3 Metodologi Penelitian Secara garis besar penelitian dibagi menjadi tiga, yaitu pembuatan kertas dengan modifikasi tanpa tahap penghilangan lemak, penambahan aditif kitin, kitosan, agar-agar, dan karagenan, serta karakterisasi kertas (Gambar 3-1). Pembuatan kertas terdiri atas tahap penghilangan air, pulping, bleaching, pencetakan, dan pengeringan. Proses penambahan aditif dilakukan dengan berbagai metode, masing-masing dengan variasi konsentrasi. Kertas yang diperoleh dikarakterisasi, meliputi uji tarik, spektroskopi inframerah, dan foto permukaan secara mikroskopis. Gambar 3-1 Diagram alir penelitian Penambahan aditif jalur A dilakukan secara langsung. Penambahan aditif jalur B dilakukan dengan terlebih dahulu menyiapkan aditif secara khusus. Penambahan aditif jalur C dilakukan dengan penyiapan khusus dan penambahan pada awal proses pulping.
3. 1. Penghilangan Air Prosedur kerja ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 3-2. Bahan baku albedo konyal terlebih dahulu dikeringkan dengan penjemuran di bawah sinar matahari selama 8 jam pada saat cuaca panas. Jika cuaca mendung atau hujan, albedo konyal dikeringkan dalam dua hari dengan penjemuran sekitar 6 jam di bawah sinar matahari. Pengeringan dengan pemanasan di dalam oven tidak dipilih sebagai metode pengeringan untuk menghemat energi maupun untuk menghindari kemungkinan rusaknya struktur selulosa. Tahap ini dilakukan lima kali dengan penimbangan albedo, baik sebelum maupun sesudah proses penghilangan air sehingga dapat ditentukan kadar air rata-rata yang dapat dihilangkan dari albedo markisa konyal menentukan. Albedo yang sudah kering kemudian dihaluskan dengan blender selama 3 menit hingga berukuran relatif kecil untuk memecah struktur albedo menjadi serat yang berukuran lebih pendek. Albedo Dijemur 8 jam atau 2-3 hari jika mendung Albedo kering Dihaluskan dengan blender Albedo sampel Gambar 3-2 Diagram alir penghilangan air 3. 2. Pulping Pulping dilakukan dengan proses organosolv acetosolv didasarkan pada optimasi dari penelitian sebelumnya, yaitu karena asam asetat merupakan pelarut organik yang paling sesuai untuk melarutkan lignin (Wisastra, 2007). Pemanfaatan acetosolv juga disebabkan faktor skala operasional yang terbatas dan untuk meminimalkan sumber energi. Prosedur kerja ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 3-3. Sebanyak 2 g albedo kering dimasukkan ke dalam gelas kimia 250 ml dan ditambah 100 ml asam asetat yang 15
mengandung 0,1% HCl. Campuran diaduk sambil dipanaskan pada suhu 105 0 C selama 3.5 jam. Selanjutnya, campuran disaring. Pulp dicuci dengan air hingga diperoleh serat berwarna coklat terang, bebas dari black liqour. Pulp dapat dikeringkan, ditimbang, dan dibandingkan dengan massa albedo sampel. Proses pengeringan pulp ini dilakukan lima kali sehingga dapat diketahui kandungan rata-rata pulp dalam albedo markisa konyal. Gambar 3-3 Diagram alir pulping 3. 3. Bleaching Pada proses ini digunakan oksidator H 2 O 2. Suspensi serat dalam air ditambahkan dengan larutan H 2 O 2 3% - NaOH 2.25%. Campuran dipanaskan pada 70 0 C selama 70 menit. Pulp hasil bleaching kemudian dicuci hingga ph netral. Pengukuran ph dilakukan dengan indikator ph universal. Serat kemudian disuspensikan kembali dalam air. Prosedur kerja ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 3-4. 16
. Gambar 3-4 Diagram alir bleaching 3. 4. Pencetakan dan Pengeringan Kertas Suspensi pulp dicetak di atas permukaan kaca atau mika yang datar dan bersih dengan dilapis plastik tipis. Ketebalan lembaran kertas yang akan dicetak diatur menggunakan pembatas pada bagian tepi. Sedangkan pengeringan dilakukan dengan pengeringan langsung di bawah sinar matahari dan dilindungi untuk mencegah masuknya debu dari udara terbuka. Prosedur kerja ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 3-5. Gambar 3-5 Diagram alir pencetakan dan pengeringan kertas 17
3. 5. Penambahan Aditif Aditif terdiri atas kitin, kitosan, agar-agar, dan karagenan. Berdasarkan literatur yang diperoleh, terdapat perbedaan kesimpulan mengenai konsentrasi optimum aditif yang ditambahkan ke dalam kertas, yaitu 2% (Seshadri, R., 1998), 0,5-0,8% (Li, et.al.), kurang dari 2% (Antal, 2005), dan 5-10% (fao.org, 2007). Maka, penambahan aditif pada penelitian ini masing-masing divariasi 1%, 2%, dan 5% dengan tiga metode berbeda disesuaikan dengan karakteristik zat masing-masing. 4.2.1 Kitin Penambahan kitin dilakukan dengan tiga cara (Gambar 3-6), masing-masing dilakukan triplo sehingga setiap data yang diperoleh dapat dirata-rata. Cara pertama (jalur A), kitin ditimbang sesuai konsentrasi 1%, 2%, dan 5% terhadap pulp kemudian ditambahkan secara langsung pada pulp siap cetak. Cara kedua (jalur B), kitin terlebih dahulu dicoba dilarutkan di larutan asam asetat 1%, asam format 1%, dan LiCl-DMAC. Larutan LiCl-DMAC dibuat dengan melarutkan padatan LiCl 5% dalam DMAC baru kemudian ditambahkan serbuk kitin sebanyak 3% (b/v) terhadap volume LiCl-DMAC dan diaduk pada suhu kamar selama 1 jam. Selanjutnya, ditambahkan DMAC sebanyak 50% (v/v) terhadap volume LiCl-DMAC dan diaduk kembali selama 2 jam. Untuk memperoleh kitin yang benar-benar larut, dapat dilakukan penyaringan sedangkan residu kitin yang tidak larut dapat kembali dilarutkan. Untuk aditif kertas, larutan kitin ditambahkan dengan konsentrasi 1%, 2%, dan 5% terhadap pulp siap cetak, diaduk, dicetak di atas permukaan kaca, dan dikeringkan. Cara ketiga (jalur C) adalah dengan menambahkan serbuk kitin pada awal proses pembuatan kertas. Serbuk kitin ditimbang untuk konsentrasi 1%, 2%, dan 5% terhadap massa albedo kering. Kitin ditambahkan pada campuran albedo dan asam asetat HCl. Selanjutnya, albedo + kitin diproses menjadi kertas: pulping, bleaching, pencetakan, dan pengeringan kertas. 18
Gambar 3-6 Diagram alir penambahan kitin 4.2.2 Kitosan Seperti kitin, proses penambahan kitosan pun dilakukan dengan tiga cara (Gambar 3-7), masing-masing dilakukan triplo dan setiap data yang diperoleh dirata-rata. Cara pertama (jalur A), kitosan ditimbang 1%, 2%, dan 5% terhadap pulp kemudian ditambahkan secara langsung pada pulp siap cetak. Penambahan cara kedua dan ketiga adalah dengan mencoba melarutkan kitosan terlebih dahulu dalam larutan asam asetat 1% dan asam format 1%. Serbuk kitosan ditimbang 1%, 2%, dan 5% terhadap pulp dan ditambahkan larutan asam dan diaduk dengan stirer hingga seluruh kitosan benar-benar larut. Dengan cara kedua (jalur B), larutan kitosan ditambahkan dengan konsentrasi 1%, 2%, dan 5% terhadap pulp siap cetak. Selanjutnya, pulp yang sudah mengandung kitosan dicetak dan dikeringkan. Sedangkan dengan cara ketiga (jalur C), larutan kitosan ditambahkan dengan konsentrasi 1%, 2%, dan 5% terhadap albedo sampel. Selanjutnya, proses pembuatan kertas dilakukan dari awal: pulping, bleaching, pencetakan, dan pengeringan kertas. 19
Gambar 3-7 Diagram alir penambahan kitosan 4.2.3 Agar-agar dan Karagenan Karena kemiripan sifat, penambahan aditif agar-agar maupun karagenan dilakukan dengan metode yang sama dalam tiga cara (Gambar 3-8) dan masing-masing dilakukan triplo. Cara pertama (jalur A), sejumlah agar-agar ditimbang sesuai konsentrasi terhadap pulp, dilarutkan dalam air dingin, kemudian ditambahkan secara langsung ke dalam pulp siap cetak. Selanjutnya pulp yang sudah mengandung agar-agar dicetak menjadi lembaran kertas dan dikeringkan. Cara kedua (jalur B), agar-agar ditimbang sesuai konsentrasi terhadap pulp, dilarutkan dalam air dingin, dan dipanaskan sebentar. Kemudian, larutan agar-agar yang membentuk gel segera ditambahkan ke dalam pulp siap cetak, dicetak menjadi lembaran kertas, dan dikeringkan. Cara ketiga (jalur C),agar-agar ditimbang sesuai konsentrasi terhadap pulp, dilarutkan dalam air dingin, dan ditambahkan ke dalam pulp siap cetak. Campuran ini dipanaskan sebentar hingga agar-agar membentuk gel kemudian segera dicetak. 20
Agar-agar / karagenan - ditimbang - dilarutkan dalam air dingin + pulp siap cetak B A C - dicetak - dikeringkan dipanaskan dipanaskan kertas Terbentuk gel - dicetak - dikeringkan Terbentuk gel + pulp siap cetak kertas - dicetak - dikeringkan kertas Gambar 3-8 Diagram alir penambahan agar-agar dan karagenan 3. 6. Uji terhadap Kertas Uji ketahanan tarik dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Material. Kertas yang dihasilkan digunting sesuai ukuran tertentu serta diukur panjang, lebar dan tebal daerah putus. Kertas ditetakkan pada alat uji tarik kemudian ditarik hingga robek. Gaya yang diperlukan oleh alat untuk merobek kertas dicatat. Berdasarkan data yang diperoleh dapat dihitung kekuatan dan elastisitas kertas. Sebagai standar, uji ketahanan tarik dilakukan terhadap kertas tulis komersial dan dibandingkan dengan data dari penelitian sebelumnya. Prosedur kerja ditunjukkan dengan diagram alir pada Gambar 3-9. 21
Gambar 3-9 Diagram alir uji tarik terhadap kertas Sebagai analisis tambahan, dilakukan uji ketahanan terhadap air, analisis spektroskopi inframerah dengan Fourier Transform Infrared (FTIR) dan foto permukaan kertas secara mikroskopis dengan SEM (Scanning Electron Microscopy). 3. 7. Alat dan Bahan 3.7.1. Alat Peralatan gelas, meliputi gelas kimia berbagai ukuran, gelas ukur berbagai ukuran, labu takar, labu erlenmeyer, corong Buchner dan labu hisap, pipet tetes, batang pengaduk, dan spatula. Beberapa alat penunjang lain, meliputi neraca analitik, heater dengan stirer, pengaduk magnet, kaca dan roller untuk mencetak kertas, termometer, indikator ph universal, serta alat uji tarik. 3.7.2. Bahan Bahan penelitian utama: Albedo markisa konyal (Passiflora ligularis) Kitin; diisolasi dari kulit udang Kitosan; hasil deasetilasi kitin Agar-agar; Swallow Grass Brand Karagenan; Nutrijell 22
Bahan kimia: Asam asetat (CH 3 COOH) teknis 98%; Bratachem Asam klorida (HCl) 25%; Merck Hidrogen peroksida (H 2 O 2 ) 35%; Merck Natrium hidroksida (NaOH) teknis; Bratachem Litium klorida (LiCl); Merck Dimetil asetamida (DMAC); Merck 23