Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat
PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT
PEBRY HIDAYAT
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 Pembuatan
Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam
Akrilat 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 yang dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Pebry Hidayat
NIM G44090096
ABSTRAK
PEBRY HIDAYAT. Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD
dan M ANWAR NUR.
Onggok adalah hasil samping dari industri tapioka yang berbentuk padat
dan biasanya berukuran satu kepal. Tujuan penelitian ini adalah membuat polimer
superabsorben (SAP) dari onggok dikarboksilat dengan metode kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang. Oksidasi onggok dilakukan dalam 2 tahap,
yaitu oksidasi dengan NaIO4 dan dilanjutkan dengan 3 variasi perlakuan H2O2.
Hasil oksidasi dikopolimerisasi dengan monomer asam akrilat, inisiator amoniumperoksidisulfat, dan penaut-silang N,N’-metilena-bis-akrilamida pada suhu 75 °C
selama 3 jam. Oksidasi dengan H2O2 30% menghasilkan kadar karboksil yang
tinggi, tetapi kapasitas penyerapan produk kopolimernya lebih rendah daripada
perlakuan dengan H2O2 3% yang kadar karboksilnya lebih rendah. Netralisasi
SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi meningkatkan kapasitas penyerapan
55% dibandingkan dengan sebelum netralisasi. Kapasitas penyerapan tertinggi
dalam larutan garam sebesar 95.91 g/g dihasilkan dalam NaCl 0.01 M, sedangkan
dalam larutan dengan berbagai macam pH, diperoleh pada pH 7. Struktur SAP
ditegaskan dengan metode spektrofotometri inframerah transformasi Fourier.
Kata kunci: asam akrilat, hidrogen peroksida, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT
PEBRY HIDAYAT. Synthesis of Superabsorbent through Copolymerization of
Onggok Dicarboxylic with Acrylic Acid. Supervised by ZAINAL ALIM
MAS’UD and M ANWAR NUR.
Onggok is a by-product from tapioca industry which has solid shape and
usually one-fist sized. The main objective of this study was to synthesize
superabsorbent polymer (SAP) from onggok dicarboxylic by grafting-crosslinking
copolymerization. Onggok oxidation was done in 2 stages, first with NaIO4 and
then with 3 variation treatments of H2O2. The oxidation product was
copolymerized with acrylic acid monomer by using ammonium peroxydisulfate as
initiator and N,N'-methylene-bis-acrylamide as crosslinker at 75 °C for 3 hours.
Oxidation with 30% H2O2 produced high carboxyl content, but the absorption
capacity of the copolymer product was lower than oxidation with 3% H2O2
producing lower carboxyl content. Neutralization of product with the highest
absorption capacity increased the absorption capacity as much as 55%. The
maximum absorption capacity in salt solutions was 95.91 g/g observed in 0.01 M
NaCl, while in solutions with various pH, it was achieved at pH 7. The structure
of SAP was confirmed by Fourier transform infrared spectrophotometry method.
Key words: acrylic acid, onggok, hydrogen peroxide, oxidation, superabsorbent
PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT
PEBRY HIDAYAT
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:
Nama
NIM
:
:
Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat
Pebry Hidayat
G44090096
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA
Pembimbing I
Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi:
Nama
NIM
Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat
Pebry Hidayat
G44090096
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas'ud, DEA
Pembimbing I
Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Tanggal Lulus:
3 1 DEC 2013
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya
ilmiah dengan judul Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Penelitian dilakukan sejak bulan April
hingga Oktober 2013 bertempat di Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian
Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada pihak yang turut membantu dan
memudahkan penulis dalam melaksanakan penelitian serta dalam penyelesaian
karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Zainal Alim Mas’ud dan Bapak M.
Anwar Nur selaku pembimbing atas bimbingan, pengarahan, dan ilmu yang
diberikan. Terima kasih juga kepada semua dosen pengajar, staf laboratorium
terpadu (Kak Baim, Kak Indah, Kak Yono, Mbak Ani, dan Kak Uud), dan rekanrekan di laboratorium terpadu (Kak Dail, Noni, Tati, Denar, Mia, Rahma, dan
Kris) atas bantuan dan dukungannya.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada kedua orang tua, adik,
dan seluruh keluarga serta Naadhilah Ramadhan atas do’a dan motivasinya, serta
teman-teman dari Kimia 46 IPB terutama Tari, Shinta, Agy, Ilham, dan Fahmi
untuk kebersamaan, semangat dan dukungan yang diberikan selama
melaksanakan penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Desember 2013
Pebry Hidayat
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
METODE
Alat dan Bahan
Lingkup Kerja
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat
Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vii
vii
1
2
2
2
4
4
5
6
7
7
8
8
9
9
11
21
DAFTAR GAMBAR
1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben
2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3
3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2,
dan 3
4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan
1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai konsentrasi larutan
NaCl
5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan
1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan berbagai pH
2
5
6
7
8
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Diagram alir penelitian
Kadar karboksil sampel
Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2
Kapasitas serap SAP dalam air
Kapasitas serap SAP dalam larutan NaCl
Kapasitas serap SAP dalam berbagai larutan pH
11
12
13
14
14
18
PENDAHULUAN
Istilah polimer superabsorben (superabsorbent polymer, SAP) mencakup
sejumlah jenis polimer yang mampu menyerap air hingga 100 kali dari bobot
keringnya dan mampu mempertahankannya di bawah tekanan yang cukup kuat.
Polimer superabsorben bertautan-silang secara bebas dengan gugus hidrofiliknya
membentuk jejaring 3 dimensi sehingga dapat menyimpan cairan di dalamnya dan
tidak mudah melepas cairan tersebut (Kiatkamjornwong 2007). Potensi SAP
cukup besar untuk diaplikasikan di berbagai bidang seperti pertanian, produkproduk kesehatan, kebersihan, atau penyimpanan makanan. Namun superabsorben
yang digunakan saat ini umumnya merupakan polimer sintetik yang sulit diurai
sehingga tetap menjadi masalah lingkungan di kemudian hari. Untuk itu,
dikembangkan SAP yang ramah lingkungan dan mudah diuraikan, berbahan dasar
polimer alam seperti kitosan, selulosa, atau pati (Qureshi et al. 2011).
Onggok merupakan hasil samping dari pengolahan singkong menjadi
tepung tapioka yang berbentuk padat, kering, keras, dan biasanya berukuran satu
kepal. Nilai jual onggok jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan tepung
tapioka yang merupakan produk utamanya. Namun, onggok masih mengandung
karbohidrat polisakarida yang cukup tinggi dan dapat dimodifikasi untuk
menaikkan nilai jualnya. Salah satu bentuk modifikasi untuk meningkatkan sifatsifat fisik dan nilai ekonomi onggok adalah pembuatan SAP berbahan dasar
onggok. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuat SAP tersebut, di
antaranya sulfonasi onggok (Ramadhani 2009), kopolimerisasi pencangkokan
onggok dengan asam akrilat (Kurniadi 2010), serta kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang onggok dengan akrilamida (Amroni 2011) dan dengan asam
akrilat (Bramada 2013). Akan tetapi, pembuatan SAP berbahan dasar karbohidrat
teroksidasi dari onggok belum banyak dilakukan.
Pembuatan SAP dari polimer alam dapat dilakukan dengan metode
kopolimerisasi pencangkokan monomer seperti asam akrilat atau akrilamida ke
dalam polimer. Proses kopolimerisasi tersebut memerlukan bahan inisiator dan
penaut-silang. Bahan inisiator yang biasanya digunakan ialah garam persulfat (K+,
Na+, NH4+) atau hidrogen peroksida, sedangkan bahan penaut-silangnya ialah
N,N’-metilena-bisakrilamida (MBA) atau 1,1,1-trimetilpropana triakrilat
(Kiatkamjornwong 2007). Besar kecilnya daya serap SAP dipengaruhi oleh gugus
hidrofilik terutama gugus karboksilat yang terdapat dalam polimer. Hal tersebut
karena gugus karboksilat yang ternetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis
di dalam polimer akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan H+ dalam –
COOH sehingga polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak (Gambar 1).
Untuk itu, pada penelitian ini onggok dimodifikasi dengan cara oksidasi untuk
mengubah gugus OH pada pati di posisi C2 dan C3 menjadi asam karboksilat dan
kemudian dilakukan kopolimerisasi menggunakan monomer asam akrilat
ternetralisasi, inisiator ammonium persulfat (APS), dan bahan penaut-silang,
MBA.
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari onggok dikarboksilat melalui
metode kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan monomer asam
akrilat, dan memperoleh data karakteristik produk yang meliputi daya serap dalam
air, larutan garam, dan larutan dengan berbagai macam pH.
Gambar 1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben
METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah labu leher 3, termometer, corong penambah
cairan, mantel pemanas, pengaduk magnet, neraca analitik, alat-alat kaca, dan
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR). Bahan-bahan yang
digunakan antara lain onggok yang didapatkan dari industri pengolahan tepung
tapioka di Bogor; asam akrilat, amonium persulfat (APS), dan natrium periodat
(Merck®); N,N-metilena-bis-akrilamida (MBA) (Sigma-Aldrich®); metanol,
etanol, dan aseton (Smart Lab Indonesia®); gas N2, hidrogen peroksida, dan
indikator pH universal.
Lingkup Kerja
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama
ialah oksidasi onggok berturut-turut dengan natrium periodat dan hidrogen
peroksida. Tahap selanjutnya ialah kopolimerisasi pencangkokan dan penautansilang dan tahap terakhir ialah pencirian produk karakterisasi kopolimer.
Preparasi Onggok
Onggok singkong dicuci dengan air, kemudian didekantasi hingga
endapannya terpisah dan disaring dengan kain kasa. Endapan hasil penyaringan
lalu dicuci dan disaring kembali hingga terlihat bersih. Setelah itu, onggok
dikeringkan di bawah cahaya matahari, dihaluskan, dan disaring dengan saringan
100 mesh.
Oksidasi Onggok (Modifikasi Margutti et al. 2002)
Onggok ditimbang dengan nisbah 1:100 (b/v) terhadap larutan NaIO4 0.05
M dan dimasukkan ke dalam wadah tertutup, kemudian larutan NaIO4
ditambahkan. Wadah dilengkapi dengan pengaduk magnet dan campuran diaduk
selama 1 jam. Setelah itu, onggok disaring, dicuci dengan akuades, dan
dikeringkan dalam oven 60 °C. Hasil oksidasi kemudian dioksidasi lebih lanjut
3
dengan hidrogen peroksida. Sebanyak 10 g sampel disuspensikan dalam 80 mL
akuades dan diaduk. Larutan CuSO4 dan hidrogen peroksida (konsentrasi 30%
atau 3%) kemudian ditambahkan, lalu sampel dioksidasi selama 2 jam dan pH 9
dengan penambahan NaOH. Setelah proses oksidasi, pH diturunkan menjadi 5
dengan ditambahkan H2SO4. Onggok teroksidasi disaring dan dicuci dengan
akuades, kemudian dikeringkan dan disimpan untuk dianalisis menggunakan
spektrofotometer FTIR dan diuji gugus karboksilnya.
Kopolimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silang (Modifikasi Mas’ud et
al. 2013)
Akuades sebanyak 75 mL ditambahkan ke dalam 7.5 g onggok di dalam
labu leher 3, lalu diaduk dan dipanaskan hingga 90 °C. Pada suhu tersebut
dialirkan gas nitrogen selama 30 menit, lalu suhu diturunkan hingga 35 °C.
Kemudian dimasukkan asam akrilat ternetralisasi sebanyak 22.5 mL dan diaduk 5
menit. Selanjutnya MBA ditambahkan sebanyak 0.03 g dalam 4 mL akuades dan
diaduk 5 menit. Setelah itu, dimasukkan APS sebanyak 0.3 g dalam 4 mL akuades
dan diaduk 5 menit. Campuran lalu diaduk dan dipanaskan dengan suhu 75 °C
selama 3 jam. Setelah 3 jam, campuran dikeluarkan dan direndam dalam metanol
semalaman. Selanjutnya campuran direfluks dengan 200 mL aseton dengan suhu
70 °C selama 1 jam dan dikeringkan dalam oven.
Uji Gugus Karboksil
Sampel onggok teroksidasi disuspensikan dengan HCl 0.1 M (suspensi 20%
b/v). Suspensi diaduk selama 30 menit, disaring, kemudian residu dicuci dengan
akuades sampai bebas dari ion klorida yang diperiksa dengan uji perak nitrat.
Sampel lalu dipindahkan ke erlenmeyer dan didispersikan dengan 300 mL
akuades, kemudian campuran dididihkan dan diaduk terus-menerus selama 20
menit. Sampel panas segera dititrasi dengan NaOH 0.1 M dengan indikator
fenolftalein. Sampel onggok sebelum oksidasi juga dianalisis dengan cara sama
sebagai blangko. Jumlah gugus karboksil ditentukan dengan persamaan berikut:
ar oksil
titrat sampel lan ko mL
molaritas Na
sampel
.
Uji Daya Serap dalam Air (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL akuades, lalu didiamkan selama 24 jam. Setelah itu, disaring
dan ditimbang bobotnya. Kapasitas penyerapan air (Qeq) dari superabsorben
ditentukan dengan menggunakan persamaan
Qeq =
Keterangan:
m1 = bobot superabsorben kering
m2 = bobot superabsorben yang telah mengembang
Uji Daya Serap dalam Larutan Garam (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL larutan garam NaCl dengan konsentrasi 0.01 hingga 1 M.
Setelah didiamkan selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu
dihitung kapasitas penyerapannya.
Uji Daya Serap dalam Larutan Berbagai pH (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL larutan dengan rentang pH 2 hingga 13. Setelah didiamkan
selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu dihitung kapasitas
penyerapannya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
Onggok yang digunakan dicuci terlebih dahulu untuk menghilangkan
pengotor, lalu dihaluskan dan disaring dengan saringan 100 mesh untuk
meningkatkan luas permukaan. Onggok kemudian dioksidasi menggunakan
oksidator natrium periodat (NaIO4). Natrium periodat merupakan oksidator
spesifik yang memutus ikatan C2-C3 dalam pati atau selulosa membentuk gugus
dialdehida tanpa hasil samping yang signifikan (Margutti et al. 2002). Hasil
oksidasi dengan NaIO4 kemudian dioksidasi lebih lanjut dengan oksidator
hidrogen peroksida (H2O2). Oksidasi dengan H2O2 dilakukan dengan 3 variasi
perlakuan konsentrasi, volume, dan suhu oksidasi. Oksidasi ini diharapkan dapat
mengoksidasi gugus dialdehida yang terbentuk sebelumnya menjadi gugus asam
dikarboksilat.
Hasil uji kadar karboksil (Tabel) menunjukkan bahwa dari ketiga perlakuan,
oksidasi dengan perlakuan 2 (3 mL H2O2 30%, 50 °C) menghasilkan kadar
karboksil tertinggi, yaitu 1.54%. Oksidasi dengan perlakuan 1 (7.5 mL H2O2 30%,
50 °C) menghasilkan kadar karboksil yang lebih rendah karena mungkin terjadi
oksidasi lanjut menjadi CO2 di dalam onggok. Hal ini ditandai dengan
terbentuknya gelembung pada saat proses oksidasi berlangsung. Selain itu,
perbedaan kadar karboksil dari tiap perlakuan oksidasi dengan H2O2 ini juga
dipengaruhi oleh beberapa faktor lain, yaitu suhu dan cahaya ultraviolet (Koswara
2009). Perhitungan kadar karboksil sampel diberikan di Lampiran 2.
Perlakuan
1
2
3
Tabel Kadar karboksil onggok teroksidasi
[H2O2] (%)
V H2O2 (mL)
Suhu (°C)
30
7.5
50
30
3
50
3
1
28
ar oksil %
1.2235
1.5409
1.1872
5
Analisis gugus fungsi dilakukan untuk membuktikan keberadaan serapan
C=O dari gugus asam karboksilat dalam struktur onggok teroksidasi. Gambar 2
menunjukkan bahwa spektrum FTIR dari 3 perlakuan oksidasi memiliki pita
serapan yang sama pada bilangan gelombang 1724 cm-1 yang menunjukkan
vibrasi ulur C=O. Pita ini dapat menandakan terbentuknya gugus asam karboksilat
dalam onggok hasil oksidasi. Selain itu, ketiga spektrum memperlihatkan bahwa
pita serapan gugus OH dalam onggok semakin menurun dengan bertambahnya
jumlah H2O2 yang digunakan dalam oksidasi. Hal ini menandakan telah rusaknya
rantai pati dan selulosa dalam onggok setelah dioksidasi, yang juga ditunjukkan
dengan bobot hasil oksidasi yang rendah (Lampiran 3).
Gambar 2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1 (–),2 (–
), dan 3 (–)
SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat
SAP pada penelitian ini dibuat melalui metode kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang. Kopolimerisasi pencangkokan adalah salah
satu metode yang efektif untuk menggabungkan gugus fungsi yang diinginkan ke
dalam suatu bahan seperti polimer alam dan sintetik (Liu et al. 2006). Metode ini
terdiri atas 3 tahap reaksi, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Asam akrilat
yang memiliki ikatan rangkap mengalami reaksi adisi oleh APS membentuk
senyawa radikal pada tahap inisiasi, lalu membentuk kopolimer dengan onggok
dikarboksilat. Kemudian dengan adanya MBA terbentuk jejaring 3 dimensi yang
memperkuat struktur polimer dan berpengaruh pada kapasitas penyerapan air.
Superabsorben yang dibuat dari ketiga perlakuan oksidasi memiliki
kapasitas penyerapan air yang berbeda-beda. Gugus hidrofilik terutama gugus
karboksilat dalam SAP sangat berperan dalam penyerapan air karena gugus
6
karboksilat jika dinetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis dalam polimer
akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan ion H+ dalam COOH sehingga
polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak dan membengkakkan SAP.
Namun, jejaring 3 dimensi dalam SAP akan membatasi pembengkakan sehingga
air yang terserap dapat tetap tertahan di dalam SAP (Widiyanto 2011).
Berdasarkan hasil penelitian (Lampiran 4), kapasitas penyerapan air SAP
onggok dikarboksilat-g-asam akrilat tertinggi sebesar 329.99 g/g diperoleh
melalui perlakuan oksidasi 3 yang memiliki kadar karboksil lebih rendah daripada
perlakuan 2. Hal tersebut dikarenakan setelah dioksidasi menggunakan H2O2,
polimer alam pada onggok seperti pati dan selulosa mengalami kerusakan akibat
banyaknya H2O2 yang digunakan. Netralisasi dengan NaOH dilakukan untuk
meningkatkan kapasitas serap SAP menjadi 509.79 g/g, tetapi nilai tersebut masih
lebih kecil dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam akrilat (Bramada 2013).
Untuk itu, perlu dilakukan optimasi APS dan MBA untuk menentukan kapasitas
penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok dikarboksilat.
Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP
Spektrum FTIR ketiga SAP memperlihatkan gugus fungsi dalam struktur
SAP dengan pita-pita serapan yang relatif mirip (Gambar 3). Pita serapan pada
bilangan gelombang 1265, 1447, dan 3358 cm-1 berturut-turut menunjukkan
vibrasi ulur C–O, C–H, dan O–H yang berikatan hidrogen dalam SAP. Adanya
pita ulur O–H yang lebar di 2936 cm-1 dan C=O di 1709 cm-1 menunjukkan
keberadaan gugus asam karboksilat dalam struktur SAP (Pavia et al. 2001). Hasil
ini dapat menunjukkan adanya monomer asam akrilat yang berhasil tercangkok.
Gambar 3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1
(–), 2 (–), dan 3 (–)
7
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam
Kapasitas penyerapan SAP dapat dipengaruhi secara signifikan oleh
berbagai faktor, salah satunya adalah konsentrasi larutan garam. Pada prinsipnya
larutan garam dapat menurunkan kapasitas penyerapan SAP karena ion dalam
larutan garam akan menimbulkan interaksi elektrostatik yang menyebabkan
perbedaan tekanan osmotik dan konsentrasi ion antara ion bebas di dalam gel dan
di larutan luar. Konsentrasi ion yang lebih tinggi dan tekanan osmotik yang lebih
rendah di luar gel akan membuat ion bergerak dari dalam gel ke larutan luar
sehingga menurunkan kapasitas penyerapan SAP (Sadeghi dan Koutchakzadeh
2007). Semakin besar konsentrasi larutan garam, kapasitas penyerapan SAP akan
semakin menurunkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SAP dengan
perlakuan 1 memiliki kapasitas penyerapan yang relatif lebih tinggi dibandingkan
dengan kedua perlakuan lain dengan kapasitas penyerapan maksimum sebesar
95.91 g/g pada larutan NaCl 0.01 M dan minimum sebesar 22.53 g/g pada larutan
NaCl 1 M (Lampiran 5). Namun, jika dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam
akrilat (Bramada 2013), nilai ini masih lebih rendah (Gambar 4). Hal ini
menunjukkan bahwa ketahanan SAP onggok dalam larutan garam berkurang
setelah mengalami oksidasi.
Kapasitas penyerapan (g/g)
120
100
Perlakuan 1
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Onggok-g-AA (Bramada 2013)
80
60
40
20
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
[NaCl] (M)
Gambar 4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan
perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai
konsentrasi larutan NaCl
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH
Selain oleh larutan garam, kapasitas penyerapan SAP juga sangat
dipengaruhi oleh pH larutan. Kapasitas penyerapan SAP diuji dalam larutan
dengan kisaran pH 2 hingga 13 (Lampiran 6). Pada SAP onggok dikarboksilat-g-
asam akrilat dengan perlakuan 1, 2, dan 3, kapasitas penyerapan tertinggi
didapatkan dalam larutan pH 7, sedangkan pada SAP onggok-g-asam akrilat
(Bramada 2013) kapasitas penyerapan tertinggi didapatkan dalam larutan pH 8
(Gambar 5). Nilai tersebut menunjukkan bahwa deprotonasi gugus –COOH
maksimum terjadi pada pH 7 untuk SAP onggok dikarboksilat-g-asam akrilat dan
pH 8 untuk SAP onggok-g-asam akrilat. Deprotonasi gugus –COOH menjadi –
COO– meningkatkan gaya tolak anion sehingga kapasitas penyerapan meningkat
secara maksimum (Kuruwita 2008). Pada pH 2 hingga 7, kapasitas penyerapan
meningkat karena semakin banyaknya perubahan gugus –COOH menjadi –COO–,
sedangkan pada pH 7 hingga 13 kapasitas penyerapan menurun karena terbentuk
garam –COO–Na+ dalam larutan basa yang menurunkan gaya tolak anion
(Pourjavadi et al. 2010).
Perlakuan 1
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Onggok-g-AA (Bramada 2013)
Kapasitas penyerapan (g/g)
700,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
Gambar 5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan
perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan
berbagai pH
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Oksidasi onggok menjadi onggok dikarboksilat menghasilkan kadar
karboksil tertinggi dengan 3 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. SAP onggok
dikarboksilat telah berhasil dibuat, tetapi memiliki kapasitas penyerapan lebih
rendah daripada SAP onggok-g-asam akrilat sebelum dioksidasi. Onggok
dikarboksilat hasil oksidasi dengan 1 mL H2O2 3% pada suhu 28 °C menghasilkan
SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi dalam air, sedangkan kapasitas
penyerapan tertinggi dalam larutan garam dihasilkan oleh SAP dari onggok
dikarboksilat hasil oksidasi dengan 7.5 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. Hasil ini
menunjukkan bahwa penggunaan semakin banyak H2O2 dapat meningkatkan
ketahanan SAP dalam larutan garam. Semua SAP yang dibuat memiliki kapasitas
penyerapan maksimum dalam larutan pH 7 yang menunjukkan bahwa deprotonasi
maksimum gugus asam karboksilat terjadi pada pH 7. Netralisasi gugus tersebut
dapat meningkatkan kapasitas penyerapan SAP.
Saran
Perlu dilakukan optimasi penambahan APS dan MBA untuk menentukan
kapasitas penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok
dikarboksilat. Netralisasi hasil oksidasi dapat dilakukan untuk meningkatkan
kapasitas penyerapan produk kopolimerisasi. Faktor yang dapat memengaruhi
hasil oksidasi seperti sinar ultraviolet perlu diperhatikan untuk meminimumkan
perbedaan kadar karboksil yang dihasilkan dari onggok hasil oksidasi.
DAFTAR PUSTAKA
Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Bramada E. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kiatkamjornwong S. 2007. Superabsorbent polymers and superabsorbent polymer
composites. ScienceAsia 33(Suppl 1):39-43.
Koswara S. 2009. Teknologi Modifikasi Pati. Semarang (ID): Unimus.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kuruwita T. 2008. Smart polymer materials [disertasi]. Ohio (US): Bowling
Green State University.
Liu Y, Zhang R, Zhang J, Zhou W, Li S. 2006. Graft copolymerization of sodium
acrylate onto chitosan via redox polymerization. Iranian Polym J. 15(12):
935-942.
Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre LA.
2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on
cellulose. Polymer. 43:6183-6194.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2001. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-3.
Washington (US): Thomson Learning.
Pourjavadi A, Soleyman R, Bardajee SF. 2010. γ-Irradiation synthesis of a smart
hydrogel: optimization using Taguchi method and investigation of its
swelling behavior. Chem Eng. 17:15-23.
10
Qureshi K, Bhatti I, Rajput MH. 2011. Preparation of superabsorbent hydrogel
from pulverized wheat straw by chemical method. Di dalam: International
Conference on Chemical, Ecology and Environmental Sciences
(ICCEES'2011); 2011 Des 17-18; Pattaya, Thailand. hlm 394-396.
Ramadhani P. 2009. Sulfonasi onggok sebagai superabsorben [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Sadeghi M, Koutchakzadeh G. 2007. Swelling kinetics study of hydrolyzed
carboxymethylcellulose-poly
(sodium
acrylate-co-acrylamide)
superabsorbent hydrogel with salt-sensitivity properties. J Sci I A U.
17(64):19-26.
Widiyanto. 2011. Superabsorben hasil pencangkokan dan penautan-silang fraksi
nonpati onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Onggok
Oksidasi dengan NaIO4
Onggok dialdehida
Oksidasi dengan H2O2, uji kadar karboksil, uji FTIR
Onggok dikarboksilat
Kopolimerisasi, presipitasi, refluks
SAP
Pencirian:
FTIR
Uji kapasitas serap air
Uji kapasitas serap air dalam larutan garam
Uji kapasitas serap air dalam larutan pH berbeda
12
Lampiran 2 Kadar karboksil sampel
No.
Ulangan
Blangko
1
1
2
1
2
3
1
2
3
2
3
Massa
sampel (g)
0.5006
0.5087
0.5033
0.5010
0.5163
0.5003
0.5005
0.5057
0.5023
V NaOH
terpakai (mL)
0
1.6
1.1
1.7
1.9
1.5
1.4
1.1
1.4
Keterangan:
1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C
2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C
3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C
Contoh perhitungan:
ar oksil =
=
= 0.5498%
kar oksil
(%)
1.4437
1.0032
1.5575
1.6891
1.3762
1.2839
0.9984
1.2793
13
Lampiran 3 Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2
No.
1
2
3
Massa onggok
Ulangan
awal (g)
1
2
3
1
2
3
1
2
3
10.0461
10.0516
10.0087
10.0580
10.0612
10.0182
10.0194
10.0740
10.0044
Massa onggok
setelah oksidasi
(g)
1.3140
1.2645
1.4493
1.5419
1.5202
1.6209
1.9287
1.7287
1.9078
Persentase
massa hasil
(%)
13.08
12.58
14.48
15.33
15.11
16.18
19.25
17.16
19.07
Keterangan:
1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C
2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C
3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C
Contoh perhitungan :
Persentase massa hasil =
=
Massa on ok setelah oksidasi
Massa on ok a al
.
=13.08%
Rerata
13.38
15.54
18.49
14
Lampiran 4 Kapasitas penyerapan SAP dalam air
Sampel
Ulangan
Bobot awal
(g)
1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
0.1075
0.1054
0.1006
0.1018
0.1044
0.1016
0.1180
0.1007
0.1009
0.1039
0.1028
2
3
3
(ternetralisasi)
Contoh perhitungan:
Kapasitas penyerapan =
=
= 207.16 g/g
Bobot
akhir (g)
22.3771
22.5713
22.0343
24.1071
23.2989
24.9243
35.9474
35.1462
34.2362
41.2005
58.8921
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
207.16
213.15
218.03
235.81
222.17
244.32
303.64
348.02
338.31
447.71
571.88
Rerata
212.78
234.10
329.99
509.79
15
Lampiran 5 Kapasitas penyerapan SAP dalam larutan NaCl
Sampel 1
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1051
0.1055
0.1045
0.1005
0.1036
0.1013
0.1086
0.1030
0.1042
0.1007
0.1012
0.1006
0.1005
0.1071
0.1012
0.1018
0.1026
0.1011
0.1011
0.1017
0.1034
0.1024
0.1019
0.1063
0.1052
0.1074
0.1021
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Bobot
akhir (g)
10.0139
10.4044
10.1187
8.7505
8.9655
8.5335
7.1524
6.9515
6.8928
5.1287
5.2361
5.1085
4.8803
5.2618
4.9507
4.8233
4.6898
4.5404
4.1299
4.1361
4.3480
2.9655
2.8777
3.0848
2.4575
2.5980
2.3524
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
94.28
97.62
95.83
86.07
85.54
83.24
64.86
66.49
65.15
49.93
50.74
49.78
47.56
48.13
47.92
46.38
44.71
43.91
39.85
39.67
41.05
27.96
27.24
28.02
22.36
23.19
22.04
Rerata
95.91
84.95
65.50
50.15
47.87
45.00
40.19
27.74
22.53
16
lanjutan Lampiran 5
Sampel 2
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
Bobot
akhir (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1015
0.1009
0.1043
0.1035
0.1070
0.1059
0.1015
0.1055
0.1060
0.1041
0.1068
0.1049
0.1032
0.1088
0.1076
0.1042
0.1027
0.1092
0.1045
0.1096
0.1069
0.1033
0.1020
0.1039
0.1078
0.1081
0.1047
9.5938
9.6117
9.7750
8.5946
9.0008
8.8543
7.1212
7.3797
7.4242
5.1113
5.2129
5.0866
4.3581
4.5576
4.5805
4.1253
4.0751
4.2184
3.7892
3.9314
3.9147
2.9007
2.8203
2.9902
2.5053
2.4820
2.3495
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
93.52
94.26
92.72
82.04
83.12
82.61
69.16
68.95
69.04
48.10
47.81
47.49
41.23
40.89
41.57
38.59
38.68
37.63
35.26
34.87
35.62
27.08
26.65
27.78
22.24
21.96
21.44
Rerata
93.50
82.59
69.05
47.80
41.23
38.30
35.25
27.17
21.88
17
lanjutan Lampiran 5
Sampel 3
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1066
0.1066
0.1021
0.1062
0.1054
0.1092
0.1086
0.1062
0.1097
0.1046
0.1039
0.1059
0.1068
0.1049
0.1043
0.1096
0.1087
0.1072
0.1071
0.1063
0.1058
0.1044
0.1085
0.1069
0.1052
0.1075
0.1061
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Contoh perhitungan:
Kapasitas penyerapan =
=
= 81.49 g/g
Bobot
akhir (g)
8.7934
8.7156
8.3834
5.9812
5.8423
6.0606
5.7851
5.8240
5.7768
4.9413
4.8449
4.9752
3.6013
3.4575
3.4930
3.3910
3.4110
3.3436
2.9763
2.9923
2.9084
2.5776
2.6159
2.6340
2.1566
2.2855
2.1167
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
81.49
80.76
81.11
55.32
54.43
54.50
52.27
53.84
51.66
46.24
45.63
45.98
32.72
31.96
32.49
29.94
30.38
30.19
26.79
27.15
26.49
23.69
23.11
23.64
19.50
20.26
18.95
Rerata
81.12
54.75
52.59
45.95
32.39
30.17
26.81
23.48
19.57
18
Lampiran 6 Kapasitas penyerapan SAP dalam berbagai larutan pH
Sampel 1
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1016
0.1032
0.1019
0.1026
0.1042
0.1006
0.1047
0.1007
0.1026
0.1035
0.1004
0.1034
0.1014
0.1033
0.1026
0.1022
0.1018
0.1037
0.1043
0.1029
0.1014
0.1036
0.1025
0.1011
0.1023
0.1034
0.1049
0.1068
0.1096
0.1045
0.1044
0.1089
0.1055
0.1067
0.1021
0.1048
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.1633
1.2374
1.2442
12.0894
12.1664
11.9794
16.3479
16.1130
15.5275
17.1479
16.9274
17.5563
18.6120
18.3285
18.5378
20.8212
20.9759
20.9204
15.7702
18.1814
18.2216
16.2144
17.7489
16.8685
12.8161
12.5714
13.6748
9.9623
10.9732
9.9693
7.9448
7.7025
8.4031
3.7879
3.3540
3.8692
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
10.45
10.99
11.21
116.83
115.76
118.08
155.14
159.01
150.34
164.68
167.60
168.79
182.55
176.43
179.68
202.73
205.05
200.74
150.20
175.69
178.70
155.51
172.16
165.85
124.28
120.58
129.36
92.28
99.12
94.40
75.10
69.73
78.65
34.50
31.85
35.92
Rerata
10.88
116.89
154.83
167.02
179.55
202.84
168.20
164.51
124.74
95.27
74.49
34.09
19
lanjutan Lampiran 6
Sampel 2
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1008
0.1052
0.1018
0.1010
0.1035
0.1001
0.1021
0.1002
0.1033
0.1001
0.1002
0.1007
0.1013
0.1026
0.1011
0.1034
0.1022
0.1019
0.1015
0.1021
0.1029
0.1039
0.1031
0.1049
0.1068
0.1038
0.1033
0.1016
0.1008
0.1003
0.1043
0.1040
0.1051
0.1039
0.1044
0.1025
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.1461
1.1698
1.0699
11.5595
11.9522
11.2312
16.1951
16.4789
16.4753
17.8108
17.3286
18.1502
17.4317
19.3196
18.8642
20.1713
24.8745
24.2818
17.7067
21.1735
22.2686
20.4018
19.2653
20.1744
16.3756
15.9894
15.6520
11.9888
11.3884
12.0962
9.8783
10.2232
9.6419
4.2360
3.9108
4.0990
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
10.37
10.12
9.51
113.45
114.48
111.20
157.62
163.46
158.49
176.93
171.94
179.24
171.08
187.30
185.59
194.08
242.39
237.29
173.45
206.38
215.41
195.36
185.86
191.32
152.33
153.04
150.52
117.00
111.98
119.60
93.71
97.30
90.74
39.77
36.46
38.99
Rerata
10.00
113.04
159.86
176.04
181.32
224.59
198.41
190.85
151.96
116.19
93.92
38.41
20
lanjutan Lampiran 6
Sampel 3
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1007
0.1094
0.1004
0.1007
0.1000
0.1052
0.1009
0.1077
0.1007
0.1010
0.1020
0.1014
0.1022
0.1024
0.1006
0.1013
0.1021
0.1048
0.1049
0.1043
0.1035
0.1051
0.1039
0.1042
0.1068
0.1060
0.1046
0.1096
0.1073
0.1061
0.1019
0.1011
0.1032
0.1077
0.1063
0.1069
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.0372
1.0754
1.0150
13.4404
13.0580
14.3598
17.6777
19.0209
17.9357
21.5160
20.5612
22.5848
21.6296
21.9566
22.1491
25.0140
24.5704
27.0342
23.6623
23.6605
23.2430
22.4788
22.2606
22.5530
19.4066
19.4701
19.1376
13.3065
12.8910
13.3431
10.0596
9.7380
10.0568
4.4911
4.2616
4.6619
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
9.30
8.83
9.11
132.47
129.58
135.50
174.20
175.61
177.11
212.03
200.58
221.73
210.64
213.42
219.17
245.93
239.65
256.96
224.57
225.85
223.57
212.88
213.25
215.44
180.71
182.68
181.96
120.41
119.14
124.76
97.72
95.32
96.45
40.70
39.09
42.61
Rerata
9.08
132.52
175.64
211.45
214.41
247.51
224.66
213.86
181.78
121.44
96.50
40.80
21
Contoh perhitungan :
Kapasitas penyerapan =
=
= 9.30 g/g
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Februari 1992 dari ayah
Masdianto dan ibu Desniati. Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara.
Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 63 Jakarta dan pada tahun yang sama
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi
Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan diterima di
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia
Organik Layanan pada tahun ajaran 2011/2012 dan asisten Kimia Organik
Berbasis Kompetensi pada tahun ajaran 2012/2013. Bulan Juli-Agustus 2012
penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Balai Penelitian Peternakan (Balitnak)
dengan judul Pembuatan Senyawa Nanokarotenoid dari Ekstrak Daun Kaliandra
(Calliandra Calothyrsus) dan Pengujian Degradasi secara In Vitro.
ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT
PEBRY HIDAYAT
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 Pembuatan
Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam
Akrilat 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 yang dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Pebry Hidayat
NIM G44090096
ABSTRAK
PEBRY HIDAYAT. Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD
dan M ANWAR NUR.
Onggok adalah hasil samping dari industri tapioka yang berbentuk padat
dan biasanya berukuran satu kepal. Tujuan penelitian ini adalah membuat polimer
superabsorben (SAP) dari onggok dikarboksilat dengan metode kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang. Oksidasi onggok dilakukan dalam 2 tahap,
yaitu oksidasi dengan NaIO4 dan dilanjutkan dengan 3 variasi perlakuan H2O2.
Hasil oksidasi dikopolimerisasi dengan monomer asam akrilat, inisiator amoniumperoksidisulfat, dan penaut-silang N,N’-metilena-bis-akrilamida pada suhu 75 °C
selama 3 jam. Oksidasi dengan H2O2 30% menghasilkan kadar karboksil yang
tinggi, tetapi kapasitas penyerapan produk kopolimernya lebih rendah daripada
perlakuan dengan H2O2 3% yang kadar karboksilnya lebih rendah. Netralisasi
SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi meningkatkan kapasitas penyerapan
55% dibandingkan dengan sebelum netralisasi. Kapasitas penyerapan tertinggi
dalam larutan garam sebesar 95.91 g/g dihasilkan dalam NaCl 0.01 M, sedangkan
dalam larutan dengan berbagai macam pH, diperoleh pada pH 7. Struktur SAP
ditegaskan dengan metode spektrofotometri inframerah transformasi Fourier.
Kata kunci: asam akrilat, hidrogen peroksida, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT
PEBRY HIDAYAT. Synthesis of Superabsorbent through Copolymerization of
Onggok Dicarboxylic with Acrylic Acid. Supervised by ZAINAL ALIM
MAS’UD and M ANWAR NUR.
Onggok is a by-product from tapioca industry which has solid shape and
usually one-fist sized. The main objective of this study was to synthesize
superabsorbent polymer (SAP) from onggok dicarboxylic by grafting-crosslinking
copolymerization. Onggok oxidation was done in 2 stages, first with NaIO4 and
then with 3 variation treatments of H2O2. The oxidation product was
copolymerized with acrylic acid monomer by using ammonium peroxydisulfate as
initiator and N,N'-methylene-bis-acrylamide as crosslinker at 75 °C for 3 hours.
Oxidation with 30% H2O2 produced high carboxyl content, but the absorption
capacity of the copolymer product was lower than oxidation with 3% H2O2
producing lower carboxyl content. Neutralization of product with the highest
absorption capacity increased the absorption capacity as much as 55%. The
maximum absorption capacity in salt solutions was 95.91 g/g observed in 0.01 M
NaCl, while in solutions with various pH, it was achieved at pH 7. The structure
of SAP was confirmed by Fourier transform infrared spectrophotometry method.
Key words: acrylic acid, onggok, hydrogen peroxide, oxidation, superabsorbent
PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT
PEBRY HIDAYAT
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:
Nama
NIM
:
:
Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat
Pebry Hidayat
G44090096
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA
Pembimbing I
Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi:
Nama
NIM
Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat
Pebry Hidayat
G44090096
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas'ud, DEA
Pembimbing I
Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc
Pembimbing II
Diketahui oleh
Tanggal Lulus:
3 1 DEC 2013
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya
ilmiah dengan judul Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok
Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Penelitian dilakukan sejak bulan April
hingga Oktober 2013 bertempat di Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian
Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada pihak yang turut membantu dan
memudahkan penulis dalam melaksanakan penelitian serta dalam penyelesaian
karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Zainal Alim Mas’ud dan Bapak M.
Anwar Nur selaku pembimbing atas bimbingan, pengarahan, dan ilmu yang
diberikan. Terima kasih juga kepada semua dosen pengajar, staf laboratorium
terpadu (Kak Baim, Kak Indah, Kak Yono, Mbak Ani, dan Kak Uud), dan rekanrekan di laboratorium terpadu (Kak Dail, Noni, Tati, Denar, Mia, Rahma, dan
Kris) atas bantuan dan dukungannya.
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada kedua orang tua, adik,
dan seluruh keluarga serta Naadhilah Ramadhan atas do’a dan motivasinya, serta
teman-teman dari Kimia 46 IPB terutama Tari, Shinta, Agy, Ilham, dan Fahmi
untuk kebersamaan, semangat dan dukungan yang diberikan selama
melaksanakan penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.
Bogor, Desember 2013
Pebry Hidayat
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
METODE
Alat dan Bahan
Lingkup Kerja
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat
Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vii
vii
1
2
2
2
4
4
5
6
7
7
8
8
9
9
11
21
DAFTAR GAMBAR
1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben
2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3
3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2,
dan 3
4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan
1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai konsentrasi larutan
NaCl
5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan
1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan berbagai pH
2
5
6
7
8
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Diagram alir penelitian
Kadar karboksil sampel
Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2
Kapasitas serap SAP dalam air
Kapasitas serap SAP dalam larutan NaCl
Kapasitas serap SAP dalam berbagai larutan pH
11
12
13
14
14
18
PENDAHULUAN
Istilah polimer superabsorben (superabsorbent polymer, SAP) mencakup
sejumlah jenis polimer yang mampu menyerap air hingga 100 kali dari bobot
keringnya dan mampu mempertahankannya di bawah tekanan yang cukup kuat.
Polimer superabsorben bertautan-silang secara bebas dengan gugus hidrofiliknya
membentuk jejaring 3 dimensi sehingga dapat menyimpan cairan di dalamnya dan
tidak mudah melepas cairan tersebut (Kiatkamjornwong 2007). Potensi SAP
cukup besar untuk diaplikasikan di berbagai bidang seperti pertanian, produkproduk kesehatan, kebersihan, atau penyimpanan makanan. Namun superabsorben
yang digunakan saat ini umumnya merupakan polimer sintetik yang sulit diurai
sehingga tetap menjadi masalah lingkungan di kemudian hari. Untuk itu,
dikembangkan SAP yang ramah lingkungan dan mudah diuraikan, berbahan dasar
polimer alam seperti kitosan, selulosa, atau pati (Qureshi et al. 2011).
Onggok merupakan hasil samping dari pengolahan singkong menjadi
tepung tapioka yang berbentuk padat, kering, keras, dan biasanya berukuran satu
kepal. Nilai jual onggok jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan tepung
tapioka yang merupakan produk utamanya. Namun, onggok masih mengandung
karbohidrat polisakarida yang cukup tinggi dan dapat dimodifikasi untuk
menaikkan nilai jualnya. Salah satu bentuk modifikasi untuk meningkatkan sifatsifat fisik dan nilai ekonomi onggok adalah pembuatan SAP berbahan dasar
onggok. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuat SAP tersebut, di
antaranya sulfonasi onggok (Ramadhani 2009), kopolimerisasi pencangkokan
onggok dengan asam akrilat (Kurniadi 2010), serta kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang onggok dengan akrilamida (Amroni 2011) dan dengan asam
akrilat (Bramada 2013). Akan tetapi, pembuatan SAP berbahan dasar karbohidrat
teroksidasi dari onggok belum banyak dilakukan.
Pembuatan SAP dari polimer alam dapat dilakukan dengan metode
kopolimerisasi pencangkokan monomer seperti asam akrilat atau akrilamida ke
dalam polimer. Proses kopolimerisasi tersebut memerlukan bahan inisiator dan
penaut-silang. Bahan inisiator yang biasanya digunakan ialah garam persulfat (K+,
Na+, NH4+) atau hidrogen peroksida, sedangkan bahan penaut-silangnya ialah
N,N’-metilena-bisakrilamida (MBA) atau 1,1,1-trimetilpropana triakrilat
(Kiatkamjornwong 2007). Besar kecilnya daya serap SAP dipengaruhi oleh gugus
hidrofilik terutama gugus karboksilat yang terdapat dalam polimer. Hal tersebut
karena gugus karboksilat yang ternetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis
di dalam polimer akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan H+ dalam –
COOH sehingga polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak (Gambar 1).
Untuk itu, pada penelitian ini onggok dimodifikasi dengan cara oksidasi untuk
mengubah gugus OH pada pati di posisi C2 dan C3 menjadi asam karboksilat dan
kemudian dilakukan kopolimerisasi menggunakan monomer asam akrilat
ternetralisasi, inisiator ammonium persulfat (APS), dan bahan penaut-silang,
MBA.
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari onggok dikarboksilat melalui
metode kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan monomer asam
akrilat, dan memperoleh data karakteristik produk yang meliputi daya serap dalam
air, larutan garam, dan larutan dengan berbagai macam pH.
Gambar 1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben
METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah labu leher 3, termometer, corong penambah
cairan, mantel pemanas, pengaduk magnet, neraca analitik, alat-alat kaca, dan
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR). Bahan-bahan yang
digunakan antara lain onggok yang didapatkan dari industri pengolahan tepung
tapioka di Bogor; asam akrilat, amonium persulfat (APS), dan natrium periodat
(Merck®); N,N-metilena-bis-akrilamida (MBA) (Sigma-Aldrich®); metanol,
etanol, dan aseton (Smart Lab Indonesia®); gas N2, hidrogen peroksida, dan
indikator pH universal.
Lingkup Kerja
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama
ialah oksidasi onggok berturut-turut dengan natrium periodat dan hidrogen
peroksida. Tahap selanjutnya ialah kopolimerisasi pencangkokan dan penautansilang dan tahap terakhir ialah pencirian produk karakterisasi kopolimer.
Preparasi Onggok
Onggok singkong dicuci dengan air, kemudian didekantasi hingga
endapannya terpisah dan disaring dengan kain kasa. Endapan hasil penyaringan
lalu dicuci dan disaring kembali hingga terlihat bersih. Setelah itu, onggok
dikeringkan di bawah cahaya matahari, dihaluskan, dan disaring dengan saringan
100 mesh.
Oksidasi Onggok (Modifikasi Margutti et al. 2002)
Onggok ditimbang dengan nisbah 1:100 (b/v) terhadap larutan NaIO4 0.05
M dan dimasukkan ke dalam wadah tertutup, kemudian larutan NaIO4
ditambahkan. Wadah dilengkapi dengan pengaduk magnet dan campuran diaduk
selama 1 jam. Setelah itu, onggok disaring, dicuci dengan akuades, dan
dikeringkan dalam oven 60 °C. Hasil oksidasi kemudian dioksidasi lebih lanjut
3
dengan hidrogen peroksida. Sebanyak 10 g sampel disuspensikan dalam 80 mL
akuades dan diaduk. Larutan CuSO4 dan hidrogen peroksida (konsentrasi 30%
atau 3%) kemudian ditambahkan, lalu sampel dioksidasi selama 2 jam dan pH 9
dengan penambahan NaOH. Setelah proses oksidasi, pH diturunkan menjadi 5
dengan ditambahkan H2SO4. Onggok teroksidasi disaring dan dicuci dengan
akuades, kemudian dikeringkan dan disimpan untuk dianalisis menggunakan
spektrofotometer FTIR dan diuji gugus karboksilnya.
Kopolimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silang (Modifikasi Mas’ud et
al. 2013)
Akuades sebanyak 75 mL ditambahkan ke dalam 7.5 g onggok di dalam
labu leher 3, lalu diaduk dan dipanaskan hingga 90 °C. Pada suhu tersebut
dialirkan gas nitrogen selama 30 menit, lalu suhu diturunkan hingga 35 °C.
Kemudian dimasukkan asam akrilat ternetralisasi sebanyak 22.5 mL dan diaduk 5
menit. Selanjutnya MBA ditambahkan sebanyak 0.03 g dalam 4 mL akuades dan
diaduk 5 menit. Setelah itu, dimasukkan APS sebanyak 0.3 g dalam 4 mL akuades
dan diaduk 5 menit. Campuran lalu diaduk dan dipanaskan dengan suhu 75 °C
selama 3 jam. Setelah 3 jam, campuran dikeluarkan dan direndam dalam metanol
semalaman. Selanjutnya campuran direfluks dengan 200 mL aseton dengan suhu
70 °C selama 1 jam dan dikeringkan dalam oven.
Uji Gugus Karboksil
Sampel onggok teroksidasi disuspensikan dengan HCl 0.1 M (suspensi 20%
b/v). Suspensi diaduk selama 30 menit, disaring, kemudian residu dicuci dengan
akuades sampai bebas dari ion klorida yang diperiksa dengan uji perak nitrat.
Sampel lalu dipindahkan ke erlenmeyer dan didispersikan dengan 300 mL
akuades, kemudian campuran dididihkan dan diaduk terus-menerus selama 20
menit. Sampel panas segera dititrasi dengan NaOH 0.1 M dengan indikator
fenolftalein. Sampel onggok sebelum oksidasi juga dianalisis dengan cara sama
sebagai blangko. Jumlah gugus karboksil ditentukan dengan persamaan berikut:
ar oksil
titrat sampel lan ko mL
molaritas Na
sampel
.
Uji Daya Serap dalam Air (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL akuades, lalu didiamkan selama 24 jam. Setelah itu, disaring
dan ditimbang bobotnya. Kapasitas penyerapan air (Qeq) dari superabsorben
ditentukan dengan menggunakan persamaan
Qeq =
Keterangan:
m1 = bobot superabsorben kering
m2 = bobot superabsorben yang telah mengembang
Uji Daya Serap dalam Larutan Garam (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL larutan garam NaCl dengan konsentrasi 0.01 hingga 1 M.
Setelah didiamkan selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu
dihitung kapasitas penyerapannya.
Uji Daya Serap dalam Larutan Berbagai pH (Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan
ditambahkan 200 mL larutan dengan rentang pH 2 hingga 13. Setelah didiamkan
selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu dihitung kapasitas
penyerapannya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
Onggok yang digunakan dicuci terlebih dahulu untuk menghilangkan
pengotor, lalu dihaluskan dan disaring dengan saringan 100 mesh untuk
meningkatkan luas permukaan. Onggok kemudian dioksidasi menggunakan
oksidator natrium periodat (NaIO4). Natrium periodat merupakan oksidator
spesifik yang memutus ikatan C2-C3 dalam pati atau selulosa membentuk gugus
dialdehida tanpa hasil samping yang signifikan (Margutti et al. 2002). Hasil
oksidasi dengan NaIO4 kemudian dioksidasi lebih lanjut dengan oksidator
hidrogen peroksida (H2O2). Oksidasi dengan H2O2 dilakukan dengan 3 variasi
perlakuan konsentrasi, volume, dan suhu oksidasi. Oksidasi ini diharapkan dapat
mengoksidasi gugus dialdehida yang terbentuk sebelumnya menjadi gugus asam
dikarboksilat.
Hasil uji kadar karboksil (Tabel) menunjukkan bahwa dari ketiga perlakuan,
oksidasi dengan perlakuan 2 (3 mL H2O2 30%, 50 °C) menghasilkan kadar
karboksil tertinggi, yaitu 1.54%. Oksidasi dengan perlakuan 1 (7.5 mL H2O2 30%,
50 °C) menghasilkan kadar karboksil yang lebih rendah karena mungkin terjadi
oksidasi lanjut menjadi CO2 di dalam onggok. Hal ini ditandai dengan
terbentuknya gelembung pada saat proses oksidasi berlangsung. Selain itu,
perbedaan kadar karboksil dari tiap perlakuan oksidasi dengan H2O2 ini juga
dipengaruhi oleh beberapa faktor lain, yaitu suhu dan cahaya ultraviolet (Koswara
2009). Perhitungan kadar karboksil sampel diberikan di Lampiran 2.
Perlakuan
1
2
3
Tabel Kadar karboksil onggok teroksidasi
[H2O2] (%)
V H2O2 (mL)
Suhu (°C)
30
7.5
50
30
3
50
3
1
28
ar oksil %
1.2235
1.5409
1.1872
5
Analisis gugus fungsi dilakukan untuk membuktikan keberadaan serapan
C=O dari gugus asam karboksilat dalam struktur onggok teroksidasi. Gambar 2
menunjukkan bahwa spektrum FTIR dari 3 perlakuan oksidasi memiliki pita
serapan yang sama pada bilangan gelombang 1724 cm-1 yang menunjukkan
vibrasi ulur C=O. Pita ini dapat menandakan terbentuknya gugus asam karboksilat
dalam onggok hasil oksidasi. Selain itu, ketiga spektrum memperlihatkan bahwa
pita serapan gugus OH dalam onggok semakin menurun dengan bertambahnya
jumlah H2O2 yang digunakan dalam oksidasi. Hal ini menandakan telah rusaknya
rantai pati dan selulosa dalam onggok setelah dioksidasi, yang juga ditunjukkan
dengan bobot hasil oksidasi yang rendah (Lampiran 3).
Gambar 2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1 (–),2 (–
), dan 3 (–)
SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat
SAP pada penelitian ini dibuat melalui metode kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang. Kopolimerisasi pencangkokan adalah salah
satu metode yang efektif untuk menggabungkan gugus fungsi yang diinginkan ke
dalam suatu bahan seperti polimer alam dan sintetik (Liu et al. 2006). Metode ini
terdiri atas 3 tahap reaksi, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Asam akrilat
yang memiliki ikatan rangkap mengalami reaksi adisi oleh APS membentuk
senyawa radikal pada tahap inisiasi, lalu membentuk kopolimer dengan onggok
dikarboksilat. Kemudian dengan adanya MBA terbentuk jejaring 3 dimensi yang
memperkuat struktur polimer dan berpengaruh pada kapasitas penyerapan air.
Superabsorben yang dibuat dari ketiga perlakuan oksidasi memiliki
kapasitas penyerapan air yang berbeda-beda. Gugus hidrofilik terutama gugus
karboksilat dalam SAP sangat berperan dalam penyerapan air karena gugus
6
karboksilat jika dinetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis dalam polimer
akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan ion H+ dalam COOH sehingga
polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak dan membengkakkan SAP.
Namun, jejaring 3 dimensi dalam SAP akan membatasi pembengkakan sehingga
air yang terserap dapat tetap tertahan di dalam SAP (Widiyanto 2011).
Berdasarkan hasil penelitian (Lampiran 4), kapasitas penyerapan air SAP
onggok dikarboksilat-g-asam akrilat tertinggi sebesar 329.99 g/g diperoleh
melalui perlakuan oksidasi 3 yang memiliki kadar karboksil lebih rendah daripada
perlakuan 2. Hal tersebut dikarenakan setelah dioksidasi menggunakan H2O2,
polimer alam pada onggok seperti pati dan selulosa mengalami kerusakan akibat
banyaknya H2O2 yang digunakan. Netralisasi dengan NaOH dilakukan untuk
meningkatkan kapasitas serap SAP menjadi 509.79 g/g, tetapi nilai tersebut masih
lebih kecil dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam akrilat (Bramada 2013).
Untuk itu, perlu dilakukan optimasi APS dan MBA untuk menentukan kapasitas
penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok dikarboksilat.
Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP
Spektrum FTIR ketiga SAP memperlihatkan gugus fungsi dalam struktur
SAP dengan pita-pita serapan yang relatif mirip (Gambar 3). Pita serapan pada
bilangan gelombang 1265, 1447, dan 3358 cm-1 berturut-turut menunjukkan
vibrasi ulur C–O, C–H, dan O–H yang berikatan hidrogen dalam SAP. Adanya
pita ulur O–H yang lebar di 2936 cm-1 dan C=O di 1709 cm-1 menunjukkan
keberadaan gugus asam karboksilat dalam struktur SAP (Pavia et al. 2001). Hasil
ini dapat menunjukkan adanya monomer asam akrilat yang berhasil tercangkok.
Gambar 3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1
(–), 2 (–), dan 3 (–)
7
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam
Kapasitas penyerapan SAP dapat dipengaruhi secara signifikan oleh
berbagai faktor, salah satunya adalah konsentrasi larutan garam. Pada prinsipnya
larutan garam dapat menurunkan kapasitas penyerapan SAP karena ion dalam
larutan garam akan menimbulkan interaksi elektrostatik yang menyebabkan
perbedaan tekanan osmotik dan konsentrasi ion antara ion bebas di dalam gel dan
di larutan luar. Konsentrasi ion yang lebih tinggi dan tekanan osmotik yang lebih
rendah di luar gel akan membuat ion bergerak dari dalam gel ke larutan luar
sehingga menurunkan kapasitas penyerapan SAP (Sadeghi dan Koutchakzadeh
2007). Semakin besar konsentrasi larutan garam, kapasitas penyerapan SAP akan
semakin menurunkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SAP dengan
perlakuan 1 memiliki kapasitas penyerapan yang relatif lebih tinggi dibandingkan
dengan kedua perlakuan lain dengan kapasitas penyerapan maksimum sebesar
95.91 g/g pada larutan NaCl 0.01 M dan minimum sebesar 22.53 g/g pada larutan
NaCl 1 M (Lampiran 5). Namun, jika dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam
akrilat (Bramada 2013), nilai ini masih lebih rendah (Gambar 4). Hal ini
menunjukkan bahwa ketahanan SAP onggok dalam larutan garam berkurang
setelah mengalami oksidasi.
Kapasitas penyerapan (g/g)
120
100
Perlakuan 1
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Onggok-g-AA (Bramada 2013)
80
60
40
20
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
[NaCl] (M)
Gambar 4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan
perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai
konsentrasi larutan NaCl
Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH
Selain oleh larutan garam, kapasitas penyerapan SAP juga sangat
dipengaruhi oleh pH larutan. Kapasitas penyerapan SAP diuji dalam larutan
dengan kisaran pH 2 hingga 13 (Lampiran 6). Pada SAP onggok dikarboksilat-g-
asam akrilat dengan perlakuan 1, 2, dan 3, kapasitas penyerapan tertinggi
didapatkan dalam larutan pH 7, sedangkan pada SAP onggok-g-asam akrilat
(Bramada 2013) kapasitas penyerapan tertinggi didapatkan dalam larutan pH 8
(Gambar 5). Nilai tersebut menunjukkan bahwa deprotonasi gugus –COOH
maksimum terjadi pada pH 7 untuk SAP onggok dikarboksilat-g-asam akrilat dan
pH 8 untuk SAP onggok-g-asam akrilat. Deprotonasi gugus –COOH menjadi –
COO– meningkatkan gaya tolak anion sehingga kapasitas penyerapan meningkat
secara maksimum (Kuruwita 2008). Pada pH 2 hingga 7, kapasitas penyerapan
meningkat karena semakin banyaknya perubahan gugus –COOH menjadi –COO–,
sedangkan pada pH 7 hingga 13 kapasitas penyerapan menurun karena terbentuk
garam –COO–Na+ dalam larutan basa yang menurunkan gaya tolak anion
(Pourjavadi et al. 2010).
Perlakuan 1
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Onggok-g-AA (Bramada 2013)
Kapasitas penyerapan (g/g)
700,00
600,00
500,00
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
Gambar 5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan
perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan
berbagai pH
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Oksidasi onggok menjadi onggok dikarboksilat menghasilkan kadar
karboksil tertinggi dengan 3 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. SAP onggok
dikarboksilat telah berhasil dibuat, tetapi memiliki kapasitas penyerapan lebih
rendah daripada SAP onggok-g-asam akrilat sebelum dioksidasi. Onggok
dikarboksilat hasil oksidasi dengan 1 mL H2O2 3% pada suhu 28 °C menghasilkan
SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi dalam air, sedangkan kapasitas
penyerapan tertinggi dalam larutan garam dihasilkan oleh SAP dari onggok
dikarboksilat hasil oksidasi dengan 7.5 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. Hasil ini
menunjukkan bahwa penggunaan semakin banyak H2O2 dapat meningkatkan
ketahanan SAP dalam larutan garam. Semua SAP yang dibuat memiliki kapasitas
penyerapan maksimum dalam larutan pH 7 yang menunjukkan bahwa deprotonasi
maksimum gugus asam karboksilat terjadi pada pH 7. Netralisasi gugus tersebut
dapat meningkatkan kapasitas penyerapan SAP.
Saran
Perlu dilakukan optimasi penambahan APS dan MBA untuk menentukan
kapasitas penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok
dikarboksilat. Netralisasi hasil oksidasi dapat dilakukan untuk meningkatkan
kapasitas penyerapan produk kopolimerisasi. Faktor yang dapat memengaruhi
hasil oksidasi seperti sinar ultraviolet perlu diperhatikan untuk meminimumkan
perbedaan kadar karboksil yang dihasilkan dari onggok hasil oksidasi.
DAFTAR PUSTAKA
Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
Bramada E. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kiatkamjornwong S. 2007. Superabsorbent polymers and superabsorbent polymer
composites. ScienceAsia 33(Suppl 1):39-43.
Koswara S. 2009. Teknologi Modifikasi Pati. Semarang (ID): Unimus.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kuruwita T. 2008. Smart polymer materials [disertasi]. Ohio (US): Bowling
Green State University.
Liu Y, Zhang R, Zhang J, Zhou W, Li S. 2006. Graft copolymerization of sodium
acrylate onto chitosan via redox polymerization. Iranian Polym J. 15(12):
935-942.
Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre LA.
2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on
cellulose. Polymer. 43:6183-6194.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2001. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-3.
Washington (US): Thomson Learning.
Pourjavadi A, Soleyman R, Bardajee SF. 2010. γ-Irradiation synthesis of a smart
hydrogel: optimization using Taguchi method and investigation of its
swelling behavior. Chem Eng. 17:15-23.
10
Qureshi K, Bhatti I, Rajput MH. 2011. Preparation of superabsorbent hydrogel
from pulverized wheat straw by chemical method. Di dalam: International
Conference on Chemical, Ecology and Environmental Sciences
(ICCEES'2011); 2011 Des 17-18; Pattaya, Thailand. hlm 394-396.
Ramadhani P. 2009. Sulfonasi onggok sebagai superabsorben [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Sadeghi M, Koutchakzadeh G. 2007. Swelling kinetics study of hydrolyzed
carboxymethylcellulose-poly
(sodium
acrylate-co-acrylamide)
superabsorbent hydrogel with salt-sensitivity properties. J Sci I A U.
17(64):19-26.
Widiyanto. 2011. Superabsorben hasil pencangkokan dan penautan-silang fraksi
nonpati onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian
Bogor.
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Onggok
Oksidasi dengan NaIO4
Onggok dialdehida
Oksidasi dengan H2O2, uji kadar karboksil, uji FTIR
Onggok dikarboksilat
Kopolimerisasi, presipitasi, refluks
SAP
Pencirian:
FTIR
Uji kapasitas serap air
Uji kapasitas serap air dalam larutan garam
Uji kapasitas serap air dalam larutan pH berbeda
12
Lampiran 2 Kadar karboksil sampel
No.
Ulangan
Blangko
1
1
2
1
2
3
1
2
3
2
3
Massa
sampel (g)
0.5006
0.5087
0.5033
0.5010
0.5163
0.5003
0.5005
0.5057
0.5023
V NaOH
terpakai (mL)
0
1.6
1.1
1.7
1.9
1.5
1.4
1.1
1.4
Keterangan:
1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C
2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C
3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C
Contoh perhitungan:
ar oksil =
=
= 0.5498%
kar oksil
(%)
1.4437
1.0032
1.5575
1.6891
1.3762
1.2839
0.9984
1.2793
13
Lampiran 3 Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2
No.
1
2
3
Massa onggok
Ulangan
awal (g)
1
2
3
1
2
3
1
2
3
10.0461
10.0516
10.0087
10.0580
10.0612
10.0182
10.0194
10.0740
10.0044
Massa onggok
setelah oksidasi
(g)
1.3140
1.2645
1.4493
1.5419
1.5202
1.6209
1.9287
1.7287
1.9078
Persentase
massa hasil
(%)
13.08
12.58
14.48
15.33
15.11
16.18
19.25
17.16
19.07
Keterangan:
1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C
2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C
3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C
Contoh perhitungan :
Persentase massa hasil =
=
Massa on ok setelah oksidasi
Massa on ok a al
.
=13.08%
Rerata
13.38
15.54
18.49
14
Lampiran 4 Kapasitas penyerapan SAP dalam air
Sampel
Ulangan
Bobot awal
(g)
1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
0.1075
0.1054
0.1006
0.1018
0.1044
0.1016
0.1180
0.1007
0.1009
0.1039
0.1028
2
3
3
(ternetralisasi)
Contoh perhitungan:
Kapasitas penyerapan =
=
= 207.16 g/g
Bobot
akhir (g)
22.3771
22.5713
22.0343
24.1071
23.2989
24.9243
35.9474
35.1462
34.2362
41.2005
58.8921
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
207.16
213.15
218.03
235.81
222.17
244.32
303.64
348.02
338.31
447.71
571.88
Rerata
212.78
234.10
329.99
509.79
15
Lampiran 5 Kapasitas penyerapan SAP dalam larutan NaCl
Sampel 1
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1051
0.1055
0.1045
0.1005
0.1036
0.1013
0.1086
0.1030
0.1042
0.1007
0.1012
0.1006
0.1005
0.1071
0.1012
0.1018
0.1026
0.1011
0.1011
0.1017
0.1034
0.1024
0.1019
0.1063
0.1052
0.1074
0.1021
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Bobot
akhir (g)
10.0139
10.4044
10.1187
8.7505
8.9655
8.5335
7.1524
6.9515
6.8928
5.1287
5.2361
5.1085
4.8803
5.2618
4.9507
4.8233
4.6898
4.5404
4.1299
4.1361
4.3480
2.9655
2.8777
3.0848
2.4575
2.5980
2.3524
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
94.28
97.62
95.83
86.07
85.54
83.24
64.86
66.49
65.15
49.93
50.74
49.78
47.56
48.13
47.92
46.38
44.71
43.91
39.85
39.67
41.05
27.96
27.24
28.02
22.36
23.19
22.04
Rerata
95.91
84.95
65.50
50.15
47.87
45.00
40.19
27.74
22.53
16
lanjutan Lampiran 5
Sampel 2
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
Bobot
akhir (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1015
0.1009
0.1043
0.1035
0.1070
0.1059
0.1015
0.1055
0.1060
0.1041
0.1068
0.1049
0.1032
0.1088
0.1076
0.1042
0.1027
0.1092
0.1045
0.1096
0.1069
0.1033
0.1020
0.1039
0.1078
0.1081
0.1047
9.5938
9.6117
9.7750
8.5946
9.0008
8.8543
7.1212
7.3797
7.4242
5.1113
5.2129
5.0866
4.3581
4.5576
4.5805
4.1253
4.0751
4.2184
3.7892
3.9314
3.9147
2.9007
2.8203
2.9902
2.5053
2.4820
2.3495
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
93.52
94.26
92.72
82.04
83.12
82.61
69.16
68.95
69.04
48.10
47.81
47.49
41.23
40.89
41.57
38.59
38.68
37.63
35.26
34.87
35.62
27.08
26.65
27.78
22.24
21.96
21.44
Rerata
93.50
82.59
69.05
47.80
41.23
38.30
35.25
27.17
21.88
17
lanjutan Lampiran 5
Sampel 3
[NaCl]
Ulangan
Bobot
awal (g)
0.01
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1066
0.1066
0.1021
0.1062
0.1054
0.1092
0.1086
0.1062
0.1097
0.1046
0.1039
0.1059
0.1068
0.1049
0.1043
0.1096
0.1087
0.1072
0.1071
0.1063
0.1058
0.1044
0.1085
0.1069
0.1052
0.1075
0.1061
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.2
0.5
1
Contoh perhitungan:
Kapasitas penyerapan =
=
= 81.49 g/g
Bobot
akhir (g)
8.7934
8.7156
8.3834
5.9812
5.8423
6.0606
5.7851
5.8240
5.7768
4.9413
4.8449
4.9752
3.6013
3.4575
3.4930
3.3910
3.4110
3.3436
2.9763
2.9923
2.9084
2.5776
2.6159
2.6340
2.1566
2.2855
2.1167
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
81.49
80.76
81.11
55.32
54.43
54.50
52.27
53.84
51.66
46.24
45.63
45.98
32.72
31.96
32.49
29.94
30.38
30.19
26.79
27.15
26.49
23.69
23.11
23.64
19.50
20.26
18.95
Rerata
81.12
54.75
52.59
45.95
32.39
30.17
26.81
23.48
19.57
18
Lampiran 6 Kapasitas penyerapan SAP dalam berbagai larutan pH
Sampel 1
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1016
0.1032
0.1019
0.1026
0.1042
0.1006
0.1047
0.1007
0.1026
0.1035
0.1004
0.1034
0.1014
0.1033
0.1026
0.1022
0.1018
0.1037
0.1043
0.1029
0.1014
0.1036
0.1025
0.1011
0.1023
0.1034
0.1049
0.1068
0.1096
0.1045
0.1044
0.1089
0.1055
0.1067
0.1021
0.1048
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.1633
1.2374
1.2442
12.0894
12.1664
11.9794
16.3479
16.1130
15.5275
17.1479
16.9274
17.5563
18.6120
18.3285
18.5378
20.8212
20.9759
20.9204
15.7702
18.1814
18.2216
16.2144
17.7489
16.8685
12.8161
12.5714
13.6748
9.9623
10.9732
9.9693
7.9448
7.7025
8.4031
3.7879
3.3540
3.8692
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
10.45
10.99
11.21
116.83
115.76
118.08
155.14
159.01
150.34
164.68
167.60
168.79
182.55
176.43
179.68
202.73
205.05
200.74
150.20
175.69
178.70
155.51
172.16
165.85
124.28
120.58
129.36
92.28
99.12
94.40
75.10
69.73
78.65
34.50
31.85
35.92
Rerata
10.88
116.89
154.83
167.02
179.55
202.84
168.20
164.51
124.74
95.27
74.49
34.09
19
lanjutan Lampiran 6
Sampel 2
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1008
0.1052
0.1018
0.1010
0.1035
0.1001
0.1021
0.1002
0.1033
0.1001
0.1002
0.1007
0.1013
0.1026
0.1011
0.1034
0.1022
0.1019
0.1015
0.1021
0.1029
0.1039
0.1031
0.1049
0.1068
0.1038
0.1033
0.1016
0.1008
0.1003
0.1043
0.1040
0.1051
0.1039
0.1044
0.1025
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.1461
1.1698
1.0699
11.5595
11.9522
11.2312
16.1951
16.4789
16.4753
17.8108
17.3286
18.1502
17.4317
19.3196
18.8642
20.1713
24.8745
24.2818
17.7067
21.1735
22.2686
20.4018
19.2653
20.1744
16.3756
15.9894
15.6520
11.9888
11.3884
12.0962
9.8783
10.2232
9.6419
4.2360
3.9108
4.0990
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
10.37
10.12
9.51
113.45
114.48
111.20
157.62
163.46
158.49
176.93
171.94
179.24
171.08
187.30
185.59
194.08
242.39
237.29
173.45
206.38
215.41
195.36
185.86
191.32
152.33
153.04
150.52
117.00
111.98
119.60
93.71
97.30
90.74
39.77
36.46
38.99
Rerata
10.00
113.04
159.86
176.04
181.32
224.59
198.41
190.85
151.96
116.19
93.92
38.41
20
lanjutan Lampiran 6
Sampel 3
pH
Ulangan
Bobot
awal (g)
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0.1007
0.1094
0.1004
0.1007
0.1000
0.1052
0.1009
0.1077
0.1007
0.1010
0.1020
0.1014
0.1022
0.1024
0.1006
0.1013
0.1021
0.1048
0.1049
0.1043
0.1035
0.1051
0.1039
0.1042
0.1068
0.1060
0.1046
0.1096
0.1073
0.1061
0.1019
0.1011
0.1032
0.1077
0.1063
0.1069
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Bobot
akhir (g)
1.0372
1.0754
1.0150
13.4404
13.0580
14.3598
17.6777
19.0209
17.9357
21.5160
20.5612
22.5848
21.6296
21.9566
22.1491
25.0140
24.5704
27.0342
23.6623
23.6605
23.2430
22.4788
22.2606
22.5530
19.4066
19.4701
19.1376
13.3065
12.8910
13.3431
10.0596
9.7380
10.0568
4.4911
4.2616
4.6619
Kapasitas
penyerapan
(g/g)
9.30
8.83
9.11
132.47
129.58
135.50
174.20
175.61
177.11
212.03
200.58
221.73
210.64
213.42
219.17
245.93
239.65
256.96
224.57
225.85
223.57
212.88
213.25
215.44
180.71
182.68
181.96
120.41
119.14
124.76
97.72
95.32
96.45
40.70
39.09
42.61
Rerata
9.08
132.52
175.64
211.45
214.41
247.51
224.66
213.86
181.78
121.44
96.50
40.80
21
Contoh perhitungan :
Kapasitas penyerapan =
=
= 9.30 g/g
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Februari 1992 dari ayah
Masdianto dan ibu Desniati. Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara.
Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 63 Jakarta dan pada tahun yang sama
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi
Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan diterima di
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia
Organik Layanan pada tahun ajaran 2011/2012 dan asisten Kimia Organik
Berbasis Kompetensi pada tahun ajaran 2012/2013. Bulan Juli-Agustus 2012
penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Balai Penelitian Peternakan (Balitnak)
dengan judul Pembuatan Senyawa Nanokarotenoid dari Ekstrak Daun Kaliandra
(Calliandra Calothyrsus) dan Pengujian Degradasi secara In Vitro.