Sintesis Senyawa Turunan Kitosan Chitosan Modiied Carboxymethyl (Cs-Mcm) Dan Aplikasinya Sebagai Agen Perbaikan Mutu Kertas Daur Ulang

Transkripsi

1 Chitosan Modiied Carboxymethyl (Cs-Mcm) Dan Aplikasinya Sebagai Agen Perbaikan Mutu Kertas Daur Ulang 1 Agung Nugroho Catur Saputro, 1 Lina Mahardiani 1 Program Studi Pendidikan Kimia, PMIPA FKIP Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami 36 A Kentingan, Surakarta Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang sintesis Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS-MCM) dan aplikasinya sebagai agen perbaikan mutu kertas daur ulang. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS-MCM) dan diaplikasikan sebagai agen perbaikan mutu kertas daur ulang. Sintesis CS-MCM dilakukan dengan cara mereaksikan kitosan dengan asam monokloroasetat dalam kondisi basa. CS- MCM dikarakterisasi meliputi uji kadar air, kadar abu, viskositas, dan analisis gugus fungsi dengan spektroskopi FTIR. CS-MCM hasil sintesis dilapiskan pada permukaan kertas daur ulang melalui metode pencelupan (dip-coating). Kertas daur ulang yang telah dilapisi CS-MCM dikarakterisasi melalui uji kehalusan permukaan kertas dan uji kekuatan tarik kertas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa 1). Kertas daur ulang berkualitas tinggi dapat dibuat dengan cara melapiskan Chitosan Modiied Carboxymethyl, CS-MCM)., 2). CS-MCM dapat disintesis dengan cara mereaksikan kitosan dengan asam monokloroasetat dalam kondisi basa., 3). CS-MCM dapat meningkatkan mutu kertas daur ulang. Kata kunci : chitosan modiied carboxymethyl (CS-MCM), mutu kertas daur ulang, metode pencelupan. I. PENDAHULUAN Kertas merupakan material yang sangat dibutuhkan di segala bidang, baik perkantoran, lembaga pendidikan, rumah tangga, rumah makan, dan lain-lain. dengan kata lain setiap hari kertas bekas yang dihasilkan oleh masyarakat sangat banyak sekali, dan hal ini tentu perlu perlakuan. Salah satu perlakuan yang dapat diterapkan pada kertas-kertas bekas tersebut adalah memproduksinya menjadi kertas daur ulang. Kertas daur ulang memiliki tekstur yang indah. Dari kertas daur ulang anc_saputro@yahoo.co.id dapat dibuat beraneka ragam kerajinan tangan. Masalah yang berkaitan dengan kertas daur ulang adalah mutu yang lebih rendah dari kertas non-daur ulang, warna kertas cepat buram, tidak cerah, memiliki kekuatan yang rendah, mudah rusak karena pengaruh udara lembab maupun oleh pengaruh mikroorganisme. Kitosan(poli- -(1,4)-D-glukosamin) merupakan makromolekul biologi yang dapat diperoleh dari proses deasetilasi dari kitin yang dapat tersedia melimpah pada cangkang kepiting, kulit udang dan cangkang serangga. Kitin (poli- -(1,4)- Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret

2 N-asetil-D-glukosamin) merupakan biopolimer alami kedua terbanyak di alam setelah selulosa (Yanming, et al., 2001, Baxter, et al., 2005). Setiap tahun sekitar 100 milyar ton kitin diproduksi di permukaan bumi ini oleh krustasea, kerang, rajungan, serangga, jamur dan organisme lainnya. (Rege,P.R and Block,L.H.,1999). Sebagai negara maritim, Indonesia sangat berpotensi menghasilkan kitin dan produk turunannya. Kitosan banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang karena sifat-sifatnya yang unik. Penggunaan kitosan meliputi pemurnian limbah, pengkelat logam-logam berat, pelapis biji untuk meningkatkan hasil panen dan melindungi dari serangan jamur, sistem pengantar obat, dan lain sebagainya (Baxter, et al., 2005). Kitosan juga dibisa dimanfaatkan sebagai penyerap zat warna (dye) dan di industri kertas, kitosan bisa dimanfaatkan sebagai agen perbaikan mutu kertas. Sehingga diperkirakan kitosan dapat dipergunakan sebagai agen perbaikan kertas daur ulang karena selain bisa menyerap warna buram pada kertas daur ulang, kitosan juga membentuk ikatan hidrogen antar rantai polimer selulosa sehingga dapat memperkuat mutu kertas daur ulang. Kitosan memiliki 2 gugus reaktif, yaitu gugus amino dan gugus hidroksil sehingga memungkinkan untuk memodiikasi kitosan secara kimia untuk memperluas aplikasi kitosan. Salah satu modiikasi gugus pada kitosan adalah penggantian gugus hidroksil dengan gugus karboksilat menjadi Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS- MCM). Kitosan yang dimodiikasi menjadi Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS- MCM) diharapkan dapat berikatan dengan serat kertas daur ulang dan meningkatkan kualitas kertas daur ulang tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk memodiikasi kitosan menjadi Chitosan modiied Carboxymethyl (CS-MCM) dan diaplikasikan sebagai agen perbaikan un- tuk meningkatkan mutu kertas daur ulang. II. METODE PENELITIAN Bahan-bahan : serbuk kitosan, NaOH pellet (Merck), asam monokloroasetat (Aldrich), asam asetat p.a (Merck), methanol 70% (Aldrich). Alat-alat : seperangkat alat-alat gelas, kertas saring, oven, alat pencetak kertas, spektroskopi infra merah Sintesis Chitosan modiied carboxymethyl (CS-MCM) : Chitosan modiied carboxymethyl (CS-MCM) disintesis menurut metode Nada et al., (2005) cara sebagai berikut : lima gram kitosan dilarutkan dalam 100 ml larutan NaOH 20% dan diaduk selama 15 menit. 15 gram larutan asam monokloroasetat ditambahkan kedalam larutan kitosan dan mengaduknya selama 2 jam pada suhu 40oC. Kemudian campuran larutan kitosan-monokloro asetat dinetralkan dengan larutan asam asetat 10%, dituangkan kedalam larutan methanol 70% berlebih, menyaringnya dan mencucinya dengan methanol. Produk kitosan termodiikasi karboksimetil yang diperoleh kemudian dikeringkan pada suhu 55oC selama 8 jam. Produk CS-MCM hasil sintesis dikarakterisasi melalui uji kadar air, kadar abu, viskositas dan analisis gugus fungsi dengan spektroskopi FTIR. Pembuatan kertas daur ulang : Kertas bekas yang telah disobek-sobek sebesar perangko, direndam minimal 12 jam agar serat-seratnya menjadi lunak diresapi air. Perendaman dapat pula dibantu dengan perebusan untuk mempercepat proses peresapan air. Kertas yang telah lemas direndam air / direbus, dihancurkan dengan blender, dengan perbandingan 1 ; 4 (4 bagian air untuk 1 bagian kertas). Lama pemblenderan tidak lebih dari 1 menit, sebaiknya dilakukan 2 kali pemblenderan dengan interval 30 detik saja. Bubur kertas yang diperoleh dari pemblenderan dikumpulkan dalam satu wadah. Selanjutnya dapat dilakukan pencucian untuk mengu- 48 Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret 2011

3 rangi kadar asamnya dengan cara menyaring bubur kertas pada kain yang agak lebar dan meletakkannya di atas ember berisi air. Dengan demikian bubur kertas dapat dicuci sekaligus memisahkan potonganpotongan kertas yang mungkin belum hancur akibat pemblenderan. Selanjutnya bubur kertas siap dicetak dan dikeringkan. Setelah kering, kertas dilapisi larutan kitosan dan CS- MCM dengan metode pencelupan untuk meningkatkan kualitas kertas. Kertas daur ulang yang dilapisi kitosan dan CS-MCM dikarakterisasi untuk menentukan kualitas kertas daur ulang, yang meliputi uji kehalusan permukaan kertas daur ulang dan uji kekuatan tarik kertas daur ulang. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sintesis Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS-MCM) Chitosan Modiied Carboxymethyl (CS- MCM) disintesis melalui reaksi antara kitosan dengan asam monokloroasetat dalam pelarut larutan NaOH 20% dan diperoleh rendemen sebesar 72,9%. Reaksi yang terjadi pada sintesis CS-MCM dari kitosan diperkirakan sebagai berikut : R-OH + Cl-CH2-COOH Kitosan R-O-CH2-COOH CS-MCM Produk CS-MCM hasil sintesis dalam penelitian ini dianalisis melalui beberapa metode meliputi uji kadar air, uji kadar abu, viskositas dan analisis gugus fungsi dengan spektroskopi FTIR. 1. Kadar air Produk kitosan CS-MCM hasil sintesis dalam penelitian ini mempunyai kadar air sebesar 0,6779%, yang ternyata lebih tinggi jika dibandingkan kadar air kitosan awal yaitu 0,4985%. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa derivat kitosan CS-MCM mempunyai kemampuan mengikat molekul air lebih kuat dibandingkan kemampuan mengikat molekul air oleh kitosan. Kemampuan mengikat molekul air yang lebih besar pada CS-MCM dibandingkan kitosan kemungkinan disebabkan oleh keberadaan gugus karboksimetil pada struktur CS-MCM. Keberadaan gugus karboksimetil yang menggantikan atom H dalam gugus hidroksil pada atom C-5 dari struktur kitosan menyebabkan lebih banyak kemungkinan terjadi ikatan hidrogen dengan molekul-molekul air, sehingga menyebabkan molekul-molekul air terhidrat yang mengelilingi rantai CS-MCM lebih banyak dibandingkan yang mengelilingi rantai kitosan. 2. Kadar abu Produk CS-MCM hasil sintesis dalam penelitian ini mempunyai kadar abu sebesar 0,6911%. Kadar abu CS-MCM ternyata lebih tinggi dibandingkan dengan kadar abu kitosan, yaitu sebesar 0,3317%. Data ini menunjukkan bahwa senyawa derivat kitosan CS-MCM mempunyai kandungan karbon yang lebih tinggi dibandingkan kitosan. Kenaikan kadar abu senyawa CS-MCM kemungkinan besar disebabkan oleh substitusi/penggantian atom H dalam gugus hidroksil pada atom C-5 dari struktur kitosan dengan gugus karboksimetil sehingga jumlah atom karbon dalam rantai CS-MCM lebih banyak dibandingkan dalam rantai kitosan. 3. Viskositas Data viskositas dapat digunakan untuk memprediksi panjang rantai suatu polimer. Semakin panjang rantai suatu polimer, maka semakin tinggi viskositasnya. Viskositas juga dapat dipergunakan untuk menghitung berat molekul polimer dengan menggunakan persamaan Mark-Hawink. Polimer CS-MCM hasil sintesis mempunyai viskositas sebesar cps sedangkan kitosan yang merupakan bahan dasar sintesis CS-MCM mempunyai harga viskositas sebesar cps. Harga viskositas CS-MCM yang lebih kecil dibandingkan dengan harga viskositas kitosan menunjukkan bahwa rantai polimer Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret

4 CS-MCM lebih pendek dibandingkan rantai polimer kitosan. Hal ini kemungkinan ada kaitannya dengan perlakuan dengan larutan NaOH 20% ketika proses sintesis CS-MCM. Kemungkinan ketika dicampurkan dan diaduk dalam larutan NaOH 20%, pada rantai polimer kitosan terjadi proses depolimerisasi sehingga menyebabkan pemendekan rantai polimer CS-MCM. Berdasarkan perbandingan harga viskositas antara kitosan dengan CS-MCM, maka diperkirakan CS-MCM mempunyai berat molekul lebih kecil dibandingkan dengan kitosan karena rantai polimernya lebih pendek daripada rantai polimer kitosan. 4. Analisis gugus fungsi dengan spektroskopi FTIR Perubahan kitosan menjadi kitosan ter- keberadaan gugus-gugus fungsi karakteristiknya, maka dapat diperkirakan sudah terbentuk atau tidak CS-MCM. Spektra IR kitosan dan kitosan termodiikasi karboksimetil (CS-MCM) disajikan pada Gambar 1. Berdasarkan Gambar 1 terlihat bahwa pada spektra IR CS-MCM muncul puncak serapan pada bilangan gelombang 3448,72 cm -1 yang merupakan serapan dari vibrasi ulur gugus-oh yang tumpang tindih dengan serapan vibrasi ulur NH (Velde dan Kiekens, 2004). Puncak serapan vibrasi ulur C-H mengalami pergeseran dari 2854,65 cm -1 menjadi 2885,51 cm -1 dan intensitasnya berkurang kemungkinan menunjukkan terjadinya kembali pemutusan gugus asetil dari rantai polimer kitosan akibat perlakuan dengan larutan NaOH 50 Gambar 1. Spektra IR (A). Kitosan dan (B). CS-MCM modiikasi karboksimetil (Chitosan Modiied Carboxymethyl, CS-MCM) dapat diamati melalui perubahan gugus-gugus fungsi karakteristiknya. CS-MCM memiliki gugus karboksilat yang merupakan gugus fungsi karakteristik, sedangkan kitosan tidak mempunyai gugus fungsi karboksilat. Oleh karena itu dengan mengamati 20%. Bertambahnya puncak serapan pita amida I (ulur C=O) yang muncul pada bilangan gelombang 1658,78 cm -1 dan 1627,92 cm -1 menunjukkan bertambahnya gugus C=O akibat penambahan gugus karboksilat (-COOH) yang berarti telah terbentuk CS-MCM. Di samping bukti kemunculan dua puncak serapan C=O, Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret 2011

5 terbentuknya CS-MCM dari kitosan dapat diperkuat dengan semakin melebarnya puncak serapan vibrasi ulur C-O yang muncul pada bilangan gelombang 1072,42 cm -1 dan 1026,13 cm -1, yang menunjukkan telah terjadi penambahan gugus karboksilat. Berdasarkan analisis perbandingan gugus fungsi antara kitosan dan CS- MCM di atas, maka disimpulkan bahwa CS-MCM telah terbentuk karena munculnya puncak-puncak karakteristik CS- MCM, sedangkan puncak-puncak karakteristik kitosan berkurang. B. Kajian Pengaruh Pelapisan Kitosan dan CS-MCM terhadap Mutu Kertas Daur Ulang Kertas daur ulang yang telah dibuat dan dikeringkan selanjutnya dilapisi dengan kitosan dan CS-MCM dengan metode pencelupan (dip-coating). Untuk mengetahui terlihat pada Gambar 2. Berdasarkan Gambar 2 terlihat bahwa CS- MCM memberikan pengaruh lebih besar dibandingkan kitosan terhadap peningkatan tingkat kehalusan dan tingkat kekuatan tarik kertas daur ulang. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh keberadaan gugus karboksilat pada rantai CS-MCM sehingga mengakibatkan lebih banyak terjadi ikatan hidrogen antara rantai selulosa dengan rantai CS-MCM dibandingkan antara rantai selulosa dengan rantai kitosan. Semakin banyaknya ikatan hidrogen yang terjadi antara rantai selulosa dengan rantai CS- MCM menyebabkan jarak ikatan antar i- ber rantai selulosa pada kertas daur uolang menjadi semakin dekat dan permukaan kertas menjadi semakin halus dan ikatan antar faiber selulosa menjadi semakin kuat. Dari uraian di atas, maka dapat disimpulkan bahwa senyawa derivate kitosan Gambar 2. Kurva perbandingan tingkat kehalusan dan kekuatan tarik kertas apakah kitosan atau CS-MCM yang memberikan pengaruh lebih tinggi terhadap peningkatan mutu kertas daur ulang maka dibuat kurva perbandingan sebagaimana yaitu kitosan termodiikasi karboksilmetil (Chitosan Modiied Carboxymethyl, CS- MCM) mampu meningkatkan mutu kertas daur ulang lebih tinggi dibandingkan Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret

6 dengan kitosan. Oleh karena itu CS-MCM dapat direkomendasikan sebagai agen perbaikan mutu kertas daur ulang dalam hal tingkat kehalusan permukaan kertas dan tingkat kekuatan tarik kertas. IV. KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa 1). CS-MCM dapat disintesis dengan cara mereaksikan kitosan dengan asam monokloroasetat dalam kondisi basa., 2). Metode sederhana pembuatan kertas daur ulang berkualitas tinggi adalah dengan cara melapiskan larutan kitosan maupun CS-MCM ke permukaan kertas dengan teknik pencelupan., 3). CS-MCM memberikan pengaruh lebih besar dibandingkan dengan kitosan terhadap peningkatan mutu kertas daur ulang. UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Ketua LPPM UNS atas biaya penelitian yang diberikan melalui Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian Nomor 460/H27.3/ PL/2009 tanggal 29 Juni DAFTAR PUSTAKA Baxter, S., Zivanovic, S. and Weiss, J., 2005, Molecular Weight and Degree of acetylation of High-intensity Ultrasonicated Chitosan, Food Hydrocolloids, 19, Cervera, M. F., Heinamaki, J., Rasanen, M., Maunu, S. L., Karjalainen, M., Acosta, O. M. N., Colarte, A. I. and Yliruusi, J., 2004, Solid-state Characterisation of Chitosans Derived from Lobster Chitin, Carbohydr.Polym, 58, Khan, T. A., Peh, K. K, and Ch ng, H. S., Reporting Degree of deacetylation Values of Chitosan : The inluence of Analitycal Methods, J. Pharm Pharmaceut.Sci., 5 (3), Mello, K. G. P. C., Bernusso, L. C., Pitombo, R. N. M. and Polakiewicz, B., 2006, Synthesis and Physiochemical Characterization of Chemically Modiied Chitosan by Succinic Anhydride, Brazil. Arch. Biol. Technol., 49 (4), Nada, A.M.A., El-Sakhawy, M., Kamel, S., Eid, M.A.M. and Adel, A. M., 2005, Effect of Chitosan and Its Derivates on the Mechanical dan Electrical Properties of Paper Sheets, Egypt. J.Solids, 28 (2), Rege, P. R. and Block, L. H., 1999, Chitosan Processing : Inluence of Process Parameters during Acidic and Alkaline Hydrolysis and Effect of the Processing Sequence on the Resultant Chitosan s Properties, Carbohydr.Res., 321, Saputro, A.N.C., Kartini, I. dan Sutarno, 2009, Pengaruh Metode Preparasi Kitosan terhadap Sifat Karakteristik Kitosan, Makalah Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia di Prodi Kimia PMIPA FKIP UNS. Saputro,A. N. C, 2009, Pengaruh Metode Preparasi Kitosan terhadap Sifat Kitosan dan Aplikasinya sebagai Agen Antibakteri pada Kain Katun, Tesis S2, Program Pascasarjana Ilmu Kimia, Jurusan Kimia FMIPA UGM, Yogyakarta. Tolaimate, A., Desbrieres, J., Rhazi, M. and Alagui, A., 2003, Contribution to The Preparation of Chitins and Chitosan with Controlled Physicochemical Properties, Polymer, 44, 52 Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret 2011

7 Velde, K.V. and Kiekens, P., 2004, Structure Analysis and Degree of Substitution of Chitin, Chitosan and Dibuthyrylchitin by FT-IR spectroscopy and solid state 13C NMR, Carbohydr. Polym., 58, Yanming, D., Congyi,X., Jianwei, W., Mian, W., Yusong, W.and Yonghong, R., 2001, Determination of Degree of Substitution for N-Acylated Chitosan using IR Spectra, Sci. China,Ser. B, 44 (2), Yaghobi, N. and Mirzadeh, H., 2004, Enhancement of Chitins Degree of Deacetylation by Multistage Alkali Treatments, Iran. Polym. J., 13 (2), Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret

8 54 Jurnal EKOSAINS Vol. III No. 1 Maret 2011