BAB I Pendahuluan I.1 Deskripsi Penelitian dan Latar Belakang Material tekstil dari serat selulosa merupakan material tekstil yang banyak diminati dibanding material tekstil lainnya. Hal ini disebabkan material tekstil dari serat selulosa memiliki kenyamanan digunakan karena memiliki kelembaban yang tinggi. Kelembaban yang tinggi ini disebabkan tekstil dari memiliki banyak gugus hidroksil (Heuser, 1947, Ghosh, 2004). Kelemahan tekstil dari selulosa adalah mudah kusut, hal ini disebabkan ketika ada gaya distorsi menyebabkan ikatan hidrogen antar molekul rusak sehingga molekul saling tergelincir, kemudian membentuk ikatan hidrogen baru pada posisi yang baru (Morton, 1997, Hashem, et al., 2003). Terbentuknya ikatan hidrogen pada posisi yang baru tersebut menyebabkan kekusutan. Untuk mengatasi hal ini dilakukan perlakuan kimia yang disebut proses penyempurnaan anti kusut. Proses ini adalah memberikan ikatan silang kovalen antar rantai selulosa. Kelemahan tekstil selulosa yang lain adalah merupakan tempat yang sesuai tumbuh berkembangnya mikroorganisme (Thiry, 2001, Purwar, et al., 2004, Ibrahim, et al., 2008). Mikroorganisme ini selain berbahaya bagi kesehatan manusia juga dapat menyebabkan penurunan kualitas dari material tekstil tersebut misalnya pudarnya warna ataupun penurunan kekuatan tarik dari material tekstil (Gupta, 2002, Breier, 2005). Material tekstil dari selulosa yang paling banyak digunakan adalah kapas. Material tekstil dari serat selulosa lainnya merupakan alternatif memenuhi kebutuhan serat kapas yang tidak mencukupi. Penggunaan material kapas pada tekstil sandang masih cukup banyak, meskipun telah diproduksi serat buatan yang lainnya. Kekusutan pada kapas dapat diatasi dengan proses anti kusut menggunakan resin turunan N-metilol, diantaranya dimetilol dihidroksi etil urea yang dapat mengadakan ikatan silang dengan serat (Bajaj, 2002, Voncina, 2002). Resin ini selain dapat meningkatkan ketahanan kusut juga dapat berfungsi sebagai desinfektan untuk mencegah tumbuhnya bakteri. Kelemahan resin ini adalah baik dalam proses maupun penyimpanan melepaskan formaldehid bebas yang mengganggu kesehatan dan berakibat pula menurunnya sifat anti bakteri dari 1
material tekstil (Vail, et al.,1973, Carison, et al., 2004). Beberapa penelitian mengenai hal ini telah dilakukan antara lain memodifikasi kapas dengan asam butanatetrakarboksilat yang dapat meningkatkan ketahanan kusut kapas (Lickfield, et al., 2002, Lee, 2000, Lee, et al., 2005). Gugus karboksilat dapat membentuk ikatan silang antara rantai selulosa dari serat kapas sehingga dapat memperbaiki ketahanan kusut kain. Meskipun ketahanan kusut kain naik, akan tetapi senyawa ini tidak mempunyai sifat anti bakteri. Oleh karena itu perlu ditambahkan suatu senyawa yang bersifat anti bakteri sehingga dapat menghasilkan kain yang bersifat anti kusut dan anti bakteri. Zat anti bakteri dapat berupa senyawa yang mengandung logam seperti Cu, Zn, Fe, atau senyawa fenol, aldehid maupun klorotriazin (Saito, et al. 1993, Gupta, 2002, Parikh, et al. 2005, Gabbay, et al., 2006, Jantas, et al., 2006). Seperti halnya zat anti kusut, senyawa anti bakteri inipun selain dapat membunuh bakteri juga cukup berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Pengaruh zat anti bakteri yang berasal dari logam berat dan turunan fenol maupun aldehid selain dapat mencemari lingkungan juga dapat menyebabkan iritasi dan dermatitis pada manusia (Scheman, et al., 1998, Carison, et al., 2004, Robert, 2005). Oleh karena itu perlu dicari upaya alternatif penggunaan zat anti bakteri yang dapat membunuh bakteri tetapi tidak berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Salah satu alternatif tersebut adalah penggunaan zat anti bakteri yang berasal dari alam yaitu kitosan (Lim, et al., 2003, Johnson., 2003, Chung, et al., 2004, Liu, et al., 2006, Petrulyte, 2008). Kitosan merupakan poli (N-amino-2-deoksi β-d-glukopiranosa) atau glukosamin. Senyawa ini banyak tersedia di alam dalam bentuk kitin yang merupakan poli (Nasetil amino-2-deoksi β-d-glukopiranosa). Kitin banyak terdapat pada binatang arthoprods, tetapi dalam jumlah besar terdapat pada kulit binatang laut berkulit keras (Crustaceans) seperti kepiting dan udang yang cukup melimpah terutama dari limbah pengolahan udang dan kepiting (Duarte, et al., 2002, Kasaai, et al., 2000. Kumar, et al., 2002, Lim, et al., 2003). Indonesia mempunyai sumber daya kelautan yang cukup melimpah diantaranya adalah kepiting dan udang. Udang merupakan salah satu komoditi ekspor yang saat ini cukup berarti bagi peningkatan devisa negara. Budi daya udang tersebar di perairan pantai dari 2
Sabang sampai Merauke. Data lima tahun terakhir dari Departemen Kelautan dan Perikanan menunjukkan bahwa ekspor udang beku dari Indonesia rata- rata mencapai 120 ribu ton pertahun. Ekspor udang beku tersebut berupa daging udang tanpa kulit, sehingga kulit udang merupakan limbah. Jika kandungan kulit udang terdapat sekitar 10% dari berat udang berarti setiap tahun terdapat limbah kulit udang sebesar 12 ribu ton. Limbah udang ini umumnya oleh penduduk setempat dimanfaatkan untuk pakan ternak. Pengolahan limbah udang menjadi kitin dapat meningkatkan nilai tambah dari limbah udang tersebut. Dengan kandungan kitin sekitar 20% berarti dapat diperoleh kitin sekitar dua ribu empat ratus ton kitin tiap tahun, suatu jumlah yang cukup besar untuk dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya alam. Pemanfaatan kulit udang umumnya adalah dalam bentuk kitosan, hasil proses deasetilasi dari kitin. Senyawa kitosan dalam dasawarsa terakhir mulai banyak diteliti karena beragam fungsinya di antaranya dalam dunia medis, lingkungan hidup maupun industri (Struszky, 1998, Rinaudo, et al., 2006). Kitosan mempunyai gugus reaktif hidroksil dan amina, beberapa modifikasi telah dilakukan dengan mensubstitusi salah satu atau kedua gugus reaktif tersebut (Park et al., 2001. Hirano et al., 2003). Modifikasi yang dilakukan bertujuan untuk mendapatkan sifat kelarutannya dalam air. Penelitian penggunaan senyawa kitosan sebagai anti bakteri pada material tekstil telah pernah dilakukan oleh peneliti lain (Lim et al., 2003 : Liu et al., 2001: Ramachandran, 2004). Hasilnya menunjukkan adanya sifat anti bakteri dari kitosan, tetapi sifatnya tidak permanen artinya hilang dalam proses pencucian. Hal ini disebabkan tidak adanya ikatan kimia antara material tekstil dengan kitosan, untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan modifikasi pada kitosan agar dapat berikatan kimia dengan kapas. I.2 Masalah Dalam Penelitian Berdasarkan penelusuran literatur yang telah disebutkan di atas zat anti kusut pengganti formaldehid belum memiliki sifat anti bakteri dan tidak bersifat permanen. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan senyawa anti bakteri yang bersifat permanen sekaligus bersifat anti kusut pada kain kapas. Untuk itu pada 3
penelitian ini dilakukan sintesis kitosan karboksilat dengan cara menggabungkan senyawa turunan karboksilat pada kitosan. Senyawa karboksilat yang digunakan harus memiliki minimal dua buah gugus karboksilat, agar dapat berikatan dengan kitosan dan serat kapas. Penggabungan kitosan dan turunan dikarboksilat dilakukan dengan metoda esterifikasi sehingga terbentuk senyawa kitosan karboksilat yang memiliki satu buah gugus karboksilat yang masih bebas. Adanya gugus karboksilat yang dimiliki turunan kitosan karboksilat memungkinkan untuk dapat terjadi reaksi esterifikasi antara gugus karboksilat dengan gugus hidroksil dari selulosa pada kapas. Untuk mempelajari panjang rantai, kepolaran, jumlah gugus karboksilat maka disintesis senyawa kitosan suksinat, kitosan glutarat dan kitosan sitrat. Kitosan glutarat dan kitosan sitrat merupakan senyawa yang belum pernah disintesis peneliti yang lain. Senyawa turunan kitosan karboksilat yang pernah disintesis adalah kitosan suksinat yang digunakan sebagai drug release (Khaled, et al.,1999). Sintesis dilakukan pada temperatur 130 o C dengan atau tanpa penambahan katalis piridin, pada metoda ini terjadi ikatan silang di antara rantai kitosan oleh asam suksinat sehingga terbentuk senyawa berupa gel yang tidak larut dalam air. Pada penelitian ini sintesis kitosan karboksilat dilakukan pada temperatur kamar dan tanpa katalis. Meskipun memerlukan waktu lebih lama, metoda yang digunakan dalam penelitian ini dapat menghindari terbentuknya ikatan silang di antara rantai kitosan sehingga dihasilkan turunan kitosan yang masih mempunyai gugus karboksilat bebas. Keuntungan dari senyawa kitosan karboksilat hasil sintesis penelitian ini adalah memungkinkan terjadinya ikatan kimia antara kitosan karboksilat dengan kapas. Adanya ikatan kimia antara kitosan dan kapas atau selulosa, menyebabkan susunan molekul serat kapas lebih stabil sehingga didapat sifat tahan kusut. Adanya senyawa kitosan yang terikat pada kapas menyebabkan kapas memiliki sifat anti bakteri yang permanen. 4
I.3 Hipotesis Hipotesis dalam penelitian ini adalah - Senyawa turunan dikarboksilat dapat bereaksi secara esterifikasi dengan kapas menghasilkan selulosa ester yang mempunyai sifat anti kusut lebih baik dari kapas. Struktur molekul turunan karboksilat mempengaruhi sifat anti kusut kain kapas teresterifikasi. - Senyawa kitosan mempunyai sifat anti bakteri, sehingga penggabungan senyawa kitosan dengan turunan karboksilat akan menghasilkan senyawa anti kusut sekaligus anti bakteri. - Esterifikasi kain kapas dengan senyawa turunan kitosan karboksilat akan memberikan sifat anti bakteri sekaligus anti kusut. I.4 Maksud dan Tujuan Maksud penelitian ini adalah mensintesis zat anti kusut dan anti bakteri yang permanen dari turunan kitosan karboksilat dengan tujuan untuk menggantikan zat anti kusut dan anti bakteri berbahan dasar formaldehid. I.5 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini meliputi : 1) Material selulosa yang dipergunakan adalah kain kapas, karena kain kapas merupakan material tekstil dari selulosa yang paling banyak dipakai. 2) Turunan dikarboksilat yang akan digunakan sebagai zat anti kusut diseleksi dari enam jenis turunan asam karboksilat yaitu asam oksalat, malonat, suksinat, glutarat, maleat, dan sitrat. Pemilihan enam jenis karboksilat tersebut untuk mengetahui pengaruh panjang rantai, kepolaran, jumlah gugus fungsi terhadap sifat anti kusut. Untuk mendapatkan kondisi yang optimum dilakukan eksperimen dengan memvariasikan konsentrasi asam dan jenis katalis. Karakterisasi kapas teresterifikasi dilakukan melalui uji ketahanan kusut dan kekuatan tarik kain. Hasil turunan dikarboksilat terseleksi digunakan untuk sintesis turunan kitosan. Eksperimen dilakukan melalui reaksi esterifikasi kitosan oleh turunan dikarboksilat hasil seleksi dengan 5
memvariasikan perbandingan mol antara kitosan dan turunan karboksilat serta variasi waktu reaksi. 3) Kitosan karboksilat disintesis dari kitosan dan dikarboksilat hasil seleksi. Kitosan karboksilat hasil sintesis dikarakterisasi sifat fisiko kimia, meliputi elusidasi struktur molekul dengan FTIR dan RMI, derajat kristalinitas, sifat termal dan sifat kelarutan dalam air. Uji aktifitas bakteri dan sifat anti kusut dari turunan kitosan dilakukan dengan mereaksikan turunan kitosan karboksilat hasil sintesis terhadap kain kapas dengan metoda esterifikasi. Esterifikasi kain kapas dengan turunan kitosan dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi turunan kitosan karboksilat. Karakterisasi kain hasil esterifikasi dengan turunan kitosan karboksilat meliputi sifat anti bakteri, ketahanan kusut, kekuatan tarik kain, dan sifat termal. Untuk sifat anti bakteri, digunakan bakteri yang banyak terdapat di sekitar kehidupan manusia yaitu Staphylococus aereus dan Escherichia coli berdasarkan standar AATCC (American Association of Textile Chemists and Colorists) 100-93 I.6 Pelaksanaan Penelitian Penelitian dilakukan pada berbagai tempat sesuai dengan fasilitas yang tersedia. Limbah kulit udang diambil dari peternak udang di perairan pantai daerah Cirebon berupa kulit udang peci atau udang jerbung. Pada penelitian ini digunakan kitin yang diambil dari hasil olahan peternak udang, kemudian dimurnikan lagi di Laboratorium Kimia Fisik Material Program Studi Kimia FMIPA ITB. Karakterisasi kitosan hasil isolasi meliputi penentuan massa molekul dengan metoda viskometri, dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia FMIPA ITB, sedangkan pengukuran derajat deasetilasi dengan spektrum FTIR diperoleh dari Laboratorium Instrumentasi FMIPA UPI. Sintesis turunan kitosan karboksilat dengan metoda satu fasa dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia FMIPA-ITB. Karakterisasi hasil sintesis meliputi elusidasi struktur dengan FTIR yang diperoleh dari Laboratorium Instrumentasi FMIPA UPI, 1 H-RMI dari Chemistry Departement, University of Malaya, pengukuran sifat termal dengan TGA dan pengukuran kristalinitas dengan XRD dari Laboratorium Fisika Terapan, LIPI 6
Bandung. Proses esterifikasi kain kapas dengan turunan karboksilat dan turunan kitosan karboksilat hasil sintesis dilakukan di Laboratorium Proses Penyempurnaan Sekolah Tinggi Teknologi Tekstil. Pengujian sifat anti bakteri dilakukan menggunakan bakteri Staphylococcus aureus dan Escherichia coli yang diperoleh dari Laboratorium Mikrobiologi, Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati ITB. Pengujian sifat fisik kain meliputi kekuatan tarik kain dan ketahanan kusut kain dilakukan di Laboratorium Evaluasi Kimia dan Fisika, Sekolah Tinggi Teknologi Tekstil. I.7 Sistematika Disertasi Penulisan disertasi ini terbagi dalam lima bab, bab satu merupakan pendahuluan dari disertasi yang menyajikan antara lain deskripsi topik penelitian, latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian serta pelaksanaan penelitian secara garis besar. Bab dua merupakan tinjauan pustaka yang mengelaborasi hasil peneliti terdahulu yang berkaitan dengan topik penelitian yang dilakukan. Metode penelitian pada bab tiga menyajikan tentang metode penelitian dan langkah kerja yang dilakukan serta karakterisasi yang dilakukan. Bab empat menyajikan hasil dan pembahasannya, meliputi pembahasan hasil percobaan yang dikaitkan dengan teori dan tinjauan pustaka yang telah disajikan pada bab sebelumnya. Bab lima merupakan kesimpulan dan saran yang memuat kesimpulan dari seluruh penelitian yang telah dilakukan, dan saran untuk penelitian lanjutan serta implikasi praktis dari hasil penelitian yang dilakukan. Disertasi ini ditutup dengan daftar pustaka dan lampiran-lampiran berupa data pendukung disertasi. 7