BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nanofiber merupakan fiber (serat) berukuran submikron hingga skala nanometer. Sebagai bidang riset yang baru, teknologi nanofiber memiliki potensi aplikasi sebagai filter partikel berukuran submikron karena memiliki karakteristik: luas permukaan dan porositas tinggi (Vaisniene et al., 2009) dan bersifat konduktif (Razak et al., 2008) sehingga memiliki muatan pembawa untuk menarik larutan dalam medan elektrostatik sehingga menghasilkan fiber berukuran nano (orde ) dan menghasilkan efisiensi filtrasi lebih tinggi (Bhardwaj dan Kundu, 2010). Berbagai penelitian yang dilakukan untuk pengoptimalan nanofiber sebagai filter diantaranya; penyaring Particulate Matter < (Liu et al., 2014), asap rokok (Basuki, 2014), partikel submikron dalam udara (Vaisniene et al., 2009). Dewasa ini, perkembangan penelitian nanofiber menggunakan metode elektrospining telah banyak dilakukan (Charernsriwilaiwat et al., 2011);(Tsai et al., 2014);(Xu et al., 2011). Prinsip kerjanya menggunakan medan listrik untuk memproses larutan polimer hingga dapat mengkonstruksi fiber (Ayres, 2010). Sifat fiber yang dihasilkan bergantung pada viskositas, jarak antara kolektor dan needle, medan listrik, sifat larutan, dan temperatur (Lipol dan Rahman, 2016). Instrumen elektrospining terdiri atas tiga komponen: catu daya tegangan, spinneret, dan kolektor (Lipol dan Rahman, 2016). Larutan polimer dimasukkan dalam syringe dan ujungnya dipasang needle dengan diameter tertentu. Needle dihubungkan dengan kutub positif (anoda), dan kolektor dihubungkan dengan kutub negatif catu daya (katoda). Sehingga ketika diberikan tegangan, polimer akan membentuk jaringan pada kolektor. Elektrospining telah lama digunakan untuk fabrikasi berbagai polimer biodegradable seperti poly (έcaprolactone) (PCL), poly (lactic acid) (PLA), poly 1
2 (glycolic acid) (PGA), polyurethane (PU). Termasuk di antaranya, polyvinyl alcohol (PVA) merupakan polimer sintesis yang dihasilkan dari proses hidrolisis polivinil ester seperti polivinil asetat polivinil format, polivinil benzoat. Namun umumnya PVA yang dikomersialisasikan diproduksi dari hidrolisis polivinil asetat sebagai bahan baku (Hassan dan Peppas, 2000). Bersifat biodegradable, biokompatibel, tidak berasa, tidak berbau, dan tidak beracun. Mampu larut dalam pelarut polar seperti air, dimethyl sulfoxide, acetamide, dan dimethyl formamide (Tao, 2003). Aplikasinya telah digunakan secara luas, terutama sebagai bahan sintesis produk. PVA dengan derajat hidrolisis sebagian, banyak digunakan untuk kebutuhan industri. Baik sebagai pembungkus daging, pengemulsi polimerisasi serat, pembuatan panel LCD, bahan baku semen pestisida. Sementara PVA dengan derajat hidrolisis tinggi dapat digunakan di bidang biomedis (Marin et al., 2014). Sehingga berbagai penelitian dilakukan dengan mencampurkan PVA dengan polimer lain untuk meningkatkan fungsi nanofiber. Pengoptimalan dilakukan untuk mencari konsentrasi terbaik dalam aplikasinya di bidang biomedis pengobatan (Marin et al., 2014) dan absorben logam (Chibowski, 1990). Kitosan adalah turunan dari kitin pada kondisi derajat deasetilasi mencapai 50% dan bersifat larut dalam media asam (Rinaudo, 2006). Sebagai polimer alami, jumlahnya mendominasi terbanyak kedua yang dihasilkan oleh alam setelah selulosa. Bersumber dari hewan laut jenis krustasea, udang-udangan, dan kepiting. Bersifat biokompatibel, biodegradable, dan tidak beracun. Terdiri atas gugus amida yang mampu berikatan dengan kation pada logam sehingga aplikasi kitosan dapat digunakan sebagai adsorban logam (Alfian, 2003). Karena kitosan mampu terurai oleh organisme lain (biodegradable) dan memiliki biokompatibilitas sehingga tidak bersifat toksik bagi lingkungan, kitosan berpotensi sebagai bahan regenerasi jaringan, antibakteri, dan penyembuh luka (Alves dan Mano, 2008);(Wang et al., 2011).
3 Kitosan bersifat larut dalam pelarut asam seperti asam asetat, trifluoroacetic acid (TFA), dan TFA dichloromethane (DCM) (Ibrahim dan El- Zairy, 2015). Parameter kelarutannya dipengaruhi oleh derajat deasetilasi, konsentrasi ion dalam larutan, dan distribusi grup asetil di sepanjang gugus rantainya (Rinaudo, 2006). Kitosan terbukti sulit untuk dielektrospining dengan besarnya nilai viskositas yang dimiliki. Pada nilai yang lebih besar daripada batas ambang, dapat membentuk fiber dengan beads, dan sebaliknya jika di bawah batas ambang berpotensi menciptakan fenomena electrospraying (Li dan Wang, 2013). Nilai viskositas dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti berat molekul, dan konsentrasi polimer. Geng et al, 2005 menyebutkan fiber yang kontinu dapat dihasilkan pada kitosan berat molekul 106,000 g/mol konsentrasi 7-7.5% dengan rentang viskositas 484 sampai dengan 590 cp. Sementara pada berat molekul yang rendah dengan konsentrasi 9.5-10.5% menghasilkan fiber dengan beads dengan diameter besar, dan pada berat molekul tinggi 2.5-3% menghasilkan nanofiber dengan beads defect. Studi komprehensif terhadap parameter larutan polimer yang akan dielektrospining membuktikan bahwa nilai viskositas, konduktivitas, tegangan permukaan dan konsentrasi larutan mempengaruhi hasil akhir fiber yang terbentuk (Razak et al., 2008); (Geng et al., 2005). Konduktivitas larutan ditentukan oleh jenis polimer, pelarut, dan kadar garam. Nanofiber dengan diameter yang kecil didapatkan dari larutan dengan konduktivitas tinggi, karena pada larutan yang membawa muatan yang tinggi menyebabkan terjadi elongasi jet saat terbentuknya taylor cone selama proses elektrospining. Hal ini menghasilkan morfologi fiber dengan diameter yang kecil (Bhardwaj dan Kundu, 2010). Pillay et al (2013) melakukan pengujian penambahan garam pada fiber dengan teknik elektrospining menghasilkan ukuran diameter fiber yang lebih kecil dibandingkan karena radius ion yang dimiliki garam lebih kecil sehingga memilki densitas muatan yang lebih tinggi dan berpengaruh terhadap pemanjangan fiber pada proses elektrospining.
4 Selain bersifat biokompatibel, penambahan kitosan dalam campuran PVA dapat memperkecil diameter PVA karena kitosan bersifat polielektrolit (Li dan Wang, 2013). Diameter fiber dengan nilai lebih kecil memungkinkan terbentuknya fiber yang sesuai untuk diaplikasikan sebagai filter. Studi pengaruh konduktivitas terhadap morfologi fiber dapat dipelajari menggunakan konduktivitimeter dan SEM. Perubahan konsentrasi larutan mempengaruhi perubahan konduktivitas yang berdampak pada morfologi fiber yang berbeda. Penelitian ini menggunakan metode elektrospining untuk mencari campuran nanofiber membran kitosan/pva yang optimal dan dapat diaplikasikan sebagai filter udara. Di dalamnya mengkaji perubahan konduktivitas terhadap variasi konsentrasi polimer PVA dan kitosan, serta pengaruhnya terhadap morfologi nanofiber membran. Pengujian filter udara terhadap nanofiber membran yang optimal, kemudian dilakukan pengkajian terhadap gugus fungsi membran sebelum dan sesudah dilakukan pengujian. Dilakukan identifikasi senyawa kimia yang berhasil difilter oleh membran nanofiber campuran kitosan/pva. Pada penelitian ini, PVA digunakan sebagai matriks. Sementara penggunaan kitosan merupakan substrat yang bertujuan untuk meningkatkan konduktivitas sehingga menghasilkan fiber dengan diameter yang lebih kecil. Dari hasil pengoptimalan ini diharapkan terdapat penurunan diameter nanofiber akibat dari peningkatan nilai konduktivitas larutan. Dengan begitu, dapat dihasilkan fiber yang lebih efektif untuk aplikasi sebagai filter asap rokok.
5 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh konsentrasi larutan PVA terhadap morfologi membran PVA? 2. Bagaimana pengaruh perbandingan rasio berat larutan kitosan/pva terhadap konduktivitas larutan? 3. Bagaimana pengaruh perbandingan rasio berat larutan kitosan/pva terhadap morfologi dan gugus fungsi membran? 4. Bagaimana pengaruh pengujian asap rokok pada membran PVA dan kitosan/pva yang paling optimal terhadap morfologi dan gugus fungsi membran? 5. Bagaimana nilai weight loss membran kitosan/pva 20/80 sebelum dan sesudah pengujian filter asap rokok? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh konsentrasi larutan PVA terhadap morfologi membran PVA 2. Mengetahui pengaruh rasio berat antara larutan kitosan/pva terhadap konduktivitas larutan PVA/kitosan 3. Mengetahui pengaruh rasio berat antara larutan kitosan/pva terhadap morfologi dan gugus fungsi membran 4. Mengetahui pengaruh pengujian asap rokok pada membran PVA dan kitosan/pva yang paling optimal terhadap morfologi dan gugus fungsi membrane 5. Mengetahui pengaruh pengujian asap rokok terhadap weight loss membran kitosan/pva 20/80.
6 1.4 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan memberikan informasi tambahan mengenai pengaruh penambahan kitosan pada PVA yang optimal untuk menghasilkan nanofiber yang kontinu, serta sebagai acuan data dalam mengembangkan potensi membran sebagai filter udara. 1.5 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 bab yaitu: Pendahuluan, Tinjauan Pustaka, Landasan Teori, Metode Penelitian, Hasil dan Pembahasan, Kesimpulan dan Saran, serta dilengkapi dengan Daftar Pustaka dan Lampiran. BAB I menjelaskan latar belakang dilakukannya penelitian tentang pembuatan dan aplikasi nanofiber PVA dan kitosan/pva dengan metode elektrospining sebagai filter udara, serta rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematikan dalam penulisan skripsi. BAB II memuat tentang tinjauan pustaka yang berisikan penelitian sebelumnya yang sudah dilakukan dan berkaitan dengan pembuatan dan aplikasi nanofiber PVA dan kitosan/pva sebagai filter udara. BAB III berisi dasar teori yang menjelaskan tentang polimer konduktif, PVA, kitosan, elektrospining, konduktivitas, SEM, FTIR, dan TGA. BAB IV menjelaskan tentang metode penelitian, alat-alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, metode analisis yang digunakan serta karakterisasi yang digunakan. BAB V menjelaskan hasil penelitian dan pembahasan dari setiap proses penelitian.
7 BAB VI menjelaskan kesimpulan dari penelitian ini dan saran bagi penelitian selanjutnya. Daftar Pustaka berisi tentang seluruh pustaka yang dirujuk oleh penulis dan lampiran yang berisi data-data dan perhitungan hasil penelitian.