Esterifikasi Selulosa Mikrofibril dengan Berbagai Anhidrida sebagai Peningkat Sifat Termal dan Mekanik Komposit Poliasam Laktat

ESTERIFIKASI SELULOSA MIKROFIBRIL DENGAN
BERBAGAI ANHIDRIDA SEBAGAI PENINGKAT
SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT
POLIASAM LAKTAT

AJENG MAWANGI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Esterifikasi Selulosa
Mikrofibril dengan Berbagai Anhidrida sebagai Peningkat Sifat Termal dan
Mekanik Komposit Poliasam Laktat 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, November 2013
Ajeng Mawangi
NIM G44090098

ABSTRAK
AJENG MAWANGI. Esterifikasi Selulosa Mikrofibril dengan Berbagai
Anhidrida sebagai Peningkat Sifat Termal dan Mekanik Komposit Poliasam
Laktat. Dibimbing oleh SUMINAR SETIATI ACHMADI dan LISMAN
SURYANEGARA
Selulosa dalam ukuran nano yang disebut selulosa mikrofibril (MFC) telah
diketahui dapat dijadikan sebagai penguat bagi komposit poliasam laktat (PLA).
Sifat MFC yang hidrofilik membuat MFC tidak tersebar merata pada matriks PLA
yang bersifat hidrofobik. Hal ini memengaruhi sifat termal dan fisiknya. Pada
penelitian ini MFC diesterifikasi menggunakan anhidrida asetat, anhidrida butirat,
dan anhidrida maleat untuk memperbaiki sifat tersebut. Komposit PLA/MFCbutirat meningkatkan sifat termal komposit PLA paling baik. Suhu transisi kaca
naik sebesar 0.64 °C dan suhu kristalisasi dingin turun sebesar 13.8 °C. Namun,
suhu leleh PLA paling baik dipercepat oleh MFC dengan penurunan 0.9 °C.

Berdasarkan nilai regangan maksimum, MFC-maleat menurunkan sifat regas PLA
paling baik. Komposit PLA/MFC-maleat meningkatkan kuat tarik PLA sebesar
51% dan komposit PLA/MFC-asetat meningkatkan modulus elastisitas sebesar
35%. Pengaruh panjang rantai karbon dan keberadaan ikatan rangkap pada MFCmaleat tidak konsisten.
Kata kunci: esterifikasi, poliasam laktat, selulosa mikrofibril

ABSTRACT
AJENG MAWANGI. Esterification of Microfibrillated Cellulose with Various
Anhydrides to Improve Thermal and Mechanical Properties of Polylactic Acid
Composite. Supervised by SUMINAR SETIATI ACHMADI and LISMAN
SURYANEGARA.
Cellulose at nanoscale, so called microfibrillated cellulose (MFC), has been
discovered as reinforcement for polylactic acid (PLA) composite. Hydrophilicity
of MFC makes the fibers do not uniformly dispersed in the hydrophobic PLA
matrix and it reduced the thermal and mechanical properties. In this study, MFC
was esterified with acetic anhydride, butyric anhydride, and maleic anhydride to
improve the properties. MFC-butyrate gave the best thermal properties to the PLA
composite. Glass transition temperature increased by 0.64 °C and cold
crystalization temperature decreased by 13.8 °C. On the other hand, MFC addition
decreased the melting temperature by 0.9 °C. Based on maximum strain value, the

best reduction on brittleness was revealed by MFC-maleate. PLA/MFC-maleate
increased tensile strength by 51% and PLA/MFC acetate increased modulus of
elasticity by 35%. Carbon chain length and the existence of C-C double bond gave
inconsistent effect on the thermal and mechanical properties of the composite.
Key words: esterification, microfibrillated cellulose, polylactic acid

ESTERIFIKASI SELULOSA MIKROFIBRIL DENGAN
BERBAGAI ANHIDRIDA SEBAGAI PENINGKAT
SIFAT TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT
POLIASAM LAKTAT

AJENG MAWANGI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

Judul Skripsi : Esterifikasi Selulosa Mikrofibril dengan Berbagai Anhidrida
sebagai Peningkat Sifat Termal dan Mekanik Komposit Poliasam
Laktat
Nama
: Ajeng Mawangi
NIM
: G44090098

Disetujui oleh

Prof Ir Suminar S Achmadi, PhD
Pembimbing I

Dr Lisman Suryanegara, MAgr
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat
dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah dengan judul Esterifikasi Selulosa
Mikrofibril dengan Berbagai Anhidrida sebagai Peningkat Sifat Termal dan
Mekanik Komposit Poliasam Laktat berhasil diselesaikan. Penelitian ini
dilaksanakan sejak bulan Maret sampai Agustus 2013 di Laboratorium Kimia
Organik, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor dan UPT Biomaterial LIPI
Cibinong.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof Ir Suminar S Achmadi, PhD
dan Bapak Dr Lisman Suryanegara, MAgr selaku pembimbing, serta Bapak Budi
Arifin yang telah banyak memberikan arahan. Di samping itu, penghargaan
penulis sampaikan kepada Bapak Sabur, Ibu Yeni, Mbak Nia, dan Bapak Manto

beserta staf UPT Biomaterial LIPI, Cibinong, atas bantuan dan saran selama
penelitian ini dilaksanakan. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
kedua orang tua, adik-adik, dan keluarga atas doa dan kasih sayangnya, serta
semua teman-teman atas kebersamaan dan semangatnya. Penghargaan juga
penulis sampaikan kepada Direktorat Jenderal Perguruan Tinggi, Kementerian
Pendidikan dan Kebudayaan yang telah memberikan Beasiswa Bantuan
Mahasiswa selama masa perkuliahan penulis.
Penelitian ini disponsori oleh Kementerian Riset dan Teknologi melalui
LIPI pada Program Kompetitif Material Maju tahun 2013 yang diraih oleh Dr
Lisman Suryanegara, MAgr.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2013
Ajeng Mawangi

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
METODE
Bahan dan Alat

Prosedur Kerja
HASIL DAN PEMBAHASAN
Morfologi Serat Selulosa Mikrofibril (MFC)
MFC-ester dan Kompositnya
Sifat Termal Komposit PLA
Sifat Mekanik Komposit PLA
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

vii
vii
1
2
2
2
5

5
6
7
8
9
9
10
10
12
26

DAFTAR GAMBAR
1. Morfologi permukaan MFC menggunakan SEM pada perbesaran
1000×
2. Komposit PLA/MFC (a), PLA/MFCA (b), PLA/MFCB (c), dan
PLA/MFCM (d)
3. Termogram DSC PLA dan kompositnya
4. Regangan maksimum PLA dan kompositnya
5. Kuat tarik PLA dan kompositnya
6. Modulus elastisitas (MOE) PLA dan kompositnya

5
7
7
8
9
9

DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Bagan alir penelitian
Analisis morfologi MFC menggunakan SEM perbesaran 5000×

Kadar air MFC dan esternya
Pencirian FTIR MFC dan esternya
Penentuan kadar asetil dan DS MFCA
Derajat substitusi (DS) MFCB dan MFCM
Sifat termal PLA dan kompositnya
Analisis UTM pada PLA dan kompositnya

12
13
14
15
17
19
20
21

PENDAHULUAN
Selulosa merupakan serat yang paling melimpah di alam (Iwatake et al.
2008). Polimer ini sering digunakan sebagai penguat pada banyak komposit
terutama dalam ukuran nano yang disebut selulosa mikrofibril (MFC). Hal ini

disebabkan oleh sifatnya yang kuat dan kaku dikombinasikan dengan bobotnya
yang rendah, biodegradabel, dan keberadaannya yang berkelanjutan (Siro dan
Plackett 2010). Menurut Henriksson dan Berglund (2007), MFC berukuran 10–
100 nm.
Salah satu matriks komposit yang dipelajari ialah poliasam laktat (PLA).
PLA dipilih karena bersifat biodegradabel dan memiliki sifat mekanik yang baik,
tetapi getas dan tidak stabil terhadap panas sehingga dibutuhkan bahan penguat
(Ljungberg dan Wesslen 2002). PLA merupakan poliester alifatik hasil turunan
asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat) yang dapat diperoleh dari sumber
terbarukan dan berkelanjutan seperti jagung (Auras et al. 2004). Jika dilihat dari
strukturnya yang memiliki gugus –CH3, PLA termasuk ke dalam polimer
hidrofobik (Mohanty et al. 2000).
Interaksi antarmuka komposit PLA-selulosa kurang baik karena
ketercampurannya rendah akibat sifat hidrofilik selulosa dan sifat hidrofobik PLA.
Untuk meningkatkan ketercampurannya, dikembangkan berbagai senyawa sebagai
bahan pencampur komposit PLA, antara lain polipropilena termodifikasi anhidrida
maleat dan PLA termodifikasi anhidrida maleat (MAPLA) (Takatani et al. 2008).
Di sisi lain, Huda et al. (2006) melaporkan bahwa tambahan MAPLA tidak
memperbaiki modulus elastisitas (MOE) komposit PLA.
Selain penambahan bahan pencampur, hal lain yang dapat dilakukan untuk
meningkatkan interaksi komposit PLA dengan selulosa ialah melalui modifikasi
selulosa (Takatani et al. 2008). Modifikasi yang dibuat ialah esterifikasi selulosa
dengan berbagai anhidrida guna menurunkan hidrofilisitas selulosa. Menurunnya
hidrofilisitas selulosa pada komposit PLA diharapkan memengaruhi interaksinya
pada komposit dan meningkatkan sifat termal dan mekaniknya.
Esterifikasi selulosa yang telah lazim dilakukan ialah asetilasi selulosa.
Selulosa asetat merupakan plastik biodegradabel yang terbentuk dari reaksi
anhidrida asetat dengan selulosa. Ifuku et al. (2007) telah berhasil membuat
selulosa bakteri terasetilasi dengan derajat substitusi (DS) gugus asetil sampai
1.76. Proses asetilasi ini dapat menurunkan higroskopisitas selulosa secara efektif
sehingga sifat hidrofiliknya menurun. Selain itu, serat selulosa yang telah
diasetilasi memiliki diameter yang lebih lebar. Takatani et al. (2008) telah
mengesterifikasi selulosa menggunakan asam karboksilat dengan jumlah atom
karbon 2–12. Ester selulosa tersebut digunakan sebagai bahan pencampur pada
komposit serbuk kayu-PLA dan meningkatkan sifat mekanik komposit.
Rendahnya kereaktifan asam karboksilat pada reaksi tersebut menjadi bahan
pertimbangan.
Hasil yang diperoleh Ifuku et al. (2007) dan Takatani et al. (2008)
menyarankan bahwa sifat kimiawi selulosa dapat dimodifikasi untuk
meningkatkan interaksi selulosa dan PLA pada kompositnya melalui esterifikasi.
Esterifikasi dengan panjang rantai anhidrida yang lebih tinggi diharapkan dapat
mempertebal diameter serat selulosa dan terjalin interaksi yang semakin kuat di

2
antara selulosa dan PLA. Anhidrida dipilih karena reaktivitasnya lebih tinggi dan
mengurangi penggunaan bahan seperti katalis yang digunakan oleh Takatani et al.
(2008). Anhidrida yang digunakan ialah anhidrida asetat, anhidrida butirat, dan
anhidrida maleat. Pengaruh panjang rantai asil dan adanya ikatan rangkap
terhadap komposit PLA akan dipelajari pada penelitian ini.
Penelitian ini bertujuan meningkatkan dan membandingkan sifat termal dan
mekanik komposit PLA melalui esterifikasi MFC dengan anidrida asetat,
anhidrida butirat, dan anhidrida maleat.

METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan ialah PLA dengan nama dagang LACEA H400 yang diproduksi oleh Mitsui, Co, Jepang dan MFC dengan nama dagang
Celish KY-100G yang diproduksi oleh Daicel Chemical Industries, Ltd, Jepang
dengan kandungan serat 10% (b/b). Bahan kimia lain ialah asam asetat glasial
Merck, asam butirat Sigma-Aldrich, anhidrida asetat Merck, anhidrida butirat
Sigma-Aldrich, anhidrida maleat Merck, dan piridina.
Alat-alat yang digunakan adalah peramas Rheumix; ultra-turrax IKA® T25
digital, rotor IKA® EUROSTAR, spektrometer inframerah transformasi Fourier
(FTIR) Perkin Elmer Spectrum One, mikroskop pemayaran elektron (SEM) Zeiss
Evo50, kalorimeter pemayaran diferensial (DSC) DSC-60A, dan mesin pengujian
universal (UTM) Shimadzu AG-IS 50 kN.

Prosedur Kerja
Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahap, yaitu (1) esterifikasi MFC menjadi
MFC-asetat (MFCA), MFC-butirat (MFCB), dan MFC-maleat (MFCM), (2)
pembuatan komposit PLA/MFCA, PLA/MFCB, PLA/MFCM, dan (3) pencirian
sifat termal dan sifat mekanik komposit dengan skema seperti pada Lampiran 1.
Preparasi MFC Basis Kering
Air yang terkandung dalam MFC sebanyak 90% dihilangkan dengan cara
diperas menggunakan kain penyerap hingga kadar airnya menjadi 70% dan
dilanjutkan dengan inklusi pelarut. Pelarut yang digunakan ialah etanol dan
aseton. Sebanyak 12.5 g MFC dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, kemudian
ditambahkan 85 mL etanol. Campuran diaduk menggunakan batang magnetik
selama 20 menit, kemudian disaring, lalu proses yang sama diulangi
menggunakan aseton.
Pembuatan MFC-asetat (MFCA) (Modifikasi Ifuku et al. 2007)
Sebanyak 27 g MFC dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer dan
ditambahkan 150 mL asam asetat glasial untuk menghilangkan air dan
mengaktivasi MFC. Campuran diaduk selama 20 menit menggunakan batang
magnetik dan disaring vakum. Serat yang teraktivasi direaksikan dengan

3
perendaman dalam 120 mL anhidrida asetat selama 2 jam. Reaksi dihentikan
menggunakan akuades, lalu dilanjutkan dengan pencucian dengan akuades dan
penyaringan vakum.
Penentuan Kadar Asetil pada MFC-asetat (MFCA) (ASTM 1991)
Ke dalam labu erlenmeyer dimasukkan 1 g MFCA basis kering,
ditambahkan 40 mL etanol 75% (v/v), lalu labu dipanaskan di penangas air
bersuhu (55±3) °C selama 30 menit. Labu dikeluarkan dari penangas, kemudian
dimasukkan 40 mL NaOH 0.5 N menggunakan buret. Labu dipanaskan kembali
selama 15 menit pada suhu yang sama. Selanjutnya labu ditutup rapat dengan
kertas aluminium dan didiamkan selama 72 jam pada suhu ruang.
Sisa NaOH dititrasi dengan HCl 0.5 N standar dengan menggunakan
indikator fenolftalein sampai lenyapnya warna merah muda. Sebanyak 1 mL titran
dilebihkan dari titik akhir, lalu labu ditutup rapat kembali dan dibiarkan selama 24
jam pada suhu kamar untuk menarik NaOH yang berdifusi ke dalam selulosa.
Setelah itu, sisa HCl dititrasi dengan NaOH 0.5 N standar sampai terjadi
perubahan warna dari tidak berwarna ke merah muda. Titrasi dilakukan dengan
hati-hati karena titrat tidak berwarna. Perlakuan blangko dilakukan juga pada
MFC dengan proses serupa dengan penetapan kadar asetil MFCA. Kadar asetil
MFCA didapat dari persamaan berikut.

Keterangan
A
= volume NaOH untuk titrasi contoh (mL)
B
= volume NaOH untuk titrasi blangko (mL)
C = volume HCl untuk titrasi contoh (mL)
D = volume HCl unutk titrasi blangko (mL)
Nb = normalitas NaOH
Na = normalitas HCl
M = kadar air sampel (%)
W = bobot sampel (g)

Derajat substitusi (DS) diperoleh dari persamaan berikut:

Preparasi MFC-butirat (MFCB) (Modifikasi Ifuku et al. 2007)
Sebanyak 3.75 g MFC basis kering dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer
dan ditambahkan 200 mL asam butirat sebagai aktivator. Campuran diaduk
menggunakan batang magnetik selama 20 menit kemudian disaring vakum. MFC
yang teraktivasi ditambahkan 37.5 mL anhidrida butirat (MFC:anhidrida butirat =
1:10) dan diaduk sesaat sampai serat berbentuk menyerupai bola, kemudian reaksi
didiamkan selama 1 jam, dimulai dari penambahan anhidrida. Reaksi dihentikan
dengan penambahan akuades, lalu diikuti pencucian dengan akuades dan
penyaringan vakum.

4
Preparasi MFC-maleat (Modifikasi Lee dan Biermann 1992)
Sebanyak 3.75 g MFC basis kering dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer
dan ke dalamnya ditambahkan 18.75 g anhidrida maleat yang telah dilarutkan
dalam 85 mL aseton, lalu dimasukkan piridina sebanyak 18.75 mL sebagai katalis.
Reaksi dilakukan pada suhu 50 °C dengan pengadukan pada 6 jam pertama dan
didiamkan sampai 12 jam. Reaksi dihentikan dengan menambahkan akuades dan
diikuti pencucian dengan akuades untuk menghilangkan katalis. MFC-maleat
didapat dengan penyaringan vakum.
Penentuan DS MFC-butirat dan MFC-maleat (Takatani et al. 2008)
Derajat substitusi MFC-butirat dan MFC-maleat dihitung berdasarkan
pertambahan bobot dengan persamaan sebagai berikut:

Keterangan
Wp = selisih bobot produk dengan MFC (g)
Wr = bobot MFC (g)
Mw = bobot molekul gugus butiril atau maleil

Preparasi Komposit PLA/MFC-ester (PLA/MFCe) (Modifikasi Suryanegara
et al. 2009)
Komposit dengan kandungan serat 10% disiapkan sebagai berikut.
Sebanyak 5.25 g MFCe diaduk dalam 500 mL etanol selama 15 menit
menggunakan ultra turrax kemudian disaring vakum. Proses ini diulangi hingga 4
kali. Selanjutnya proses dilakukan dengan aseton dan diulangi sebanyak 3 kali,
kemudian dilanjutkan menggunakan diklorometana dan dilakukan sebanyak 2
kali, dengan ulangan kedua MFCe tetap disuspensikan dalam diklorometana.
Suspensi MFCe dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam 45 g PLA yang telah
dilarutkan sempurna dalam 300 mL diklorometana. Presipitat diaduk selama 1 jam
hingga homogen menggunakan rotor. Setelah itu, komposit dicetak dalam nampan
yang telah dilapisi teflon dan pelarut diuapkan dalam lemari asam pada suhu
ruang semalaman dan dilanjutkan dengan pengeringan dalam oven pada suhu 50
°C semalaman.
Komposit yang telah kering ditimbang bobotnya, lalu dipotong kecil˗kecil
(±1 cm2) untuk dilanjutkan ke tahap homogenisasi dengan peramasan
menggunakan Rheumix pada suhu 160 °C pada kecepatan 40 rpm selama 8 menit.
Selanjutnya komposit dikempa panas pada suhu 180 °C dengan tekanan 400 Pa
selama 3 menit.
Pengamatan Morfologi Permukaan
Morfologi serat MFC diamati menggunakan SEM di Puslitbang Kehutanan.
Sebelum diuji, sampel dipreparasi dengan mendispersikan MFC ke dalam air lalu
serat yang terdispersi diteteskan di atas tube yang telah diberi perekat, kemudian
serat dikeringkan pada suhu 105 °C selama 24 jam. Selanjutnya serat dilapisi
dengan emas di Laboratorium Zoologi LIPI, Cibinong dan dianalisis.

5
Analisis FTIR
Sampel MFC dan hasil esterifikasinya masing-masing dicampur dengan
KBr dan digerus halus. Campuran tersebut kemudian dijadikan pelet dan diukur
spektrumnya menggunakan FTIR pada bilangan gelombang 4000400 cm-1.
Pengujian Sifat Termal
Pengukuran DSC dialiri gas nitrogen dengan laju alir 50 mL/menit pada
kisaran suhu 27–200 °C dengan kecepatan 5 °C/menit menggunakan ±5 mg PLA
dan kompositnya. Sifat-sifat termal seperti suhu transisi kaca (Tg), suhu
kristalisasi dari keadaan dingin (Tcc), dan suhu leleh (Tm) merupakan hasil dari
DSC dengan sistem pemanasan.
Pengujian Sifat Mekanik
Sampel dipotong menjadi beberapa spesimen dengan ukuran panjang 40
mm, lebar 5 mm, dan tebal 1 mm. Informasi yang diperoleh dari pengujian ini
adalah regangan maksimum (%), kuat tarik (MPa), dan modulus elastisitas (GPa),
yang semua hasilnya ditunjukkan dengan nilai rata-rata dari 3 kali pengukuran.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Morfologi Serat Selulosa Mikrofibril (MFC)
Selulosa yang digunakan pada penelitian ini merupakan selulosa mikrofibril
(MFC) yang memiliki diameter serat berukuran nano. Analisis SEM pada MFC
menunjukkan sampel tersusun dari serat-serat yang membentuk jaringan yang
saling membelit dengan ukuran diameter serat beragam, 111.7–162.6 nm (Gambar
1) yang didapat dari 2 bagian pengukuran (Lampiran 2). Jaring-jaring serat MFC
yang saling membelit ini juga ditemukan oleh Nakagaito et al. (2009). Belitan
jaringan ini membuat MFC dapat dijadikan penguat bagi matriks polimer seperti
PLA. Hal yang serupa juga disampaikan oleh Iwatake et al. (2008). Diameter serat
yang didapat masih lebih besar dibandingkan dengan yang disampaikan oleh
Henrikson dan Berglund (2007), yaitu 10–100 nm. Hal ini dapat disebabkan oleh
pembentukan selulosa mikrofibril yang berbeda.

Gambar 1

Morfologi permukaan MFC menggunakan SEM pada perbesaran
1000×

6
MFC-ester dan Kompositnya
MFC-ester yang dihasilkan ialah MFC-asetat (MFCA), MFC-butirat
(MFCB), dan MFC-maleat (MFCM) dengan kadar air seperti yang ditampilkan
pada Lampiran 3. Setiap MFC-ester dicirikan menggunakan spektrometer FTIR
untuk membuktikan telah terbentuk ester pada serat selulosa. Analisis gugus
fungsi menghasilkan spektrum (Lampiran 4) dengan rangkuman serapan seperti
yang ditampilkan pada Tabel 1.
Sampel MFC-ester memiliki puncak dengan pola yang mirip dengan kontrol
MFC, terutama pada puncak khas selulosa, yaitu puncak vibrasi regang OH dan
regang C-H. Terbentuknya ester pada MFC dibuktikan dengan keberadaan puncak
regang C-O karbonil pada bilangan gelombang sekitar 1300 cm -1 yang muncul
pada setiap MFC-ester dan puncak regang C=O ester di sekitar 1700 cm -1 yang
muncul pada sampel MFCA dan MFCM. Puncak yang dimiliki MFCM bergeser
ke bilangan gelombang yang lebih rendah jika dibandingkan dengan MFCA. Hal
ini disebabkan adanya konjugasi C=C pada MFCM. Keberadaan gugus C=C pada
MFCM juga ditunjukkan dengan puncak vibrasi regang C=C pada 1633.70 cm-1.
Tabel 1 Gugus fungsi pada MFC dan esternya
Tipe vibrasi

Bilangan gelombang (cm-1)
MFC

MFCA

MFCB

MFCM

Regang OH

3236.79 3392.21 3432.92 3396.85

Regang C-H

2856.80 2899.31 2904.39 2898.18

Regang C=O ester

—

1770.72

—

1718.01

Regang C=C

—

—

—

1633.70

Regang C-O karbonil

—

1340.59 1340.47 1340.18

Analisis kuantitatif juga dilakukan pada MFC-ester melalui penentuan kadar
asetil dan DS MFCA (Lampiran 5) dan penentuan DS MFCB dan MFCM
(Lampiran 6). Dari analisis tersebut diperoleh kadar asetil dan DS MFCA masingmasing sebesar 6.04% dan 0.24, sedangkan DS MFCB dan MFCM masingmasing sebesar 0.07 dan 0.14. DS MFCB yang kecil diperkirakan menjadi alasan
tidak munculnya puncak C=O ester pada spektrum MFCB.
MFC dan esternya dikompositkan dengan PLA dan menghasilkan lembaran
plastik (Gambar 2). Dispersibilitas serat dalam matriks PLA semakin baik dengan
adanya modifikasi dan semakin meningkat seiring bertambahnya rantai karbon
pada gugus samping MFC ester.

7

Gambar 2

Komposit PLA/MFC (a), PLA/MFCA (b), PLA/MFCB (c), dan
PLA/MFCM (d)

Sifat Termal Komposit PLA
Setelah MFC-ester berhasil disintesis, serat ini dikompositkan dengan PLA
lalu diuji termal dan mekaniknya. Sifat termal PLA murni dan keempat
kompositnya diuji menggunakan DSC. Analisis ini menghasilkan termogram
(Gambar 3) yang menginformasikan sifat termal meliputi suhu transisi kaca (Tg),
suhu kristalisasi dingin (Tcc), dan suhu leleh (Tm) (Lampiran 7).

Gambar 3 Termogram DSC PLA dan kompositnya
Pemanasan membuat PLA mengalami titik transisi kaca pada suhu 49.85
°C. Adanya MFCB menaikkan Tg PLA sebesar 0.64 °C, tetapi MFC dan MFCA
menurunkan Tg masing-masing sebesar 1.49 °C dan 2.29 °C , sedangkan MFCM
tidak memberikan pengaruh berarti pada Tg PLA. Hal ini mengindikasikan MFCB
dapat memperlambat proses perubahan sifat PLA menjadi sifat karetnya. Mathew
et al. (2006) menyatakan peningkatan nilai Tg menunjukkan peristiwa relaksasi
polimer tertunda akibat gerak rantai polimer yang terbatas karena peningkatan
kristalinitas polimer. Tingginya nilai Tg menawarkan keberadaan komposit
PLA/MFCB berguna dalam bidang otomotif.
Penambahan MFC dan esternya pada PLA terlihat pengaruhnya pada nilai
Tcc. Secara umum, tambahan serat membuat nilai Tcc PLA lebih rendah;
perbedaan paling tinggi diberikan oleh MFCB, yaitu 13.84 °C. Hal ini

8
mengindikasikan MFC dan esternya, terutama MFCB, berperan sebagai
nucleating agent dalam kristalisasi PLA sehingga kristalisasi berlangsung lebih
cepat, seperti halnya yang ditemukan oleh Suryanegara (2009) pada komposit
PLA/MFC. Nilai Tg dan Tcc PLA lebih baik jika dikompositkan dengan MFCB.
Hal ini diduga akibat adanya rantai butiril yang tersubstitusi pada MFC yang
memiliki rantai C lebih panjang daripada MFCA. Akan tetapi, adanya ikatan
rangkap dengan panjang rantai C yang sama pada MFCM menghilangkan
pengaruh tersebut, terlihat dari nilai Tg dan Tcc MFCM yang hampir sama dengan
PLA. Secara umum, penambahan MFC dan esternya tidak memengaruhi nilai Tm
PLA murni.
Sifat Mekanik Komposit PLA
Sifat mekanik PLA dan kompositnya diuji dan menghasilkan nilai-nilai
seperti regangan maksimum, kuat tarik, dan modulus elastisitas (MOE) yang
didapat dari kurva hubungan tegangan dan regangan (Lampiran 8). Regangan
maksimum PLA meningkat setelah dikompositkan dengan MFC, MFCA, dan
MFCM, tetapi relatif tetap pada komposit MFCB (Gambar 4). Regangan
maksimum dipengaruhi oleh nisbah aspek serat (Mathew et al. 2005). Nisbah
aspek merupakan nisbah antara diameter dan panjang serat. Dengan demikian,
MFC, MFCA, dan MFCM memiliki nisbah aspek yang tinggi dan dapat
mengurangi sifat regas PLA.

Gambar 4 Regangan maksimum PLA dan kompositnya
Kuat tarik PLA berubah dengan penambahan MFC dan esternya (Gambar
5). Komposit PLA dengan MFC, MFCA, dan MFCM menghasilkan kuat tarik
yang lebih besar dibandingkan dengan PLA murni masing-masing sebesar 25%,
44%, dan 51%, sedangkan komposit PLA/MFCB tidak memiliki perbedaan yang
nyata. Berdasarkan hasil tersebut, MFC, MFCA, dan MFCM memiliki adhesi
antarmuka yang baik di antara serat dan matriks PLA (Suryanegara et al. 2009).
Menurunnya kuat tarik MFCB dibandingkan dengan MFCA diduga akibat rantai
karbon pada MFCB yang lebih panjang. Namun, kuat tarik komposit kembali
meningkat pada MFCM dibandingkan dengan MFCB. Hal ini diduga akibat
adanya ikatan rangkap karbon pada molekul MFCM.

9

Gambar 5 Kuat tarik PLA dan kompositnya
Pada kurva hubungan tegangan dan regangan yang diperoleh dari analisis
UTM, modulus elastisitas (MOE) ialah kemiringan kurva tersebut. Secara umum
kemiringan kurva yang tinggi dimiliki oleh polimer yang regas dengan nilai MOE
yang tinggi. Kurva dengan pola tersebut muncul pada PLA dan komposit yang
dipreparasi pada penelitian ini (Lampiran 8) sehingga PLA dan kompositnya
dikatakan sebagai polimer yang regas, sesuai dengan yang dikemukakan oleh
Mathew et al. (2005).

Gambar 6 Modulus elastisitas (MOE) PLA dan kompositnya
Matriks PLA yang dikomposit dengan MFC dan esternya memiliki MOE
yang lebih tinggi dibandingkan dengan PLA murni (Gambar 6). Peningkatan
paling baik diberikan oleh MFCA berturut-turut diikuti oleh MFCB, MFC, dan
MFCM, masing-masing sebesar 35%, 29%, 24%, dan 6%. Nilai MOE yang tinggi
menggambarkan ketercampuran PLA dan serat yang baik (Lu et al. 2005) dan
adanya adhesi antarmuka yang baik di antara matriks dan pengisinya
(Suryanegara et al. 2009). Hal ini mengindikasikan MFC dan esternya tercampur
dengan PLA dan dapat menjadi penguat pada PLA. Berdasarkan nilai MOE,
ketercampuran yang paling baik diberikan oleh MFCA dan optimum pada
komposit ini.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Ester MFC berhasil disintesis menggunakan anhidrida yang berbeda-beda.
Hal ini dibuktikan dengan penentuan DS pada MFC-ester dan pencirian spektrum
FTIR yang menghasilkan puncak vibrasi regang C=O ester. Dispersibilitas serat
dalam matriks PLA semakin baik seiring bertambahnya rantai karbon pada gugus
samping MFC. Sifat termal dan mekanik PLA berubah dengan penambahan MFC

10
dan esternya. Panjang rantai karbon dan adanya ikatan rangkap pada MFC-ester
memberikan pengaruh berbeda-beda terhadap sifat termal dan mekanik PLA.
Suhu transisi kaca dan suhu kristalisasi dingin paling baik ditingkatkan oleh
MFC-butirat. Peningkatkan regangan dan kuat tarik terjadi pada komposit
PLA/MFC-maleat, sedangkan modulus elastisitas pada komposit PLA/MFCasetat. Akibat perbedaan hasil pada sifat termal dan mekanik, komposit PLA yang
terbaik dalam penggunaan di bidang otomotif belum dapat ditentukan. Namun,
temuan pada penelitian ini dapat mengindikasikan sifat termal dan mekanik
komposit PLA dapat diperbaiki dengan esterifikasi MFC.

Saran
Morfologi serat MFC setelah diesterifikasi sebaiknya diamati agar terlihat
adanya penebalan diameter serat. Optimasi reaksi maleasi MFC sebaiknya
dilakukan. Analisis sifat termal dengan DSC yang memiliki sistem pendinginan
sebaiknya dilakukan agar data dapat dimanfaatkan dalam bidang industri.
Pengaruh suhu pada sifat mekanik komposit PLA/MFC-ester juga perlu dipelajari
berkaitan dengan aplikasi komposit ini. Analisis SEM dapat dilakukan untuk
melihat keadaan morfologi serat setelah diberi suatu gaya.

DAFTAR PUSTAKA
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 1991. ASTM D 871:
Standard Methods of Testing Cellulose Acetate. Philadelphia (US): ASTM.
Auras R, Harte B, Selke S. 2004. An overview of polylactides as packaging
materials. Macromol Biosci. 4(9):835-864. doi: 10.1002/mabi.200400043.
Henriksson M, Berglund LA. 2007. Structure and properties of cellulose
nanocomposite films containing melamine formaldehyde. J Appl Polym Sci.
106(4):2817-2824 doi: 10.1002/app.26946
Huda MS, Drzal LT, Misra M, Mohanty AK. 2006. Wood-fiber reinforced
poly(lactic acid) composites: evaluation of the physicomechanical and
morphological properties. J Appl Polym Sci. 102(5):4856-4869. doi:
10.1002/app.24829.
Ifuku S, Nogi M, Abe K, Handa K, Nakatsubo F, Yano F. 2007. Surface
modification of bacterial cellulose nanofibers for property enhancement of
optically transparent composites: dependence on acetyl-group DS.
Biomacromolecules 8(6):1973-1978. doi: 10.1021/bm070113b.
Iwatake A, Nogi M, Yano H. 2008. Cellulose nanofiber-reinforced polylactic acid.
Compos Sci Technol. 68(9):2103-2106. doi: 10.1016/j.compscitech.2008.03.
006.
Lee M, Biermann CJ. 1992. Grafting of maleic anhydride copolymers onto
cellulose acetate and methyl cellulose. J Wood Chem and Technol. 12(2):231240. doi: 10.1080/02773819208545081

11
Ljungberg N, Wesslen B. 2002. The effects of plasticizers on the dynamic
mechanical and thermal properties of poly(lactic acid). J Appl Polym Sci.
86(5):1227-1234. doi: 10.1002/app.11077
Lu JZ, Negulescu II, Wu Q. 2005. Maleated wood-fiber/high-densitypolyethylene composites: Coupling mechanisms and interfacial
characterization.
Composite
Interfaces
12(1-2):125-140.
doi:
10.1163/1568554053542133.
Mathew AP, Oksman K, Sain M. 2006. The effect of morphology and chemical
characteristics of cellulose reinforcements on the crystallinity of polylactic
acid. J Appl Polym Sci. 101(1): 300-310. doi: 10.1002/app.23346.
Mathew AP, Oksman K, Sain M. 2005. Mechanical properties of biodegradable
composites from poly lactic acid (PLA) and microcrystalline cellulose
(MCC). J Appl Polym Sci. 97(5):2014-2025. doi: 10.1002/app.21779.
Mohanty AK, Misra M, Hinrichsen G. 2000. Biofibres, biodegradable polymers
and biocomposites: an overview. Macromol Mater Eng. 276-277(1):1-24. doi:
10.1002/(SICI)1439-2054(20000301)276:13.0.CO;2-W.
Nakagaito AN, Fujimura A, Sakai T, Hama Y, Yano H. 2009. Production of
microfibrillated cellulose (MFC)-reinforced polylactic acid (PLA)
nanocomposites from sheets obtained by a papermaking-like process. Compos
Sci Technol. 69(7-8):1293-1297.doi:10.1016/j.compscitech.2009.03.004.
Siro I, Plackett D. 2010. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite
materials: a review. Cellulose 17(3):459-494. doi: 10.1007/s10570-010-9405y
Suryanegara L, Nakagaito AN, Yano H. 2009. The effect of crystallization of
PLA on the thermal and mechanical properties of microfibrillated cellulosereinforced PLA composites. Compos Sci Technol. 69(7-8):1187-1192. doi:
10.1016/j.compscitech.2009.02.022.
Takatani M, Ikeda K, Sakamoto K, Okamoto T. 2008. Cellulose esters as
compatibilizers in wood/poly(lactic acid) composite. J Wood Sci. 54(1):5461. doi: 10.1007/s10086-007-0911-y.

12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
MFC KA 90%

Analisis SEM

MFC KA 70%
Esterifikasi

MFC-asetat

MFC-butirat

MFC-maleat

Pembuatan komposit
Analisis FTIR

Komposit
PLA/MFCe

Peramasan komposit
PLA/MFCe

Kempa panas
komposit PLA/MFCe

Analisis DSC

Analisis UTM

13
Lampiran 2 Analisis morfologi MFC menggunakan SEM perbesaran 5000×
Bagian 1

Bagian 2

14
Lampiran 3 Kadar air MFC dan esternya

Sampel
MFC
MFC-asetat DS 0.2
MFC-butirat
MFC-maleat
Contoh perhitungan:

Bobot
cawan
(W1) (g)
40.0376
21.3321
32.7942
41.0717

Bobot
sampel
(W2) (g)
0.2413
0.1116
0.5062
1.0137

Bobot cawan +
sampel
(W3) (g)
40.1091
21.3464
32.8915
41.3167

Kadar air
(%)
70.40
87.19
80.78
75.84

15
Lampiran 4 Pencirian FTIR MFC dan esternya
Spektrum MFC

Spektrum MFCA

16
lanjutan Lampiran 4
Spektrum MFCB

Spektrum MFCM

17
Lampiran 5 Penentuan kadar asetil dan DS MFCA
Standardisasi HCl dengan boraks
Ulangan
1
2
Rata-rata

Boraks
Volume Konsentrasi
(mL)
(N)
10.00
0.3001
10.00
0.3001

Volume HCl (mL)
awal

akhir

terpakai

0.00
6.60

6.60
13.30

6.50
6.70

Konsentrasi
HCl (N)
0.4547
0.4479
0.4513

Contoh perhitungan:
Bobot boraks = 2.8613 g

Konsentrasi HCl
(V × N) boraks = (V × N) HCl
10.00 mL × 0.3001 N = 6.50 mL × N HCl
N HCL = 0.4547 N

Ulangan
1
2
Rata-rata

Standardisasi NaOH dengan asam oksalat
Asam oksalat
Volume NaOH (mL)
Konsentrasi
Volume
Konsentrasi
awal akhir terpakai NaOH (N)
(mL)
(N)
10.00
0,3019
0.00 6.50
6.50
0,4645
10.00
0,3019
6.50 13.00
6.50
0,4645
0,4645

Contoh perhitungan
Bobot asam oksalat = 1.9030 g

Konsentrasi NaOH
(V × N) asam oksalat = (V × N) NaOH
10.00 mL × 0.3019 N = 6.50 mL × N NaOH
N NaOH = 0.4645 N

18
lanjutan Lampiran 5
Kadar asetil dan DS MFCA
Bobot
Kadar Volume HCl Konsentrasi Volume
Konsentrasi Kadar
Sampel sampel
air (%)
(mL)
HCl (N) NaOH (mL) NaOH (N) asetil (%)
(g)
Blanko 0.5056
20.80
0.4513
0.60
0.4645
MFCA 0.5058 87.18

20.65

0.4513

Contoh perhitungan

Keterangan
A
= volume NaOH untuk titrasi contoh (mL)
B
= volume NaOH untuk titrasi blangko (mL)
C = volume HCl untuk titrasi contoh (mL)
D = volume HCl unutk titrasi blangko (mL)
Nb = normalitas NaOH
Na = normalitas HCl
M = kadar air sampel (%)
W = bobot sampel (g)

0.65

0.4645

6.04

DS
0.24

19
Lampiran 6 Derajat substitusi (DS) MFCB dan MFCM
MFC awal
Sampel
MFCB
MFCM

Bobot
basis
basah
(g)

5.0418
3.3648

MFC setelah modifikasi

Kadar
air (%)

Bobot
basis
kering
(g)

Bobot
basis
basah

Kadar
air (%)

Bobot
basis
kering
(g)

70.00
70.00

1.5125
1.0094

8.1129
4.5182

80.78
75.84

1.5593
1.0916

Contoh perhitungan:
Bobot basis kering = (1 – kadar air) × bobot basis basah
= (1 – 0.7000) × 5.0418 g
= 1.5125 g

= 0.07
Keterangan
Wp = selisih bobot produk dengan MFC (g)
Wr = bobot MFC (g)
Mw = bobot molekul gugus butiril atau maleil

DS
0.07
0.14

20
Lampiran 7 Sifat termal PLA dan kompositnya
Sampel
PLA
PLA/MFC
PLA/MFCA
PLA/MFCB
PLA/MFCM

Tg (°C)
49.85
48.36
47.56
50.49
49.84

Keterangan
Tg = suhu transisi kaca
Tcc = suhu kristalisasi dingin
Tm = suhu leleh

Tcc (°C)
100.13
87.81
87.42
86.29
94.55

Tm (°C)
166.95
166.01
166.15
166.32
166.66

21
Lampiran 8 Analisis UTM pada PLA dan kompositnya
Dimensi spesimen uji PLA
Tebal
Lebar
Panjang
Ulangan
(mm)
(mm)
(mm)
1
1.2100
5.9100
40.1700
2
1.1100
5.6000
39.8700
3
0.9800
6.1700
39.4100
Kurva tegangan-regangan PLA

Ulangan
1
2
3

Sifat mekanik PLA
Regangan
Kuat tarik
maksimum
(MPa)
(%)
1.0705
14.3553
0.9870
15.2982
1.3004
15.1428

Modulus
elastisitas
(GPa)
1.4684
1.6551
1.9510

22
lanjutan Lampiran 8
Dimensi spesimen uji komposit PLA/MFC
Tebal
Lebar
Panjang
Ulangan
(mm)
(mm)
(mm)
1.2500
6.1200
40.1600
1
1.2500
5.6000
39.9100
2
1.2100
6.2800
40.4100
3
Kurva tegangan-regangan komposit PLA/MFC

Sifat mekanik komposit PLA/MFC
Regangan
Kuat tarik
Ulangan
maksimum
(MPa)
(%)
1.6895
20.5515
1
1.2679
17.3884
2
1.0097
17.7414
3

Modulus
elastisitas
(GPa)
2.2070
1.9229
2.2010

Dimensi spesimen uji komposit PLA/MFCA
Tebal
Lebar
Panjang
Ulangan
(mm)
(mm)
(mm)
1.1800
5.9900
39.8300
1
1.1500
6.0900
39.3800
2
1.1600
5.6900
39.8100
3

23
lanjutan Lampiran 8
Kurva tegangan-regangan komposit PLA/MFCA

Sifat mekanik komposit PLA/MFCA
Regangan
Modulus
Kuat tarik
Ulangan
maksimum
elastisitas
(MPa)
(%)
(GPa)
1
1.5014
22.1680
1.7969
2
1.0462
20.5790
2.4073
3
0.9947
21.8784
2.5488

24
lanjutan Lampiran 8
Dimensi spesimen uji komposit PLA/MFCB
Tebal
Lebar
Panjang
Ulangan
(mm)
(mm)
(mm)
1.0600
4.9700
40.0000
1
1.0100
4.9100
40.0000
2
1.0900
4.9100
40.0000
3
Kurva tegangan-regangan komposit PLA/MFCB

Sifat mekanik komposit PLA/MFCB
Regangan
Modulus
Kuat tarik
Ulangan
maksimum
elastisitas
(MPa)
(%)
(GPa)
0.9675
14.9600
2.2672
1
1.0925
16.6298
2.2695
2
1.0975
13.2955
2.0646
3

25
lanjutan Lampiran 8
Dimensi spesimen uji komposit PLA/MFCM
Tebal
Lebar
Panjang
Ulangan
(mm)
(mm)
(mm)
1.0100
5.2300
40.0000
1
1.0200
5.1900
40.0000
2
1.0300
4.7500
40.0000
3
Kurva tegangan-regangan komposit PLA/MFCM

Sifat mekanik komposit PLA/MFCM
Regangan
Modulus
Kuat tarik
maksimum
elastisitas
Ulangan
(MPa)
(%)
(GPa)
1.5750
26.3438
2.3190
1
1.6188
21.0210
1.5993
2
1.5500
20.2542
1.4256
3

26

RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Jakarta pada 25 November 1991. Penulis merupakan anak
pertama dari 3 bersaudara dari pasangan Alm. Masiran Sandi Ismaya dan Narti.
Penulis lulus dari SMP Negeri 139 Jakarta pada tahun 2006 dan lulus dari SMA
Negeri 81 Jakarta. Penulis melanjutkan studi di Departemen Kimia, Institut
Pertanian Bogor pada tahun 2009 melalui jalur SNMPTN.
Selama menjadi mahasiswa, penulis pernah menjadi staf Departemen
Komunikasi dan Informasi, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) periode 2010–
2011. Di periode yang sama penulis juga aktif menjadi anggota Lingkung Seni
Sunda Gentra Kaheman. Penulis pernah menjadi asisten praktikum pada mata
kuliah Kimia B TPB (2011). Pada tahun 2012 penulis melakukan praktik lapangan
di Balai Besar Penelitian Veteriner (Bbalitvet).