SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI PENCANGKOKAN ASAM AKRILAT PADA ONGGOK DIALDEHIDA SHINTA DEWI PERMATA SARI

Transkripsi

1 SINTESIS SUPERABSRBEN MELALUI KPLIMERISASI PENANGKKAN ASAM AKRILAT PADA NGGK DIALDEHIDA SHINTA DEWI PERMATA SARI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BGR BGR 2013

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFRMASI SERTA PELIMPAHAN HAK IPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Asam Akrilat pada nggok 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 Shinta Dewi Permata Sari NIM G

4

5 ABSTRAK SHINTA DEWI PERMATA SARI. Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Asam Akrilat pada nggok Dialdehida. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS UD dan M. ANWAR NUR. nggok merupakan salah satu limbah padat dari industri tepung tapioka. Tujuan penelitian ini adalah memodifikasi onggok tersebut melalui oksidasi dengan NaI 4 dilanjutkan dengan kopolimerisasi pencangkokan dan penautan silang untuk menghasilkan polimer superabsorben (SAP). Penentuan kadar karbonil dilakukan untuk menentukan kondisi oksidasi onggok yang optimum. ksidasi selama 1 jam dengan konsentrasi NaI M dan aseton sebagai pembilas memberikan hasil terbaik. Pencangkokan dan penautan-silang asam akrilat pada kerangka utama onggok dialdehida dilakukan dengan N,N -metilenabis-akrilamida sebagai penaut-silang dan amonium peroksidisulfat sebagai inisiator. Sintesis dilakukan pada suhu º selama 3 jam kemudian produk kopolimer ditentukan kapasitas serap airnya. Nilai kapasitas serap air SAP optimum ialah g/g dalam 24 jam. Kapasitas serap maksimum SAP dalam larutan kisaran ph 2 sampai 11, ialah g/g pada ph 9, sedangkan kapasitas serap maksimum dalam larutan garam dihasilkan pada konsentrasi Nal 0.01 M, yaitu g/g. Kata kunci: asam akrilat, kapasitas serap, oksidasi, onggok, superabsorben ABSTRAT SHINTA DEWI PERMATA SARI. Synthesis of Superabsorbent through Grafting opolymerization of Acrylic Acid on nggok Dialdehyde. Supervised by ZAINAL ALIM MAS UD and M. ANWAR NUR. assava waste pulp (onggok) is a residual pulp obtained from starch industry. The purpose of this study is to modify the pulp through oxidation with NaI 4 followed by grafting and crosslinking copolymerization to obtain superabsorbent polymer (SAP). The carbonyl content measurement was utilized to determine the optimum condition for oxidation. xidation with 0.05 M NaI 4 for 1 hour and subsequent acetone washing solution gave the best result. Grafting and crosslinking of acrylic acid on the pulp backbone were performed with N,N - methylene-bis-acrylamide as crosslinker and ammonium peroxidisulfate as the initiator. The synthesis was carried out at º for 3 hours, then the water absorptive capacity of the copolymer products were determined. Water absorptive capacity of SAP was g/g in 24 hours. The maximum absorptive capacity of SAP in solutions with ph ranging from 2 to 11 was g/g at ph 9, whereas the maximum absorptive capacity in salt solutions were obtained at 0.01 M Nal, namely g/g. Key words: absorptive capacity, acrylic acid, cassava, oxidation, superabsorbent

6

7 SINTESIS SUPERABSRBEN MELALUI KPLIMERISASI PENANGKKAN ASAM AKRILAT PADA NGGK DIALDEHIDA SHINTA DEWI PERMATA SARI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BGR BGR 2013

8

9 Judul Skripsi : Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Asam Akrilat pada nggok Dialdehida Nama : Shinta Dewi Permata Sari NIM : G 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 Tanggal Lulus:

10

11 PRAKATA Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT penulis ucapkan atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulisan karya ilmiah yang berjudul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Asam Akrilat pada nggok Dialdehida dapat diselesaikan dengan baik. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilakukan dari bulan Februari hingga Agustus 2013 di Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, kritikan, saran, dukungan, dan kerja sama yang telah diberikan oleh Bapak Dr Zainal Alim Mas ud DEA selaku pembimbing I dan Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc selaku pembimbing II. Selain itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ayah, Ibu, Adik, serta keluarga atas segala doa, motivasi dan semangat yang diberikan selama studi hingga penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Kepala Laboratorium Kimia Terpadu atas fasilitas yang diberikan selama penulis melakukan penelitian, staf LT, yaitu Kak Indah, Kak Baim, Kak Rita, Mbak Mila, dan Mas Yono atas bantuan dan masukan selama penelitian berlangsung. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Lestari Ainun Mardiyah sebagai sahabat sekaligus rekan kerja penelitian dan Pebry Hidayat atas dukungan dan kerja sama yang telah diberikan, serta pihak-pihak lain yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penyusunan karya ilmiah ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu tanpa maksud mengurangi rasa terima kasih. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Agustus 2013 Shinta Dewi Permata Sari

12 DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR LAMPIRAN vii PENDAHULUAN 1 BAHAN DAN METDE 2 Alat dan Bahan 2 Metode 2 HASIL DAN PEMBAHASAN 4 Hasil ksidasi nggok 4 Kopolimer nggok Dialdehida-g-Poli(AA) 6 iri-iri SAP nggok Dialdehida-g-poli(AA) 7 SIMPULAN 11 DAFTAR PUSTAKA 11 LAMPIRAN 13 RIWAYAT HIDUP 21

13 DAFTAR GAMBAR 1 Reaksi oksidasi onggok 4 2 Spektrum FTIR onggok sebelum ( ) dan sesudah ( ) dioksidasi 5 3 Pembentukan radikal sulfat dari inisiator APS 7 4 Spektrum FTIR onggok dialdehida-g-poli(aa) 8 5 Proses pembengkakan polimer superabsorben 8 6 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam akuades pada berbagai waktu 9 7 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan garam Nal dengan berbagai konsentrasi 10 8 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan berbagai ph 11 DAFTAR LAMPIRAN 1 Diagram alir penelitian 13 2 Kadar karbonil onggok dialdehida 14 3 Hipotesis reaksi kopolimerisasi taut-silang onggok dialdehida-gpoli(aa) 15 4 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam akuades pada berbagai waktu 18 5 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan garam Nal dengan berbagai konsentrasi 19 6 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan berbagai ph 20

14 PENDAHULUAN Sumber daya alam seperti pati dan selulosa sering dimanfaatkan sebagai bahan baku pengganti untuk material yang berasal dari sumber daya fosil. Material yang dihasilkan akan lebih ramah lingkungan, contohnya ialah bioetanol berbahan baku singkong, ubi jalar, tebu, dan jagung. Bahan baku tersebut juga dapat digunakan untuk pembuatan polimer biodegradabel. Polimer biodegradabel banyak diminati untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pembuangan limbah polimer sintetik. Polimer biodegradabel dapat dibuat dari bahan baku berupa limbah industri, antara lain limbah industri pengolahan tepung tapioka. Industri tapioka merupakan salah satu industri pertanian (agroindustri) yang cukup banyak terdapat di Indonesia. Jumlah produksi singkong sebagai bahan baku tepung tapioka juga cukup besar, yaitu sekitar 24.2 juta ton pada tahun 2012 (BPS 2012). Potensi ini menjadikan singkong sebagai salah satu komoditas tanaman pangan yang penting sebagai sumber karbohidrat, bahan baku industri makanan, kimia, dan pakan ternak. Proses pengolahan singkong menjadi tepung tapioka menghasilkan limbah sekitar 10 15% dari bahan mentahnya (Supriyadi 2002). Limbah tersebut berupa onggok. Tingginya hasil samping ini akan sangat menguntungkan apabila dapat dimanfaatkan menjadi produk yang lebih berdaya guna. Salah satu contoh pemanfaatan onggok ialah sebagai bahan baku polimer superabsorben (SAP). Polimer sintetik umumnya sukar mengalami biodegradasi sehingga timbul masalah lingkungan ketika limbahnya dibuang. Pengembangan polimer superabsorben (SAP) berbasis-pati berpotensi memecahkan masalah tersebut. Polimer superabsorben telah banyak digunakan dalam produk popok bayi, pertanian, dan produk higienis perempuan (Salim dan Suwardi 2009). Dalam bidang pertanian, kombinasi SAP dengan pupuk dapat memperbaiki ketersediaan hara tanaman, mengurangi pencemaran lingkungan dari pupuk yang terlarut, serta mengurangi kehilangan air dan pupuk akibat penguapan (Ramadhani 2009). Pemanfaatan SAP dalam bidang pertanian memerlukan pengujian kapasitas serap SAP terlebih dahulu dalam air, larutan berbagai ph, dan garam. Penelitian sebelumnya telah dilakukan mengenai sintesis SAP berbasis karbohidrat dari onggok tapioka. Kurniadi (2010) melakukan kopolimerisasi pencangkokan monomer asam akrilat (AA) menggunakan serium sulfat sebagai inisiator. Produk SAP yang dihasilkan memiliki kapasitas serap air 4.3 g/g. Amroni (2011) menyintesis SAP melalui kopolimerisasi pencangkokan monomer akrilamida menggunakan amonium peroksidisulfat (APS) sebagai inisiator dan N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA) sebagai penaut-silang. Setelah proses saponifikasi, dihasilkan kapasitas serap air g/g. Fitriyanto (2013) menyintesis SAP melalui kopolimerisasi pencangkokan AA menggunakan APS sebagai inisiator dan MBA sebagai penaut-silang. Hasil optimisasi dengan berbagai variasi konsentrasi inisiator dan penaut-silang menghasilkan produk SAP dengan kapasitas serap air g/g. Untuk lebih mengoptimumkan nilai kapasitas serap air SAP, onggok dioksidasi terlebih dahulu sebelum dilakukan kopolimerisasi. ksidasi menggunakan oksidator spesifik (NaI 4 ) bertujuan mengubah gugus H di posisi 2 dan 3 pada pati menjadi aldehida, serta membuka rantai siklik pati. Rantai lurus akan membuka rongga molekul pati

15 sehingga menjadi lebih besar dan terbentuknya 2 gugus aldehida akan menambah tapak aktif untuk pencangkokan monomer asam akrilat sehingga asam akrilat yang tercangkok akan lebih banyak dan kapasitas serap SAP diharapkan akan lebih meningkat. Kondisi oksidasi onggok yang optimum ditentukan berdasarkan kadar karbonil dan spektrum inframerah transformasi Fourier (FTIR) produk oksidasi. Sintesis SAP berbasis onggok dilakukan melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada onggok teroksidasi, metode ini dapat dengan mudah menambahkan sifat baru pada polimer alami dengan sedikit saja kehilangan sifat awal substrat. Polisakarida alami memiliki keragaman struktural dan kelarutan dalam air sehingga berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku sintesis kopolimer cangkok (Maiti 2010). Penelitian ini bertujuan menyintesis SAP melalui kopolimerisasi cangkok onggok dialdehida hasil oksidasi, dengan monomer AA, MBA sebagai penautsilang, dan APS sebagai inisiator. Produk yang dihasilkan dievaluasi melalui pencirian gugus fungsi, pengujian kapasitas serap air, larutan garam, dan larutan berbagai ph. Bagan alir penelitian dapat dilihat di Lampiran 1. BAHAN DAN METDE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat radas pencangkokan yang terdiri atas labu leher tiga, penangas air yang dilengkapi dengan pengatur suhu, termometer, kondensor, dan pengaduk magnet, neraca analitik, oven, alat-alat kaca, dan spektrofotometer Shimadzu FTIR Prestige-21. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain tepung onggok singkong (100 mesh), asam akrilat (AA), amonium peroksidisulfat (APS), N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA) p.a (Merck), gas nitrogen (B), metanol, etanol, aseton, akuades, natrium periodat (NaI 4 ), KBr, Hl, NaH, dan Nal. Metode Preparasi Sampel nggok Sampel limbah padat singkong (onggok) dicuci dengan air hingga bersih, pencucian dilakukan sebanyak 2 3 kali. Sampel dipisahkan dari filtratnya dan dijemur di bawah sinar matahari hingga kering. Sampel yang sudah kering, diblender dan disaring dengan menggunakan saringan 100 mesh. ksidasi nggok (Margutti et al. 2002) Sebanyak 1 g sampel dicampurkan ke dalam 100 ml larutan NaI 4 dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.05, dan 0.1 M. Reaksi oksidasi dilakukan pada suhu 25. Sampel onggok dimasukkan ke dalam wadah yang terlindungi dari cahaya,

16 3 kemudian ditambahkan larutan NaI 4 (dengan variasi konsentrasi). ampuran diaduk selama variasi waktu 15 dan 60 menit. Selanjutnya produk oksidasi dicuci dengan akuades hingga ph mendekati netral (ph 6), kemudian dikeringkan dan disimpan di tempat yang gelap. Penentuan Kadar 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 o, didinginkan pada suhu 40 o, dan ph disesuaikan menjadi 3.2 dengan penambahan Hl 0.1 M. Kemudian 15 ml reagen hidroksilamina ditambahkan (reagen dibuat dengan melarutkan 25 g hidroksilamina hidroklorida dalam 100 ml NaH 0.5 M). Labu ditempatkan pada penangas air dengan suhu 40 o selama 4 jam. Sampel dengan cepat dititrasi dengan Hl 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 Kadar karbonil = (blangko sampel)ml [Hl] bobot sampel (g) Pencangkokan Asam Akrilat pada nggok Dialdehida nggok sebagai substrat ditimbang sebanyak 7.5 g kemudian dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan ditambahkan akuades sebanyak 75 ml. ampuran diaduk dengan kecepatan motor pengaduk ±200 rpm dan dipanaskan hingga suhu mencapai 90. Setelah itu, dialirkan gas nitrogen dan dibiarkan selama 30 menit dengan suhu dijaga konstan. Setelah 30 menit, suhu diturunkan ke suhu kamar (±30 ), kemudian berturut-turut ditambahkan AA sebanyak 22.5 ml, MBA sebanyak 0.03 g, dan APS sebanyak 0.3 g, dengan diaduk selama 5 menit setiap penambahan pereaksi. Suhu dinaikkan menjadi ±77 dan ditunggu selama 3 jam. Selama proses pencangkokan, gas nitrogen terus dialirkan. Setelah reaksi selesai, hasil reaksi diendapkan dengan metanol. Polimer hasil pencangkokan digunting kecil-kecil, lalu direfluks dengan aseton sebanyak 200 ml selama 1 jam dengan suhu 70. Polimer hasil refluks dikeringkan dalam oven 60 dan ditimbang. Pencirian SAP nggok Dialdehida-g-poli(AA) Analisis gugus fungsi dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer Shimadzu FTIR Prestige-21. Sebanyak 100 mg KBr dan 10 mg SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dicampur hingga homogen. ampuran dibuat pelet, lalu ditempatkan pada wadah sampel. Pemayaran dilakukan pada kisaran bilangan gelombang cm -1. Uji kapasitas serap dilakukan dengan menimbang SAP onggok-g-poli(aa) sebanyak kira-kira 0.1 g, lalu direndam dalam 200 ml air bebas ion dengan variasi waktu 5, 10, 20, dan 30 menit, serta 1, 2, 4, 8, 16, dan 24 jam. Uji kapasitas serap pada berbagai nilai ph dilakukan dengan merendam ±0.1 g SAP onggok-g-poli(aa) dalam 200 ml larutan ph 2 hingga 11 selama 24 jam. Uji kapasitas serap dalam larutan Nal dilakukan dengan merendam 0.1 g SAP onggok-g-poli(aa) dalam 200 ml larutan Nal 0.01, 0.02, 0.06, 0.08, 0.10, 0.50, dan 1 M selama 24 jam. SAP yang telah mengembang pada setiap perlakuan

17 disaring dengan saringan 100 mesh. Setelah mendapat bobot konstan, bobot akhir ditimbang. Kapasitas serap (Q eq ) dihitung dengan menggunakan persamaan: Q eq =bobot akhir (g) bobot awal (g) bobot awal (g) HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil ksidasi nggok nggok memiliki kandungan karbohidrat yang tinggi, yang melalui modifikasi akan meningkat kebermanfaatannya. Dalam penelitian ini, metode oksidasi digunakan untuk memodifikasi karbohidrat dalam onggok secara kimia. ksidasi akan mengubah struktur molekul karbohidrat sehingga memiliki karakteristik yang berbeda. Besarnya perubahan pada sifat struktural, fisik, dan kimia karbohidrat teroksidasi bergantung pada asal tumbuhan, jenis oksidator, dan kondisi reaksi. Sifat-sifat yang dimiliki oleh karbohidrat teroksidasi di antaranya kecerahan lebih tinggi (pati lebih putih), kekentalan lebih rendah, tekstur gel yang dibentuk lebih lembek, granul lebih mudah pecah, serta waktu dan suhu gelatinisasi lebih tinggi. Karbohidrat dioksidasi dengan natrium periodat (NaI 4 ) sebagai oksidator spesifik yang dapat memutus ikatan 2-3 dan membentuk 2.3-dialdehida tanpa hasil samping yang signifikan (Margutti et al. 2002). Untuk menghasilkan pati teroksidasi yang optimum, dilakukan optimisasi kondisi oksidasi. ptimisasi dilakukan pada suhu ruang dengan variasi waktu selama 15 menit dan 1 jam, dan variasi konsentrasi NaI 4 sebesar 0.01, 0.05, dan 0.1 M. Lamanya waktu oksidasi dapat memengaruhi hasil oksidasi onggok. Hasil oksidasi yang diinginkan adalah onggok dialdehida, tetapi jika waktu oksidasi terlalu lama, dapat terbentuk dikarboksilat. Sementara konsentrasi NaI 4 yang digunakan dapat memengaruhi jumlah dialdehida yang terbentuk. Hasil oksidasi dinetralkan dengan akuades hingga ph 6 dan dicuci kembali dengan aseton untuk menghilangkan sisa air agar onggok teroksidasi dapat cepat kering. Reaksi oksidasi onggok dengan NaI 4 diberikan pada Gambar 1. H 2 H H 2 H NaI4 H H H H Gambar 1 Reaksi oksidasi onggok

18 5 Analisis gugus fungsi dengan spektrofotometer FTIR dan penentuan kadar karbonil digunakan sebagai parameter untuk menentukan kondisi oksidasi onggok yang optimum. Analisis gugus fungsi dilakukan untuk menunjukkan telah terbentuknya gugus aldehida pada onggok yang dioksidasi. Spektrum FTIR onggok sebelum dan sesudah oksidasi dapat dilihat pada Gambar 2. Spektrum onggok setelah oksidasi, menunjukkan pita serapan pada bilangan gelombang dan cm -1 yang secara berturut-turut menunjukkan vibrasi ulur H dan vibrasi ulur =. Kedua pita serapan tersebut diduga berasal dari gugus aldehida pada onggok yang telah dioksidasi dan mengindikasikan bahwa onggok telah berhasil dioksidasi. Gambar 2 Spektrum FTIR onggok sebelum ( ) dan sesudah ( ) dioksidasi Penentuan kadar karbonil yang terbentuk pada onggok teroksidasi dilakukan untuk menentukan kondisi optimum oksidasi. Berdasarkan Tabel, kadar karbonil setelah reaksi berjalan 15 menit belum terlalu besar; pada waktu reaksi tersebut, belum semua gugus H di 2 dan 3 pada onggok teroksidasi. nggok yang dioksidasi selama 1 jam dengan NaI dan 0.1 M menggunakan pembilas akuades memiliki kadar karbonil yang paling tinggi, yaitu 16.63% dan 16.92%. Dengan pembilas aseton, kadar karbonil yang diperoleh sedikit lebih rendah, secara berturut-turut sebesar 13.69% dan 15.02%. nggok dialdehida yang dipilih untuk pencangkokan adalah hasil oksidasi dengan NaI M selama 1 jam dan menggunakan aseton sebagai pembilas. Hal tersebut disebabkan dengan pembilas aseton, onggok dialdehida dapat lebih cepat kering, serta tidak lembap dan tidak tumbuh mikrob. Kadar karbonil onggok teroksidasi, ditunjukkan pada Tabel.

19 6 Tabel Kadar karbonil onggok oksidasi [NaI 4 ] (M) Waktu oksidasi (menit) Kadar karbonil (%) Larutan pencuci Akuades Akuades Akuades Aseton Aseton Aseton Akuades Akuades Akuades *ontoh perhitungan di Lampiran 2 Kopolimer nggok Dialdehida-g-poli(AA) Kopolimer cangkok adalah rantai makromolekul dengan 1 blok spesies atau lebih yang disambungkan ke rantai utama sebagai rantai samping (Athawale 2005). nggok dialdehida-g-poli(aa) dihasilkan dari hasil pencangkokan onggok dialdehida dengan monomer AA, MBA sebagai penaut-silang, dan APS sebagai inisiator. Metode yang lazim digunakan untuk menghasilkan kopolimer cangkok didasarkan pada pengaktifan rantai polimer yang selanjutnya digunakan untuk menginisiasi polimerisasi suatu monomer yang akan membentuk rantai samping pada rantai polimer tersebut (owd 1991). Pengaktifan atau pembentukan pusatpusat aktif pada rantai utama dapat dilakukan dengan cara kimia menggunakan zat inisiator. Hipotesis reaksi pencangkokan onggok dialdehida-g-poli(aa) dapat dilihat pada Lampiran 3. Asam akrilat (H 2 =HH) digunakan sebagai monomer karena memiliki ikatan rangkap sehingga akan mudah diinisiasi oleh inisiator untuk mengalami polimerisasi adisi. Gugus karbonil pada asam akrilat juga dapat meningkatkan sifat hidrofilik SAP yang dihasilkan sehingga mampu meningkatkan kapasitas penyerapan air (Pratama et al. 2011). Reaksi penautansilang menghasilkan jejaring polimer yang berhubungan dengan kemampuan polimer dalam menyerap air. Selain itu, adanya taut-silang (crosslink) dapat memperkuat ikatan dalam polimer serta struktur dan kekuatan mekaniknya sehingga SAP menjadi lebih kuat dan tidak mudah terurai oleh pelarut. Untuk membentuk taut-silang, diperlukan senyawa yang sedikitnya memiliki 2 gugus fungsi dan memiliki kemiripan struktur dengan monomer yang digunakan (Fitriyanto 2013). leh karena itu, digunakan MBA sebagai penaut-silang. nggok dipilih sebagai kerangka utama kopolimer cangkok karena bahannya mudah diperoleh dan memiliki gugus fungsi yang dapat dimodifikasi secara kimia menjadi produk yang memiliki nilai ekonomis tinggi. nggok yang digunakan ialah yang sudah dihaluskan menjadi butiran berukuran kurang lebih 100 mesh. Asam akrilat dapat dicangkokkan ke rantai pati melalui gugus hidroksil pada posisi 2, 3, dan 6 (Enomoto-Rogers et al. 2009). Asam akrilat kemungkinan akan menempel atau tercangkok pada posisi 2 dan 3 dengan adanya ikatan rangkap dari gugus karbonil aldehida setelah dioksidasi.

20 7 Proses pencangkokan berlangsung dengan dialiri gas nitrogen yang bertujuan menghilangkan gas oksigen dari larutan. ksigen merupakan penggait radikal yang dapat menonaktifkan radikal bebas (tapak aktif) yang telah terbentuk sehingga akan menghambat kopolimerisasi pencangkokan. Nitrogen merupakan gas stabil (lembam) yang tidak mudah bereaksi dengan radikal (tapak aktif) yang dihasilkan (Pratama et al. 2011). Tahap persiapan sebelum pencangkokan ialah proses gelatinisasi pati yang dilakukan pada suhu º. Granul onggok yang dipanaskan akan mengalami pemutusan ikatan hidrogen sehingga air dapat masuk ke dalam granul pati (Wang 2003). Meresapnya air ke dalam granul akan membengkakkan granul pati. Reaksi kopolimerisasi berlangsung pada suhu 70 º. Suhu selama proses pencangkokan harus dijaga konstan karena berpengaruh terhadap laju penggabungan rantai poli(aa) pada tulang punggung pati. Presipitasi dilakukan dengan metanol dan etanol untuk mengikat atau mengambil sisa air. Selanjutnya refluks dilakukan pada suhu 70 º selama 1 jam dengan aseton untuk menghilangkan sisa pereaksi dan homopolimer. Secara umum, mekanisme kopolimerisasi cangkok melibatkan 3 tahap, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi (Zhang et al. 2009). Reaksi kopolimerisasi diawali dengan pembentukan radikal bebas sulfat ( S 3 ) dari inisiator APS (Gambar 3). Ikatan lemah oksigen-oksigen pada APS akan terpecah secara homolitik membentuk radikal S 3. Radikal S 3 akan menginisiasi pembentukan radikal onggok pada ikatan rangkap dari gugus aldehida di posisi 2 dan 3. Pembentukan radikal onggok ini merupakan tahap inisiasi. Selanjutnya radikal onggok akan menyerang ikatan rangkap = pada monomer AA membentuk radikal baru yang akan menyerang kembali ikatan rangkap pada monomer-monomer AA lainnya secara berkelanjutan hingga membentuk rantai cangkok poli(aa) yang panjang. Tahap ini merupakan tahap propagasi, yaitu pertumbuhan rantai poli(aa) yang telah tercangkok pada tulang punggung pati. Tahap terminasi melibatkan pembentukan taut-silang antara radikal pati dialdehida-g-poli(aa) membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. NH 4 S S NH 4 2NH 4 S Amonium peroksidisulfat Gambar 3 Pembentukan radikal sulfat dari inisiator APS iri-iri SAP nggok Dialdehida-g-Poli(AA) Hasil Analisis Gugus Fungsi Berdasarkan Spektrum FTIR Analisis gugus fungsi dilakukan pada sampel SAP onggok dialdehida-g-poli AA berdasarkan spektrum FTIR-nya (Gambar 4). Spektrum tersebut digunakan untuk menunjukkan keberhasilan terbentuknya SAP. Pita serapan pada bilangan gelombang dan cm -1 menunjukkan regangan (dialkil) pada pati, sedangkan pita serapan dengan bilangan gelombang dan cm -1 berturut-turut menunjukkan vibrasi ulur = dan tekuk H yang

21 diduga berasal dari gugus karboksilat pada rantai poli(aa). Keberadaan vibrasi gugus karboksilat menunjukkan keberhasilan proses pencangkokan monomer AA pada onggok dialdehida. Akan tetapi, spektrum IR yang dihasilkan menunjukkan puncak-puncak yang kurang tajam. Hal tersebut mungkin disebabkan hanya sedikit AA yang tercangkok pada onggok dialdehida. 8 Gambar 4 Spektrum FTIR onggok dialdehida-g-poli(aa) Kapasitas Serap Air nggok Dialdehida-g-Poli(AA) Polimer superabsorben (SAP) merupakan jejaring rantai polimer 3 dimensi dengan taut-silang yang menyebabkan disosiasi gugus fungsi ionik seperti asam karboksilat, hidroksil, amina, dan imida. SAP memiliki kapasitas penyerapan air yang tinggi sehingga dapat mengembang (swelling) (Gambar 5). SAP hasil proses pencangkokan ditentukan kapasitas serap air nya, dengan cara dimasukkan ke dalam akuades pada berbagai kisaran waktu. Gambar 5 Proses pembengkakan polimer superabsorben. Gugus utama dalam SAP yang dihasilkan adalah gugus hidrofilik berupa asam karboksilat (-H) dari monomer AA yang sudah tercangkok. Ketika SAP dimasukkan ke dalam air atau pelarut, akan terjadi interaksi antara gugus hidrofilik tersebut dan molekul air. Selain itu, tautan-silang 3 dimensi dalam SAP akan memerangkap air. Tautan-silang juga mencegah pembengkakan takterbatas pada SAP yang sudah memerangkap air (Widiyanto 2011). Air dapat diserap oleh SAP karena tekanan osmotik air lebih rendah daripada SAP, dan air akan

22 9 berpindah dari tekanan osmotik rendah ke tinggi. Setelah mencapai kesetimbangan, air yang terserap akan membentuk ikatan hidrogen dengan gugus asam karboksilat pada AA. Pada akhirnya air yang terserap ini akan tetap tertahan dalam SAP dan menyebabkan pembengkakan. Kapasitas serap air dapat diukur dengan metode volumetri, gravimetri, spektroskopi, dan mikrogelombang. Metode volumetri mengukur perubahan volume SAP atau air sebelum dan sesudah penyerapan, metode gravimetri mengukur perubahan bobot SAP. Metode spektroskopi mengukur perubahan spektrum UV SAP dan metode mikrogelombang mengukur tingkat penyerapan mikro gelombang berdasarkan perubahan energi (Anah et al. 2010). Dalam penelitian ini, persen pembengkakan SAP diukur dengan metode gravimetri terhadap waktu. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 6, dengan contoh perhitungan diberikan di Lampiran 4. Gambar 6 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam akuades pada berbagai waktu Berdasarkan Gambar 6, semakin lama SAP direndam dalam air, semakin berat gel yang terbentuk seiring dengan semakin banyaknya air yang terperangkap dalam SAP. Kapasitas serap air paling tinggi sebesar g/g diperoleh dengan waktu perendaman selama 24 jam. Kapasitas serap air SAP hasil pencangkokan onggok baku (yang tidak dioksidasi) hanya sebesar g/g. nggok baku memiliki 3 gugus hidroksil pada unit glukosa penyusunnya yang karena kepolarannya, mampu menyerap air. Namun, perlakuan oksidasi pada onggok sebelum sintesis SAP dapat menaikkan lebih dari 2 kali lipat kapasitas serap air. ksidasi onggok dengan NaI 4 mengubah gugus H di posisi 2 dan 3 menjadi aldehida serta membuka rantai siklik pati. Rantai lurus yang terbentuk akan memperbesar rongga molekul pati dan 2 gugus aldehida dapat menjadi tapak aktif untuk pencangkokan monomer AA sehingga lebih banyak AA dapat tercangkok. Kedua hal ini dapat meningkatkan kapasitas serap air SAP.

23 Kapasitas Serap SAP nggok Dialdehida-g-Poli(AA) dalam Larutan Garam Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan garam di ukur dengan metode gravimetri dan hasil yang didapat (Lampiran 5) jauh lebih rendah dibandingkan dengan dalam akuades Hal ini lazim dikaitkan dengan perbedaan tekanan osmotik yang menurun antara jaringan SAP dan larutan luar (Kuruwita 2008). Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) semakin menurun dengan meningkatnya konsentrasi Nal yang digunakan (Gambar 7). Tekanan osmotik larutan Nal semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi Nal sehingga perbedaan tekanan osmotik antara larutan luar dan SAP semakin menurun. Hal tersebut menyebabkan penurunan kapasitas serap air. Penyerapan maksimum terjadi pada konsentrasi Nal 0.01 M, yaitu g/g, sedangkan penyerapan minimum sebesar 4.88 g/g diperoleh pada konsentrasi Nal 1 M. 10 Gambar 7 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan garam Nal dengan berbagai konsentrasi. Kapasitas Serap SAP nggok Dialdehida-g-Poli(AA) Dalam Larutan Berbagai ph Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) juga diamati pada kisaran ph 2 hingga 13 (Lampiran 6). Pada ph 2 dan 3, kapasitas serap dipengaruhi oleh kekuatan ionik larutan asam kuat. Keberadaan ion H + yang berlebih akan mengurangi tolakan antarion karboksilat sehingga hidrogel sulit mengembang. Pada ph 4 hingga 10, kapasitas serap meningkat secara signifikan yang menunjukkan perubahan gugus H menjadi anion. Deprotonasi ini meningkatkan gaya tolak anionik sehingga kapasitas serap meningkat secara maksimum (Kuruwita 2008). Pada ph 11 hingga 13, kapasitas serap kembali menurun karena terbentuknya garam Na + yang menurunkan gaya tolak anionik (Pourjavadi et al. 2010). Hubungan kapasitas serap dengan nilai ph dapat dilihat pada Gambar 8.

24 Gambar 8 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan berbagai ph. SIMPULAN SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) berhasil disintesis melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada onggok dialdehida dengan monomer asam akrilat (AA), penaut-silang N,N -metilena-bis-akrilamida (MBA), dan inisiator amonium peroksidisulfat (APS). nggok dialdehida dengan kadar karbonil yang optimum dihasilkan dari oksidasi onggok dengan NaI M selama 1 jam menggunakan aseton sebagai pembilasnya. Kadar karbonil onggok dialdehida tersebut sebesar 13.69%. Kapasitas serap air SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) selama 24 jam sebesar g/g, lebih dari 2 kali lipat kapasitas serap air SAP onggok baku-g-poli(aa) selama 24 jam yang sebesar g/g. Terbentuknya kopolimer cangkok taut-silang dapat dilihat dari spektrum inframerah yang menunjukkan pita serapan onggok dialdehida dan AA. Kapasitas serap maksimum dalam larutan garam dihasilkan pada konsentrasi Nal 0.01 M sebesar g/g. Sementara, nilai maksimum kapasitas serap SAP dalam larutan berbagai ph ialah g/g pada ph 9. DAFTAR PUSTAKA Amroni M Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Anah L, Astrini N, Suharto, Nurhikmat A, Haryono A Studi Awal Sintesa arboxy-methyl ellulose-graft-poly (Acrylic Acid)/Monmorilonit Superabsorben Polimer Hidrogel Komposit Melalui Proses Kopolimerisasi angkok. Bandung (ID): Pusat Penelitian Kimia-LIPI.

25 Athawale VD Graft polymerization: starch as a model substrate. J Macromol Sci-chem Phys. 39: [BPS] Badan Pusat Statistik Statistik Industrial Indonesia Jakarta (ID): BPS. owd Kimia Polimer. Firman H, penerjemah. Bandung (ID): ITB. Terjemahan dari: Polymer hemistry. Enomoto-Rogers Y, Kamitakahara H, Nakayama K, Takano T, Nakatsubo F Synthesis and thermal properties of poly(methyl methacrylate)-graft- (cellobiosylamine-15). ellulose. 16: Fitriyanto EB Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kurniadi T Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kuruwita T Smart polymer materials [disertasi]. hio (US): Bowling Green State University. Maiti S Polysaccharide-based graft copolymers in controlled drug delivery. PharmTech. 2(2): Margutti S, Vicini S, Proietti N, apitani D, onio G, Pedemonte E, Segre LA Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on cellulose. Polymer. 43: Pourjavadi A, Soleyman R, Bardajee, Seidi F γ-irradiation synthesis of a smart hydrogel: optimization using Taguchi method and investigation of its swelling behavior. hem Eng. 17: Pratama Y, Asih AR, Sibarani J Studi kopolimerisasi grafting asam akrilat (AA) pada polietilen (PE) dengan inisiator H 2 2 /Fe 2+ : sebagai penukar kation. J Kim. 5(2): Ramadhani P Sulfonasi onggok sebagai superabsorben [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Salim A, Suwardi Sintesis hidrogel superabsorben berbasis akrilamida dan asam akrilat pada kondisi atmosfer. J Lit Saintek. 14(1):1-16. Supriyadi nggok untuk bahan pakan. Poultry Indonesia [Internet]. [diunduh 2013 Mar 25]. Tersedia pada: Indonesia.com. Sangseethong K, Termvejsayanon N, Sriroth K, haracterization of physicochemical properties of hypochlorite and peroxide oxidized cassava starches. arbohydr Polym. 82: Wang YJ Physicochemical properties of common and waxy corn starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite. arbohydr Polym. 52: Widiyanto Superabsorben hasil pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Zhang T, Yuhai L, Shihuo Y, Zhongyi H Superabsorbent hydrogel as carriers for the controlled-release of urea: experiments and a mathematical model describing the release rate. Biosyst Eng. 102(12):

26 13 Lampiran 1 Diagram alir penelitian nggok nggok dialdehida SAP ptimasi oksidasi, uji kadar karbonil, uji FTIR Pencangkokan, presipitasi, refluks FTIR Respon: Uji kapasitas serap air Uji kapasitas serap air per waktu Uji kapasitas serap dalam larutan garam Uji kapasitas serap dalam ph berbeda

27 14 Lampiran 2 Kadar karbonil onggok dialdehida Bobot Sampel (g) [NaI 4 ] (M) Volume Hl yang digunakan (ml) Kadar Karbonil (%) Larutan Pencuci Waktu ksidasi (menit) Blanko Akuades Akuades Akuades Akuades Akuades Akuades Aseton Aseton Aseton Aseton Aseton Aseton Akuades Akuades Akuades Akuades Akuades Akuades 60 ontoh perhitungan: Kadar karbonil = (blangko sampel)ml [Hl] bobot sampel (g) = ( )mL 0.1 M g = 5.25 %

28 15 Lampiran 3 Hipotesis reaksi kopolimerisasi taut-silang onggok dialdehida-gpoli(aa) Tahap inisiasi NH 4 S S NH 4 2NH 4 S Amonium Peroksidisulf at H 2 H H 2 H NH 4 S NH 4 S H H H H 2 H 2 H 2 H H 2 H H 2 H H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H

29 n 16 lanjutan Lampiran 3 Tahap propagasi H 2 H H 2 H H 2 H H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H H 2 H 2 H H H H H 2 H H 2 H H 2 H 2 H 2 H H n H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H n H 2 H 2 H H H H

30 n n n n n n 17 lanjutan Lampiran 3 Tahap terminasi H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H n n H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2H H 2H H 2H H 2H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2H H 2H H 2H H 2H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H H n n H2 H2 H2 H2 H H H H H H H H 2 H N H H 2 N H H H 2 H 2H H 2H H 2 H 2 H 2 H 2 H2 H2 H2 H2 H 2H H 2H n n n H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 NH HN NH HN H 2 H 2 H 2 H 2 NH HN NH HN H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 n n n H H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H 2H H 2H H 2 H 2 H 2 H 2 H2 H2 H2 H2 H 2H H 2H

31 18 Lampiran 4 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam akuades pada berbagai waktu Waktu Bobot Bobot Kapasitas Ulangan (menit) Awal (g) Akhir (g) serap (g/g) Rerata (g/g) ontoh perhitungan: Kapasitas serap (Q eq ) = bobot akhir (g) bobot awal (g) bobot awal (g) = = g/g

32 19 Lampiran 5 Kapasitas serap SAP onggok dialdehida-g-poli(aa) dalam larutan garam Nal dengan berbagai konsentrasi [Nal] Bobot Bobot Kapasitas serap Ulangan (M) Awal (g) Akhir (g) (g/g) Rerata (g/g) ontoh perhitungan: Kapasitas serap (Q eq ) = bobot akhir (g) bobot awal (g) bobot awal (g) = = b/b

33 20 Lampiran 6 Uji kapasitas serap SAP dalam berbagai larutan ph ph Ulangan Bobot Bobot Kapasitas Awal (g) Akhir (g) serap (g/g) Rerata (g/g)

34 RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Jakarta pada tanggal 5 Juli Penulis merupakan anak pertama dari pasangan Syabanta Indrajaya dan Ambar Sari. Pada tahun 2009, penulis lulus dari SMAN 29 Jakarta dan melanjutkan studi di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Talenta Mandiri IPB (UTMI). Selama masa perkuliahan, penulis bergabung menjadi anggota Paduan Suara Mahasiswa (PSM) AgriaSwara IPB. Selain itu, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Dasar TPB dan asisten praktikum Kimia rganik D3. Pada tahun 2012 penulis melakukan praktik kerja lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi Lemigas Jakarta di Laboratorium Kimia Fisik dan Separasi.