakukan. Untuk menentukan hidrogel mana yang memiliki kondisi optimum dilakukan karakterisasi secara gravimetri yaitu melalui penentuan derajat ikat silang kemudian diikuti dengan karakterisasi lainnya untuk mendukung data yang diperoleh yaitu diantaranya penentuan persen konversi, derajat ikat silang dan rasio swellingnya.

4.1.1 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Persen Konversi Hidrogel PNVP Hasil polimerisasi yang masih dalam bentuk larutan, dikeringkan dalam oven dan kemudian ditimbang berat keringnya untuk dihitung persen konversinya. Data persen konversi disajikan dalam tabel dibawah ini Tabel 4.1 Persen Konversi Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang

Jenis pengikat silang MBAm

EGDMA

Konsentrasi pengikat silang (%wt) 1 3 5 1 3 5

Wi monomer (g)

Wp kering (g)

% Konversi

1 1 1 1 1 1

0,908 0,966 0,861 0,691 0,948 0,939

90,8 96,6 86,1 69,1 94,8 93,9

Dengan menganalisis hasil konversi monomer yang diperoleh terhadap jenis dan konsentrasi agen pengikat silang yang digunakan, dapat disimpulkan bahwa persen konversi dengan agen pengikat silang baik MBAm maupun EGDMA dengan konsentrasi 5% lebih kecil dibandingkan dengan 1% dan 3%. Ketika konsentrasi pengikat silang yang digunakan lebih besar, pertumbuhan partikel akan lebih sulit sehingga dapat menurunkan laju polimerisasi dan menghasilkan persen konversi yang lebih kecil. Universitas Indonesia


30

Persen Konversi Hidrogel PNVP 120

%Konversi

100 80 MBA

60

EGDMA

40 20 0 0

2

4

6

Konsentrasi Agen Pengikat Silang

Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Konversi 4.1.2 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang terhadap Derajat Ikat Silang Hidrogel PNVP Dengan komposisi monomer, inisiator yang sama seperti yang telah disebutkan sebelumnya, variasi pertama yang dilakukan adalah variasi jenis sekaligus variasi konsentrasi pengikat silang dalam pembuatan hidrogel PNVP. Variasi Monomer

P mL) NVP (0,96 e

Inisiator (%wt)

1


Waktu reaksi (jam)

Suhu (°C)

1 3 5

8

70

Pemilihan jenis pengikat silang yaitu EGDMA dan MBAm adalah berdasarkan penelitian-penelitian sejenis yang banyak menggunakan agen pengikat silang ini dalam pembuatan hidrogel berbasis kopolimerisasi antara N-tert-butylacrylamide (NtBAAm) dan N-isopropylacrylamide (NIPAAm). Pengikat silang memiliki dua ikatan rangkap pada ujung Universitas Indonesia


31

rantainya sehingga diharapkan mampu mengikat silang rantai polimer satu dengan rantai polimer lainnya dengan baik. Sedangkan untuk variasi konsentrasi pengikat silang dalam reaksi pembuatan hidrogel tidak boleh lebih dari 10-15 persen karena jumlah pengikat silang yang terlalu tinggi akan membuat hidrogel rapuh dan kehilangan sifatnya sebagai gel. Untuk itu dilakukan variasi dibawah nilai itu untuk mencari kondisi optimumnya. Dari uji variasi jenis dan konsentrasi pengikat silang terhadap derajat ikat silang diperoleh data sebagai berikut : Tabel 4.2 Persen Gel Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang Jenis pengikat silang MBAm

EGDMA

Konsentrasi pengikat silang (%wt) 1 3 5 1 3 5

Wip (g)

Wdg (g)

DC (%gel)

0,907 0,966 0,861 0691 0,948 0,939

0 0,166 0,208 0 0 0,181

0 17,177 24,109 0 0 19,276

Persen Gel Hidrogel PNVP vs Konsentrasi Pengikat Silang

% Gel

30 20

MBA

10

EGDMA

0 1

3 5 Konsentrasi Agen Pengikat Silang

Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Gel Universitas Indonesia


32

Derajat ikat silang dari dua hidrogel dengan jenis agen pengikat silang yang berbeda menunjukkan angka yang sedikit berbeda. Derajat ikat silang hidrogel dengan pengikat silang MBAm 5% lebih besar daripada dengan pengikat silang EGDMA 5%. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan karena perbedaan reaktivitas antara MBAm dengan EGDMA. Selain itu juga pengaruh hambatan ruang yang dimiliki oleh kedua senyawa ini. Dilihat dari strukturnya, MBAm yang memiliki dua ikatan rangkap diujung rantainya akan membentuk radikal pada karbon sekunder (CH∙) pada tahap inisiasi rantai polimer. Dari radikal sekunder inilah kemudian reaksi polimerisasi dilanjutkan ke tahap propagasi dan terminasi. Lain halnya dengan EGDMA, walaupun sama-sama memiliki dua ikatan rangkap pada ujung rantainya, namun radikal yang dihasilkan merupakan radikal tersier (C∙). Sebagaimana diketahui, seperti ion karbonium, urutan kestabilan dari suatu radikal bebas adalah tersier > sekunder > primer. Kestabilan dapat meningkat jika terdapat kemungkinan untuk beresonansi. EGDMA memiliki radikal bebas pada posisi tersier yang artinya radikal bebas ini lebih stabil dalam suatu reaksi, ketersediannya melimpah sehingga lebih mudah bereaksi dibandingkan dengan MBAm yang memiliki radikal bebas pada posisi sekunder. Posisi sekunder lebih tidak stabil atau bisa dikatakan ketersediaan radikalnya sedikit sehingga lebih tidak disukai jika harus bereaksi dengan senyawa lain. Alasan yang dapat menjelaskan mengapa agen pengikat silang MBAm memberikan angka yang lebih baik daripada EGDMA adalah karena adanya efek induksi dari atom elektronegatif yang terdapat pada kedua senyawa berbeda ini. Pada EGDMA terdapat atom O sedangkan pada MBAm terdapat atom N. Kedua atom ini memiliki keelektronegatifan yang sebenarnya tidak jauh berbeda. Namun karena berpengaruh pada induksi ke atom lain, maka bisa saja memberikan hasil yang jauh berbeda. Atom O pada EGDMA lebih elektronegatif dibandingkan dengan atom N pada MBAm. Kekuatan sebagai penarik elektron yang dilakukan oleh atom O lebih besar daripada atom N, menyebabkan ikatan rangkap pada C tetangganya lebih tidak disukai untuk diserang oleh radikal bebas. Universitas Indonesia


33

Sedangkan untuk efek induksi atom N yang lebih bersifat pendorong elektron dibandingkan dengan atom O, menyebabkan atom ikatan rangkap pada C tetangganya lebih disukai untuk diserang dan bereaksi. Reaksi polimerisasi ini melibatkan reaksi adisi elektrofilk sehingga yang lebih berpotensi untuk diserang oleh radikal adalah MBAm yang lebih reaktif. Hal inilah yang menyebabkan kecenderungan reaksi polimerisasi pengikatan silang terhadap MBAm lebih besar daripada polimerisasi pengikatan silang terhadap EGDMA. Selain faktor reaktivitas, faktor hambatan ruang juga mempengaruhi kestabilan radikal bebas. Dengan bentuk planar, dapat dikatakan senyawa itu memiliki hambatan ruang yang kecil sehingga kemungkinan melakukan reaksinya lebih besar jika dibandingkan dengan yang bukan planar (lebih reaktif). Sedangkan adanya fenomena resonansi akan meningkatkan kestabilan radikal bebas sehingga senyawa menjadi kurang reaktif. Dalam hal ini MBAm memiliki hambatan ruang yang lebih kecil jika dibandingkan dengan EGDMA karena ketiadaan gugus R' pada radikal bebasnya. Penyerangan oleh rantai radikal bebas lain yang terjadi selama reaksi propagasi lebih mudah dilakukan dari berbagai sisi pada agen pengikat silang MBAm. Sedangkan pada EGDMA, penyerangan rantai radikal bebas lain sedikit lebih sulit karena keberadaan gugus R' yang memperkecil ruang gerak rantai radikal bebas yang ingin berpropagasi. Sedangkan untuk mempelajari pengaruh variasi konsentrasi agen pengikat silang terhadap derajat ikat silang yang terjadi pada polimer PNVP, dapat dilihat berdasarkan gel hasil perendaman dalam pelarutnya yang dilakukan guna memurnikan polimer terikat silang. Setelah melewati proses perendaman dalam pelarutnya, hanya ada dua kemungkinan yang terjadi di akhir prosesnya yaitu hidrogel masih ada atau larut. Fenomena tidak larut ini menunjukkan bahwa hidrogel sudah membentuk jaringan terikat silang (struktur tiga dimensi dari hidrogel). Semakin banyak agen pengikat silang yang ditambahkan maka tahapan reaksi polimerisasi Universitas Indonesia


34

khususnya tahap propagasi dimana agen pengikat silang berperan mengikat antar dua rantai polimer semakin cepat. Dengan begitu proses pengikatan silang menjadi lebih efisien terlebih jika dianggap semua pengikat silang habis bereaksi. Maka ketika diukur secara gravimetri, dihasilkan persen gel lebih besar pada gel dengan konsentrasi pengikat silang yang lebih besar terbukti dari data yang dihasilkan yaitu persen gel PNVP-MBAm 3% lebih kecil jika dibandingkan dengan persen gel PNVPMBAm 5%. Dari penelitian yang dilakukan, diperoleh hasil bahwa konsentrasi minimum agen pengikat silang yang ditambahkan untuk membuat hidrogel PNVP-MBAm sebesar 3% dari jumlah monomer yang ditambahkan. Lain halnya dengan hidrogel PNVP-EGDMA. Dengan menggunakan konsentrasi agen pengikat silang sebesar 3% belum cukup untuk membuat jaringan hidrogel. Sehingga konsentrasi minimum agen pengikat silang EGDMA yang harus ditambahkan supaya terbentuk hidrogel PNVPEGDMA adalah sebesar 5% dari monomer yang ditambahkan. Hal ini juga erat kaitannya dengan kestabilan radikal bebas dan faktor hambatan ruang yang dimiliki oleh masing-masing agen pengikat silang sehingga mempengaruhi reaktivitasnya untuk bereaksi atau dalam hal ini adalah untuk melakukan polimerisasi.

4.1.3 Pengaruh Jenis dan Konsentrasi Pengikat Silang terhadap Rasio Swelling Hidrogel PNVP Rasio swelling suatu hidrogel berkaitan erat dengan derajat ikat silang yang telah dibahas sebelumnya. Kemampuan untuk menangkap dan menahan air didalam jaringan yang terbentuk kemudian mengembang merupakan hasil dari keseimbangan antara kekuatan sebar pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah penetrasi air ke dalam hidrogel. Selain itu bergantung pula kepada dua faktor yaitu struktur kimia polimer dan densitas ikatan silang. Hidrogel yang mengandung bagian Universitas Indonesia


35

hidrofilik, derajat mengembangnya lebih tinggi jika dibandingkan dengan hidrogel yang mengandung bagian hidrofobik karena bagian hidrofobik ini akan hilang dengan adanya air, memperkecil kemungkinan hidrogel mengembang. Keberadaan ikatan silang juga salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi swelling suatu hidrogel. Hidrogel dengan ikat silang tinggi memiliki struktur yang lebih kuat, rapat sehingga kecil kemungkinan untuk mengembang dibandingkan dengan hidrogel dengan rasio ikat silang yang lebih rendah. Adanya ikatan silang mencegah mobilitas rantai polimer, sehingga memperkecil rasio swelling (Peppas NA, 2000). Gel dapat mengembang dalam air sampai 1000 kali berat keringnya (S Glados, M Maciejewski, 1998). Proses gel mengembang dalam air terdiri dapat dijelaskan melalui beberapa langkah. Langkah pertama, molekul air masuk kedalam matriks hidrogel yang paling polar yaitu bagian hidrofilik, disebut sebagai air terikat primer. Langkah kedua, bagian hidrofobik membuka dirinya kemudian berinteraksi dengan molekul air yang disebut sebagai air terikat secara hidrofob atau air terikat sekunder. Air terikat primer maupun sekunder ini bersatu membentuk air terikat total. Pada tahap terakhir, karena adanya tekanan osmotik yang menyerang jaringan kemudian ditahan dengan pengikat silang, maka ada sejumlah air yang terserap. Air yang terserap sampai titik equilibrium gel dapat mengembang disebut “air bebas”, yang mengisi ruang antara rantai jaringan dengan bagian tengah yang dimiliki oleh pori yang lebih besar (A Hoffman, 2002). Dari uji variasi jenis dan konsentrasi pengikat silang terhadap rasio swelling diperoleh data sebagai berikut :



36

Tabel 4.3 Rasio Swelling Hasil Variasi Jenis dan Konsentrasi Agen Pengikat Silang Jenis pengikat silang MBAm

EGDMA

Konsentrasi pengikat silang (% wt) 1 3 5 1 3 5

W hidrogel mengembang (g) 0 0,042 0,009 0 0 0,048

W hidrogel kering (g)

Rasio Swelling

0 0,003 0,004 0 0 0,008

0 11,525 1,556 0 0 4,894

Rasio Swelling Hidrogel PNVP vs Konsentrasi Pengikat Silang Rasio Swelling

15 10

MBA EGDMA

5 0 1

3 5 Konsentrasi Agen Pengikat Silang

Gambar 4.9 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Rasio Swelling Terjadi penurunan yang signifikan pada nilai rasio swelling hidrogel dengan pengikat silang MBAm 3% dan 5%. Hal ini kaitannya dengan persen gel yang telah dibahas sebelumnya. Persen gel PNVPMBAm 3% lebih kecil jika dibandingkan dengan PNVP-MBAm 5%. Derajat ikat silang PNVP-MBAm 3% lebih kecil sehingga menghasilkan rasio swelling yang lebih besar. Semakin baik hidrogel terikat silang, maka ikatan silang semakin sempurna diantara rantai polimer, maka semakin sulit air diserap melalui mekasime osmosis kedalam matriks hidrogel. Kebalikannya, jika derajat ikat silang rendah, kekuatan ikat silang jaringan kecil artinya air bisa masuk ke dalam matriks hidrogel lebih mudah dan Universitas Indonesia


37

hidrogel mampu mengembang dan mempertahankan sejumlah air di dalamnya sampai tercapai kesetimbangan. Rasio swelling PNVP-MBAm 5% memiliki nilai yang lebih kecil daripada PNVP-EGDMA 5%. Dengan konsentrasi pengikat silang yang sama namun memiliki derajat ikat silang yang berbeda karena adanya perbedaan reaktivitas pada agen pengikat silang yang berperan penting dalam pembentukan jaringan, maka menghasilkan rasio swelling yang berbeda pula. Hidrogel dengan pengikat silang MBAm lebih sulit swelling dibandingkan dengan hidrogel dengan pengikat silang EGDMA karena memiliki derajat ikat silang yang lebih besar. Kemampuan mengembang dalam medium cair erat kaitannya dengan sifat hidrofilitas hidrogel. Dengan pengikat silang yang berbeda kepolaran atau perbedaan afinitas terhadap air, akan menghasilkan derajat mengembang yang berbeda. Penyerangan terhadap jaringan ikat silang sewaktu proses swelling terjadi berhubungan dengan banyaknya air yang bisa masuk, ditangkap dan ditahan oleh jaringan yang terbentuk. EGDMA, pengikat silang yang merupakan suatu ester memiliki hidrofilisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan MBAm. Hal ini menyebabkan air yang dapat menembus jaringan hidrogel dengan pengikat silang EGDMA lebih banyak dibandingkan dengan yang menggunakan MBAm dengan konsentrasi yang sama yang dalam hal ini adalah sebesar 5%. Jika dituliskan dalam satu grafik, maka hubungan antara derajat ikat silang dengan rasio swelling digambarkan secara utuh pada gambar 4.8



38

Persen Gel vs Rasio Swelling 14 12 10 8 6 4 2 0

Rasio Swelling

30

%Gel

25 20 15 10 5 0

DC (%gel) PNVPMBA DC (%gel) PNVPEGDMA Swelling Degree PNVP-MBA

1 3 5 Konsentrasi Agen Pengikat Silang

Gambar 4.10 Grafik Pengaruh Konsentrasi dan Jenis Pengikat Silang terhadap Persen Gel dan Rasio Swelling 4.1.4 Pengaruh Variasi Waktu Reaksi terhadap Derajat Ikat Silang Hidrogel PNVP Variasi selanjutnya yang dilakukan adalah variasi waktu reaksi yang kemudian diuji derajat ikat silangnya. Dengan jenis dan konsentrasi yang sudah optimum diperoleh dari uji variasi sebelumnya, yaitu gel dengan pengikat silang MBAm 5%, maka selanjutnya dilakukan variasi waktu reaksi. Dilakukan variasi ini untuk membuktikan apakah waktu reaksi mempengaruhi sifat hidrogel yang diperoleh. Variasi yang dilakukan adalah :

Monomer

Inisiator (%wt)

NVP (0,96 mL)

1


Variasi Suhu (0C)

Waktu reaksi (jam) 16

5

70 24

Karena waktu reaksi 8 jam telah dilakukan sebelumnya, maka dalam variasi waktu ini diperlukan tambahan variasi waktu 16 dan 24 jam. Kemudian gel hasil variasi waktu ini dihitung derajat ikat silangnya seperti perhitungan pada variasi sebelumnya. Universitas Indonesia


39

Dari hasil uji variasi waktu reaksi terhadap derajat ikat silang hidrogelnya, diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 4.4 Persen Gel Hasil Variasi Waktu Reaksi Agen Pengikat Silang

Waktu (jam)

MBAm 5% H a

Wsebelum Wsesudah (g) (g)

DC (%gel)

8

0,861

0,208

24,109

16

0,921

0,243

26,408

24

0,979

0,282

28,846

Hasil ini menunjukkan bahwa semakin lama waktu reaksi, derajat ikat silang hidrogel semakin tinggi. Artinya gel yang terbentuk lebih baik sifat mekaniknya, lebih tidak rapuh karena ikat silang yang lebih sempurna. Semakin lama waktu reaksi, jalannya reaksi polimerisasi akan lebih sempurna, reaksi propagasi akan semakin lama sehingga semakin banyak perpanjangan rantai dengan monomer dan agen pengikat silang. Diharapkan monomer hampir semua bereaksi dan ikat silang yang terjadi semakin sempurna juga.

%Gel

Persen Gel PNVP-MBAm 5% vs Waktu Reaksi 30 28 26 24 22 20 8

16 Waktu Reaksi

24

Gambar 4.11 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Persen Gel



40

4.1.5 Pengaruh Variasi Waktu Reaksi terhadap Rasio Swelling Hidrogel PNVP Dengan memperhatikan hasil derajat ikat silang, maka terdapat hubungan antara derajat ikat silang dengan rasio swelling yang dimiliki oleh hidrogel. Berikut data variasi waktu reaksi terhadap rasio swelling : Tabel 4.5 Rasio Swelling Hasil Variasi Waktu Reaksi Agen Pengikat Silang

MBAm 5%

Waktu (Jam)

Wsebelum Wsesudah (g) (g)

Rasio Swelling

8

0,002

0,012

5,211

16

0,005

0,02

2,707

24

0,008

0,027

2,514

Hasil pengamatan menunjukkan bahwa hasil pengukuran derajat ikat silang yang trendnya semakin naik, menyebabkan rasio swellingnya semakin menurun karena dua sifat ini saling berlawanan dengan alasan yang sudah dijelaskan sebelumnya. semakin lama waktu reaksi maka semakin besar derajat ikat silangnya. Hal ini mungkin dikarenakan proses pengikatan silang yang lebih sempurna terjadi saat reaksi polimerisasi juga berlangsung lama. Karena derajat ikat silang yang tinggi, hal ini menyebabkan rasio swelling menurun seiring dengan bertambahnya waktu reaksi.

Rasio Swelling

Rasio Swelling vs Variasi Waktu 6 5 4 3 2 1 0

MBA…

8

16

24

Waktu Reaksi

Gambar 4.12 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Rasio Swelling Universitas Indonesia


41

Jika digambarkan hasil keseluruhan variasi waktu terhadap derajat ikat silang dan rasio swelling adalah sebagai berikut :

Variasi Waktu vs Persen Gel dan Rasio Swelling 10

20

30 6 5 4 3 2 1

Rasio Swelling

DC (%gel)

0 3 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1

DC (%gel) PNVP-MBA 5% Swelling Degree PNVPMBA 5%

0 8

16

24

Waktu Reaksi

Gambar 4.13 Grafik Pengaruh Waktu Reaksi terhadap Persen Gel dan Rasio Swelling



BAB 5 PENUTUP

5.1 Kesimpulan Berdasarkan penelitian dan hasil-hasil analisis yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa : 

Hidrogel PNVP, terikat silang lebih baik dengan menggunakan agen pengikat silang MBAm daripada EGDMA dengan konsentrasi dan waktu reaksi yang sama yaitu berturut-turut 5% dan 8 jam



Hidrogel PNVP memiliki derajat ikat silang yang lebih tinggi pada konsentrasi agen pengikat silang MBAm 5% baik dengan waktu reaksi 8 atau 24 jam



Waktu optimum yang diperoleh untuk sintesis hidrogel PNVP terikat silang melalui reaksi polimerisasi radikal bebas teknik larutan adalah 24 jam



Persen Gel yang diperoleh pada jenis dan konsentrasi agen pengikat silang serta waktu optimum yaitu MBAm 5% 24 Jam adalah 28,8%



Rasio Swelling gel yang diperoleh pada jenis dan konsentrasi agen pengikat silang serta waktu optimum yaitu MBAm 5% 24 Jam adalah 2,5 atau sekitar 250%



Semakin tinggi konsentrasi agen pengikat silang semakin baik sifat mekaniknya. Tetapi semakin kecil kemampuan mengabsorp air (swelling)



Semakin lama waktu reaksi maka semakin banyak ikat silang yang terjadi yang membuat struktur hidrogel semakin rigid

5.2 Saran Untuk menyempurnakan penelitian yang sudah dilakukan, maka disarankan : 

Hidrogel PNVP disintesis dengan teknik kopolimerisasi atau IPNs (Interpenetrating Polymer Networks) 42



43



Perlu dilakukan penambahan waktu reaksi polimerisasi untuk penelitian selanjutnya



Karakterisasi lebih lanjut dari hidrogel yang berhasil disintesis misalnya karakterisasi morfologi, derajat kristalinitas dan sebagainya



DAFTAR REFERENSI

Aiqin Wang, Wenbo Wang. 2010. Synthesis and swelling properties of pHsensitive semi-IPN superabsorbent hydrogels based on sodium alginateg-poly(sodium acrylate) and polyvinylpyrrolidone. China: Center for Eco-material and Green Chemistry, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences Anseth KS, Bowman CN, Brannon-Peppas L. 1996. Mechanical properties of hydrogel and their experimental determination. Biomaterials. 17:1647-57 Bromberg L.E. and Ron E.S. 1998. Temperature-responsive gels and thermogelling polymer matrices for protein and peptide delivery, Adv. Drug Deliv. Rev. 197-221 Chen Ko-Shao, et al. 2005. Preparation and characterization of pH sensitive poly(N-vinyl-2-pyrrolidone/itaconic acid) copolymer hydrogels. Taiwan: Department of Material Engineering, Tatung University Cristina M.A. Lopes&Maria I. Felisberti. 2002. Mechanical behaviour and biocompatibility of poly(1-vinyl-2-pyrrolidinone)–gelatin IPN hydrogels. Brazil : Instituto de Quiımica, Universidade Estadual de Campinas Declan M. Devine, Clement L. Higginbotham. 2003. The synthesis of a physically crosslinked NVP based hydrogel. Dublin Road, Athlone, Co. Westmeath, Ireland: Department of Polymer, Athlone Institute of Technology. Declan M. Devine, Clement L. Higginbotham. 2005. Synthesis and characterisation of chemically crosslinked N-vinyl pyrrolidinone (NVP) based hydrogels. Dublin Road, Athlone, Co. Westmeath, Ireland: Centre for Biopolymer and Biomolecular Research, Athlone Institute of Tech Declan M. Devine, et al. 2007. The synthesis, swelling behaviour and rheological properties of chemically crosslinked thermosensitive copolymers based on N-isopropylacrylamide. Ireland: Centre for Biopolymer and Biomolecular Research, Athlone Institute of Technology Devine DM, Higginbotham CL. 2003. The synthesis of physically crosslinked NVP based hydrogel. Polymer. 44:7851-60 44



45

Florey K. 1993. Analytical Profiles of Drug Substance & Excipients vol 22. California : Academic Press Inc. p.562 Galaev IY, Mattiason B. 1999. 'Smart' polymers and what they could do in biotechnology and medicine. TIBTECH. 17:335 Gibas I and Janik H.2010. Review: Synthetic Polymer Hydrogels For Biomedical Applications. Gdansk, ul Narutowicza : Gdansk University of Technology, Chemical Faculty, Polymer Technology Department Glados S&Maciejewski M. 1998. Wiadomosci Chemiczne. 101 Graham NB. 1990. Controlled drug delivery systems. Chem Ind : 482–6. Gupta P, Vermani K, Gary S. 2002. Research focus;DDT vol. 7: 569–578. H. R. Kricheldorf. 2005. Handbook of Polymer Synthesis. 132 Hennink, W. & van Nostrum, C. 2002. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Advanced Drug Delivery Reviews. Vol. 54, No. 1 (January 2002), pp.13-36, ISSN 0169-409X Hoffman, A. S. 2002. Hydrogels for biomedical applications. Advanced Drug Delivery Reviews. Vol. 54, No. 1, (January 2002), pp.3-12, ISSN 0169409X Hong-Liang Wei, et al. 2010. Characterisation of N-vinyl-2-pyrrolidone-based hydrogels prepared by a Diels–Alder click reaction in water. PR China: School of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou Janusz M. Rosiak and Fumio Yoshii. 1999. Hydrogels and their medical applications. Poland: Institute of Applied Radiation Chemistry, Technical University of Lodz Jude I. Ngadaonye. 2011. Jude I. Synthesis and characterisation of thermosensitive terpolymer hydrogels for drug delivery applications. Ireland: Department of Chemistry, School of Science, Galway-Mayo Institute of Technology, Dublin Road,Galway K.L. Shantha, D.R.K. Harding. 2002. Synthesis, characterisation and evaluation of poly[lactose acrylate-N-vinyl-2-pyrrolidinone] hydrogels for drug delivery. New Zealand : Chemistry, Institute of Fundamental Sciences, Massey UniversityKhorram Mohammad, et al.2002. Fast Responsive Universitas Indonesia


46

Thermosensitive Hydrogels as Drug Delivery Systems. Tehran, I.R. Iran: Department of Chemical Engineering, Tarbiat Modarres University Kishida A, Ikada Y. 2002. Hydrogels for biomedical and pharmaceutical applications. In: Dumitriu S. editor. Polymeric Biomaterials. 2nd ed. p. 133–45. L.F. Miranda, L.V. Ramanathan, et al.1999. Crosslinking and degradation of PVP hydrogels as a function of dose and PVP concentration Langer R, Peppas NA. 2003. Advances in biomaterials, drug delivery and bionanotechnology. AIChE J;49:2990–3006. Lee, John. 2009. Current Situation And Application Of Medical Polymeric Materials. http://polymerization.asia/articles. 6 agustus 2011: Pk 8.18. Lopes Cristina M. A, Felisberti Maria I. 2002. Mechanical behaviour and biocompatibility of poly(1-vinyl-2-pyrrolidinone)–gelatin IPN hydrogels. Brazil: Instituto de Quımica, Universidade Estadual de Campinas Luke M. Geever, et al. 2005. The synthesis, characterisation, phase behaviour and swelling of temperature sensitive physically crosslinked poly(1-vinyl2-pyrrolidinone)/poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels. Ireland: Centre for Biopolymer and Biomolecular Research, Athlone Institute of Technology M Robert, G Clayton, C Terence. 1974. Spectrometric Identification of Organic Compounds Third Edition. Canada: John Wiley & Sons, Inc March, Jerry. 1977. Advanced Organic Chemistry. 2nd edition.Mc Graw Hill Mark James E. 1999. Polymer Data Handbook. Nguyen KT, West JL. 2002. Photopolymerised hydrogels for tissue engineering applications. Biomaterials;23:4307–14. Nierzwicki W. and Prins W. 1975. Hydrogels of crosslinked poly(1-glyceryl methacrylate) and poly(2-hydroxypropyl methacrylamide). Polym Sci. J Appl. P. Drumheller, J.A. Hubbell, 1995. Densely crosslinked polymer networks of PEG in trimethylolpropane triacrylate for cell adhesion-resistant surfaces. J. Biomed. Mater. Res. 29 201–215. Universitas Indonesia


47

Park K, Qui Y. 2001. Adv Drug Delivery Rev 53:321 Peppas NA. 1986. In: Hydrogels in medicine and pharmacy, vol. II. Boca Raton: CRC Press Peppas N, Bures P, Leobandung W&Ichikawa H. 2000. Hydrogels in pharmaceutical formulations. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. Vol. 50, No. 1, pp. 27-46, ISSN 0939-6411. Rahway NJ. 1983. The merck Index, 1oth ed. Merck & Co.Inc. p. 1106 Ravichandran P, Shantha KL, Panduranga Rao K. 1997. Preparation, swelling characteristics and evaluation of hydrogels for stomach specific drug delivery. Int J Pharm : 154:89–94. Rosiak JM, Yoshii F. 1999. Nucl Instrum Methods Phys Res, B;151: 56–64. Rosiak JM. 1991. Hydrogel dressing HDR, radiation effect on polymer. Washington DC:ACS. p.118-20 S. Benamer, M. Mahlous, A. Boukrif, B. Mansouri, S.L. Youcef. 2006. Synthesis and characterisation of hydrogels based on poly(vinyl pyrrolidone). Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 284–290. S. Benamer. 2006. Synthesis and characterisation of hydrogels based on poly(vinyl pyrrolidone). Algeria: Centre de Recherche Nucle´aire d’Alger, 2 Bd Frantz Fanon, BP-399 Alger-gare Shuping Jin, et al. 2006. Synthesis and characterization of pH-sensitivity semiIPN hydrogel based on hydrogen bond between poly(N-vinylpyrrolidone) and poly(acrylic acid). China : Department of Chemistry, Lanzhou University, Lanzhou Stevens, Malcolm P. 2007. Kimia Polimer. Diterjemahkan oleh: Dr. Ir. Iis Sopyan, M.Eng. Jakarta: PT. Perca. Sun SF. 1998. Physical chemistry of macromolecules, basic principles and issues. New York: Wiley. p. 400–15. Sza´raz I, Forsling W. 2000. A spectroscopic study of the salvation of 1-vinyl-2pyrrolidone and poly(1-vinyl-2-pyrrolidone) in different solvents. Polymer;41:4831–9. Truong, K. & J. West. 2002. Photopolymerizable hydrogels for tissue engineering Universitas Indonesia


48

Urban, Dieter dan Koichi Takamura. 2002. Polymer Dispersion and Their Industrial Application. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH. W.E. Hennink, C.F. van Nostrum. 2002. Novel crosslinking methods to design hydrogels, Adv. Drug Deliv. Rev. 13–36. Wei HL, Yang Z, Zheng LM, Shen YM. 2009. Thermosensitive hydrogels synthesized by fast Diels–Alder reaction in water. Polymer 50:2836–40. Wise DL. 2001. Handbook of pharmaceutical controlled release technology. New York-Basel: Marcel Dekker, Inc.



LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram Alir Pengerjaan Penelitian

Pembuatan hidrogel PVP

0.96 ml monomer + pengikat silang + pelarut +inisiator dicampur dalam reaktor sambil diaduk dan dipanaskan pada suhu 70˚C selama 8 jam. Sistem vakum N2 selama reaksi. Variasi Konsentrasi Pengikat Silang Variasi Jenis Variasi waktu Pengikat Silang reaksi

Terbentuk larutan hidrogel PVP terikat silang. Kemudian dicetak kedalam wadah.

Dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam. Dilanjutkan dengan pengeringan menggunakan oven selama 2 hari

Karakterisasi hidrogel PVP terikat silang dengan hasil optimum

Gravimetri

49


FTIR

Analisis Hasil

Lampiran 2. Spektrum FT-IR Gabungan monomer-hidrogel NVP-MBA3% 8 Jam

50


(Lanjutan) Gabungan monomer-hidrogel NVP-MBA5% 8 Jam

51


(Lanjutan) Gabungan monomer-hidrogel NVP-EGDMA 5% 8 Jam

52


Lampiran 3. Mekanisme reaksi pembentukan hidrogel PNVP dengan agen pengikat silang EGDMA

53


(Lanjutan)

54


UNIVERSITAS INDONESIA SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROGEL POLI(N-VINIL PIRROLIDON) (PNVP) TERIKAT SILANG MELALUI POLIMERISASI RADIKAL BEBAS SKRIPSI

Recommend Documents