Sintesis Nanopartikel Serat Rami dengan Metode Ultrasonikasi

SINTESIS NANOPARTIKEL SERAT RAMI DENGAN
METODE ULTRASONIKASI

DONI KURNIAWAN

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

ABSTRAK
DONI KURNIAWAN. Sintesis Nanopartikel Serat Rami dengan Metode
Ultrasonikasi. Dibimbing oleh SITI NIKMATIN dan AKHIRUDDIN
MADDU.
Nanomaterial adalah suatu materi yang memiliki sifat khas dan banyak
diminati karena memiliki ukuran yang sangat kecil (10-9 m), sehingga luas
permukaannya sangat tinggi. Telah dilakukan sintesis nanopartikel serat rami
dengan metode ultrasonikasi, yaitu pembuatan nanopartikel serat rami dengan
gelombang ultrasonik untuk aplikasi sebagai filler komposit dengan tujuan
meningkatkan sifat fisiknya. Serat rami diultrasonikasi dengan variasi waktu dan

dua variasi surfaktan tween 80 3% 10 sampel dan 0% 3 sampel. Semua sampel diuji
dengan PSA (Particle size analyzer) untuk mengetahui ukurannya. Serat rami
terkecil berukuran 229.04 nanometer didapat dari sonikasi 105 menit dan tween 80
3%. Ukuran serat rami dengan konsentrasi tween 80 3% lebih kecil dari konsentrasi
tween 80 0%. Analisis kerapatan menunjukkan tren penurunan kerapatan seiring
dengan penurunan ukuran partikel. Serat rami dengan ukuran 229.04 nanometer
memiliki kerapatan 1.1727 g cm-3 lebih kecil dibandingkan serat rami ukuran 7500
nanometer dengan kerapatan 1.7083 g cm-3. Hasil XRD (X-ray diffraction), serat
rami ukuran terkecil memperlihatkan serat rami masih berupa selulosa, dicirikan
dengan fase kristal milik selulosa yang berada pada sudut difraksi 22.76 derajat
dengan derajat kristalinitas 21.3727%. Hasil penelitian menunjukkan hipotesis
telah dicapai meskipun ukuran serat rami terkecil yaitu 229.04 nm masih lebih
besar dari 100 nm.
Kata kunci : serat rami, ultrasonikasi, nanopartikel.

SINTESIS NANOPARTIKEL SERAT RAMI DENGAN
METODE ULTRASONIKASI

DONI KURNIAWAN

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
Departemen Fisika

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

JudulSkripsi
Nama
NIM

: Sintesis Nanopartikel Serat Rami dengan Metode
Ultrasonikasi
: Doni Kurniawan
: G74080057

Disetujui,

Pembimbing I

Dr Siti Nikmatin M. Si
NIP.19750819200012200

Pembimbing II

Dr Akhiruddin Maddu M. Si
NIP. 196609071998021000

Diketahui,
Ketua Departemen Fisika

Dr Akhiruddin Maddu M. Si
NIP. 196609071998021000

Tanggal Lulus :

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
begitu banyak nikmat yang tak terhitung sehingga penulis bisa menyelesaikan
skripsi yang berjudul Sintetis Nanopartikel Serat Rami dengan Metode
Ultrasonikasi. Penelitian dilakukan sebagian besar bertempat di Laboratorium
Departemen Fisika dan beberapa pengujian dilaksanakan di Litbang Kehutanan
Bogor dan Laboraturium Departemen Kimia, dimulai bulan Januari 2011 dan
berakhir pada bulan November 2012.
Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya juga penulis haturkan kepada :
1. Ibu, Bapak, Nenek dan seluruh keluarga atas doa, bimbingan, nasihat dan kasih
sayangnya.
2. Ibu Siti Nikmatin selaku pembimbing I untuk bimbingan, motivasi, saran,
kritik dan waktu luang yang telah diberikan untuk berdiskusi.
3. Bapak Akhiruddin Maddu selaku pembimbing II untuk bimbingan, motivasi,
saran, kritik dan waktu luang yang telah diberikan untuk berdiskusi.
4. Bapak Faozan Ahmad selaku penguji atas bimbingan, kritik dan saran bagi
penelitian saya.
5. Bapak Hanedi Darmasetiawan selaku editor atas saran dan kritiknya.
6. DIKTI yang telah memberikan hibah dana penelitian melalui program PKM.
7. Hemas Integrani untuk doa, motivasi, dukungan dan perhatiannya.
8. Ahmad Khakim, Zainal Muttaqin, Muhamar Kadapi, Rizki Adistya atas

bantuan dan inspirasinya.
9. Muhammad Afif Faiz yang telah sering berdiskusi bersama penulis.
10. Ridwan Siskandar untuk bimbingan dan motivasinya.
11. Teman-teman Fisika 45 untuk kebersamaannya mengarungi kehidupan di
Departemen Fisika (masa-masa yang takkan terlupakan).
12. Teman-teman OMDA Kuningan atas bantuan dan motivasinya.
13. Teman-teman Fisika 43, 44, 46, 47, 48 atas kebersamaannya.
14. Semua pihak yang telah membantu dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu,
terima kasih banyak atas dukungannya.
Penulis juga menerima saran dan kritik apabila terdapat kekurangan untuk
kemajuan penelitian ini. Semoga dengan itu, penulis bisa lebih baik lagi dan
semoga Allah SWT senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-Nya untuk kita
semua. Amiiiiiin.
Bogor, 7 Februari 2013

Penulis

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir pada tanggal 9 April 1990 di Kabupaten

Kuningan Jawa Barat sebagai anak pertama dari pasangan
Madhari dan N. Eliah. Penulis mengenyam dunia
pendidikan berawal dari Taman Kanak-kanak Gapura Desa
Bojong, SDN 1 Bojong, SMPN 1 Cilimus dan dilanjutkan
ke SMAN 1 Cilimus. Penulis menghabiskan waktu hingga
SMA di Desa Bojong.
Pada tahun 2008 penulis menyelesaikan pendidikan menengah atas dan
diterima di IPB melalui jalur Undangan seleksi Masuk IPB (USMI). Pada tingkat
kedua mulai memasuki Departemen Fisika FMIPA IPB. Selama menempuh
pendidikan IPB, penulis sempat aktif di organisasi HIMPRO HIMAFI, kepanitiaan
Pesta Sains divisi konsumsi (2009), dan selama satu semester menjadi Asisten
Praktikum Fisika Dasar TPB dan pernah menjadi pengajar privat pada beberapa
lembaga bimbingan belajar di Kota Bogor.

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

Latar Belakang .................................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ................................................................................................ 1
Perumusan Masalah ............................................................................................ 1
Hipotesis.............................................................................................................. 2
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 2
Rami (Boehmeria nivea (L.) Gaud) .................................................................... 2
Surfaktan ............................................................................................................. 4
Nanoteknologi ..................................................................................................... 4
Ultrasonikasi ....................................................................................................... 5
PSA (Particle size analyzer) ............................................................................... 6
Kerapatan ............................................................................................................ 7
XRD (X-ray diffraction)...................................................................................... 7
METODE PENELITIAN ........................................................................................ 8
Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................. 8
Bahan dan Alat .................................................................................................... 8
Prosedur Penelitian.............................................................................................. 8
a. Persiapan sampel .......................................................................................... 8
b. Sintesis dan karakterisasi nanopartikel serat rami ....................................... 8
Diagram Alir Penelitian ...................................................................................... 9
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 9

Persiapan dan Sintesis Sampel ............................................................................ 9
Hasil Analisis PSA ............................................................................................ 10
Hasil Analisis Piknometer ................................................................................. 11
Hasil Analisis XRD ........................................................................................... 11
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 13
Kesimpulan ....................................................................................................... 13
Saran .................................................................................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 13
LAMPIRAN .......................................................................................................... 16

vi

DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1 Komposisi kimia serat alam ...................................................................... 3
Tabel 2 Sifat mekanik serat alam ........................................................................... 3
Tabel 3 Spesifikasi surfaktan tween 80 .................................................................. 4
Tabel 4 Variasi waktu ultrasonikasi dan penambahan surfaktan ........................... 9

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 1 Tanaman rami....................................................................................... 2
Gambar 2 Serat rami. ............................................................................................ 2
Gambar 3 Penampang melintang kulit rami ......................................................... 2
Gambar 4 Penampang batang rami. ...................................................................... 2
Gambar 5 Molekul surfaktan membentuk misel ................................................... 4
Gambar 6 Proses rapatan dan regangan osilasi kavitasi ....................................... 6
Gambar 7 Piknomerter .......................................................................................... 7
Gambar 8 Penampang melintang tabung sinar-X ................................................. 8
Gambar 9 Difraksi sinar-X. ................................................................................... 8
Gambar 10 Energi sonikasi. .................................................................................. 10
Gambar 11 Hubungan waktu sonikasi dan ukuran serat rami............................... 10
Gambar 12 Hubungan waktu sonikasi dan kerapatan serat rami. ......................... 11
Gambar 13 Hubungan intensitas (cps) dengan sudut difraksi (βθ) pada selulosa
bagas tebu ........................................................................................... 12
Gambar 14 Hubungan intensitas (cps) dan sudut difraksi (βθ) pada selulosa corn
stover. ................................................................................................. 12
Gambar 15 Hubungan intensitas (cps) dengan sudut difraksi (βθ) pada selulosa
whiskers .............................................................................................. 12
Gambar 16 Hubungan intensitas (cps) dengan sudut difraksi (βθ) pada selulosa

kulit rotan ........................................................................................... 12
Gambar 17 Pola XRD serat rami ukuran 229.04 nm. ........................................... 13

vii

DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1 Alat dan bahan yang digunakan untuk sintesis nanopartikel serat
rami. ................................................................................................. 17
Lampiran 2 Tahap pembuatan nanopartikel serat rami. ...................................... 18
Lampiran 3 Hasil PSA serat rami sampel 1. ....................................................... 19
Lampiran 4 Hasil PSA serat rami sampel 2. ....................................................... 20
Lampiran 5 Hasil PSA serat rami sampel 3. ....................................................... 21
Lampiran 6 Hasil PSA serat rami sampel 4. ....................................................... 22
Lampiran 7 Hasil PSA serat rami sampel 5. ....................................................... 23
Lampiran 8 Hasil PSA serat rami sampel 6. ....................................................... 24
Lampiran 9 Hasil PSA serat rami sampel 7. ....................................................... 25
Lampiran 10 Hasil PSA serat rami sampel 8. ....................................................... 26
Lampiran 11 Hasil PSA serat rami sampel 9. ....................................................... 27
Lampiran 12 Hasil PSA serat rami sampel 10. ..................................................... 28

Lampiran 13 Hasil PSA serat rami sampel 11. ..................................................... 29
Lampiran 14 Hasil PSA serat rami sampel 12. ..................................................... 30
Lampiran 15 Hasil PSA serat rami sampel 13. ..................................................... 31
Lampiran 16 Hasil pengujian kerapatan. .............................................................. 32
Lampiran 17 Data base JCPDS selulosa. ............................................................. 33
Lampiran 18 Derajat kristalinitas serat rami ukuran 229,04 nm. .......................... 33

viii

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bionanokomposit adalah suatu material
gabungan dua bahan yang memiliki struktur
berbeda dimana salah satu atau kedua bahan
tersebut berasal dari bahan alami dan salah
satunya memiliki ukuran berskala nanometer
(10-9 meter). Teknologi ini berguna untuk
meningkatkan sifat individu bahan dalam hal
kekuatan, struktur dan stabilitas sehingga
diharapkan material yang baru akan memiliki
kualitas yang jauh lebih baik dari material
penyusunnya.
Akhir-akhir ini, tren penelitian komposit
banyak menggunakan serat alam dalam
teknologi pembuatan material komposit
sebagai pengganti serat sintetis. Kelebihan dari
serat alam antara lain ketersediaan bahan baku
yang sangat melimpah, dapat didaur ulang,
dapat diperbaharui, terbiodegradasi di
lingkungan, dan memiliki sifat mekanik yang
baik. Kelebihan lainnya dalam hal ekonomi,
harga serat alam lebih murah sehingga
menurunkan biaya bahan baku pembuatan
komposit.
Salah satu tanaman yang menghasilkan
serat alam adalah rami (Boehmeria nivea (L.)
Gaud). Sejak dahulu, serat dari tanaman rami
telah digunakan dalam industri pakaian
sebagai alternatif pengganti serat kapas. Serat
rami juga mulai dikembangkan oleh para
peneliti untuk membuat rompi anti peluru dan
bahkan bahan tabung gas karena kekuatan
seratnya yang baik. Dengan komposisi selulosa
yang tinggi yaitu 80% sampai 85%, rami
sangat potensial menggantikan serat sintetis
sebagai filler pada komposit.
Potensi pemanfaatan tanaman rami di
Indonesia sangat menjanjikan karena didukung
oleh bahan baku yang melimpah dan lahan
yang luas tersebar di berbagai daerah. Produksi
serat rami dimulai dari proses penanaman,
perawatan, pemanenan dan pengolahan. Panen
pertama dilakukan saat tanaman berumur 90
hari walaupun belum dapat diambil seratnya
karena batangnya masih muda. Meskipun
demikian, panen selanjutnya bisa dilakukan
tiap 60 hari sekali. Suatu interval waktu yang
relatif singkat bila dibandingkan tanaman serat
yang lain. Pada tahun 2003 Pemerintah
melalui Kementrian Usaha Kecil dan
Menengah berusaha mengembangkan tanaman
rami di berbagai daerah baik di pulau Jawa
maupun pulau Sumatera antara lain Lampung
80 ha, Sumatera Selatan 100 ha, Bengkulu 20
ha, Sumatera Utara 20 ha dan Wonosobo 20

ha. Selain itu, rami juga mulai berkembang di
daerah Garut dan daerah lainnya di Indonesia.
Saat ini penelitian biokomposit serat sudah
banyak dilakukan terutama serat rami sebagai
bahan baku pengisi polimer oleh beberapa
peneliti diantaranya Soemardia dkk (2009)
dengan judul “Karakteristik mekanik komposit
serat rami-epoksi sebagai bahan soket
prostetis” dengan hasil penelitian karakteristik
mekanik komposit lamina serat rami epoksi
longitudinal pada fraksi volume serat 40%
yaitu tegangan tarik 232 MPa dan modulus
elastisitas 9.7 GPa, sedangkan pada fraksi
volume serat 50% tegangan tarik 260 MPa dan
modulus elastisitas 11.23 GPa. Suwanda dan
Rahman (2010) dalam penelitian berjudul
“Pengaruh alkali terhadap kekuatan bending
komposit serat rami dengan matriks polyester”
menghasilkan kesimpulan lama perlakuan
alkali akan menurunkan tegangan bending.
Tegangan bending tertinggi terjadi pada
komposit tanpa perlakuan alkali sebesar 70.39
Mpa. Perlakuan alkali menaikkan sedikit
modulus bending (modulus elastisitas bending
tertinggi terjadi pada komposit dengan
perlakuan alkali 6 jam, yaitu sebesar 4.13 Gpa)
dan menurunkan regangan bendingnya.
Regangan bending tertinggi terjadi pada
komposit tanpa perlakuan alkali sebesar
1.85%. Penelitian Wambua dkk (2003) yang
menyelidiki sifat mekanis dari komposit
polipropilena yang diperkuat oleh serat rami,
sisal dan jute dibandingkan dengan propilena
dengan berpenguat serat glass menyimpulkan
bahwa beberapa serat selulosa pada komposit
polimer ternyata mempunyai sifat mekanik
yang lebih baik dari serat glass.
Penelitian
ini
dimaksudkan
untuk
mengembangkan potensi serat rami dalam
bentuk nanopartikel dari serat rami dengan
metode ultrasonikasi yang diharapkan dengan
karakteristik nanopartikel serat rami yang
dihasilkan, bisa diaplikasikan sebagai filler
untuk pembuatan komposit dan dapat
meningkatkan karakteristik komposit tersebut
dibandingkan dengan ukuran bulk.
Tujuan Penelitian
1. Sintesis nanopartikel serat rami dengan
metode
ultrasonikasi
disertai
penambahan surfaktan tween 80.
2. Analisis karakteristik serat rami hasil
ultrasonikasi
meliputi
ukuran,
kerapatan dan kristalografi.
Perumusan Masalah
Apakah metode ultrasonikasi dapat
memperkecil ukuran partikel serat rami tanpa
merusak karakteristik selulosanya?

Hipotesis
Dengan metode ultrasonikasi disertai
penggunaan surfaktan dapat menimbulkan
proses kavitasi sehingga ukuran serat rami
menjadi lebih kecil (dalam ukuran nanometer)
namun tidak merusak karakteristik selulosa
serat rami.
TINJAUAN PUSTAKA
Rami (Boehmeria nivea (L.) Gaud)
Tanaman rami (Gambar 1) adalah tanaman
semusim berumpun yang mudah tumbuh di
kawasan tropis, tahan terhadap hama dan dapat
mendukung pelestarian alam dan lingkungan.
Adapun klasifikasi tanaman rami adalah :
- Divisi
: Magnoliophyta
- Kelas
: Magnoliopsida
- Ordo
: Urticales
- Famili
: Urticaceae
- Genus
: Boehmeria
- Spesies : Nivea L.Gaud
Serat rami (Gambar 2) terdapat dalam sel
kulit yang terletak di antara kulit luar yang
biasa disebut epidermis dan batang. Serat rami
secara alami terikat menjadi satu oleh perekat
yang disebut gom (gum).
Pada Gambar 3a, terlihat penampang
melintang kulit rami yang belum didekortikasi,
bundelan serat rami terletak diantara parenkim
dan xilem dan masih terikat oleh gum. Gambar
3b menunjukkan penampang melintang serat
rami yang telah didekortikasi. Dekortikasi
adalah pemisahan antara kulit rami dengan
batangnya untuk mendapatkan serat. Sebagian
kulit telah hilang namun serat masih terikat
dalam satu bundelan6.
Batang rami (Gambar 4) berbentuk silinder
dengan diameter 12 sampai 20 mm. Tinggi
batang berkisar 1 sampai 2 m, dan ada pula
yang lebih dari 2 m. Batang tidak bercabang,
tetapi apabila pucuk tanaman mati atau patah
dapat tumbuh cabang yang keluar dari ketiak
daun dan hal ini sebaiknya dihindari.

Gambar 1 Tanaman rami1.

Gambar 2 Serat rami.

a)

b)

Gambar 3 Penampang melintang kulit rami,
sebelum proses dekortikasi2 (a) dan
setelah dekortikasi (b).

a)

b)

Gambar 4 Penampang batang rami, membujur
(a) dan melintang3 (b).
Serat yang merupakan hasil utama tanaman
rami seperti pada Gambar 2, terletak pada kulit
batang adalah serat primer yang terbentuk pada
kulit kayu. Serat rami panjangnya bervariasi
dari 2.5 sampai 50 cm dengan rata-rata 12.5
sampai 15 cm, sedangkan diameter rata-rata 30
sampai 50 µm.
Dalam hal tertentu serat rami mempunyai
keunggulan dibanding serat-serat yang lain
seperti kekuatan tarik dan kandungan selulosa
(Tabel 1 dan Tabel 2), daya serap terhadap air,
tahan terhadap kelembaban dan bakteri, tahan
terhadap panas, lebih ringan dibanding serat
sentetis dan ramah lingkungan4.
Serat tanaman rami seperti kebanyakan
serat alam lainnya tersusun atas selulosa,
hemiselulosa dan lignin.

3

Diameter
Panjang
Kekuatan
tarik
Modulus
elastisitas
Massa
jenis
Regangan
maksimum
Spesifik
kekuatan
tarik
Spesifik
kekakuan

%

Tabel 1 Sifat mekanik serat alam6
Katun
Flax
Yute
Kenaf
11-33
200
200
10-60
10-40
1-5
2-6
330345393930
585
1035
773
4.527.626.5
53.0
12.6
45.0
1.51.431.441.5
1.54
1.52
1.50
7.0-8.0 2.7-3.2 1.5-1.8 1.6

Km

39.2

73.8

52.5

63.2

73.4

71.4

43.2

Km

0.85

3.21

1.80

3.60

2.98

4.18

1.07

Satuan
Mm
Mm
Mpa
Gpa
g/cm3

Tabel 2 Komposisi kimia serat alam5
Nama
Sel*
Hs**
Lignin
Ket
Abaka
6-8
6-8
5-10
Pisang
Coir
43
1
45
Sabut
kelapa
Kapas
90
6
Rambut
biji
Flax
70-72 14
4-5
Yute
61-63 13
3-13
Mesta
60
15
10
Palmirah 40-50 15
42-45
Nanas
80
12
Daun
Rami
80-85 3-4
0.5-1
Kulit
batang
Sisal
60-67 10-15 8-12
Daun
Straw
40
28
18
Ket : * (selulosa), **(hemiselulosa).
Rumus
molekul
selulosa
adalah
(C6H10O5)n dimana n angka yang dapat
mencapai ribuan. Selulosa dibangun oleh
rangkaian glikosa yang tersambung melalui - 1.4. Selulosa bukan hanya tidak larut dalam air
tetapi juga pada pelarut lainnya. Penyebabnya
adalah kekuatan rantai dan tingginya gaya
antar rantai akibat ikatan hidrogen antara
gugus hidroksil pada rantai yang saling
berdekatan. Faktor ini dipandang menjadi
penyebab kekristalan yang tinggi dari serat
selulosa. Jika ikatan hidrogen berkurang, gaya
antar-aksi berkurang.
Berdasarkan derajat polimerisasi (DP) dan
kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida
(NaOH) 17.5%, selulosa dapat dibedakan atas
tiga jenis yaitu :
- Selulosa α (Alpha cellulose) adalah
selulosa berantai panjang, tidak larut
dalam larutan NaOH 17.5% atau larutan
basa kuat dengan DP 600 sampai 1500.
Selulosa α dipakai sebagai penduga dan

E-glass
5-25
1800

Rami
40-80
60-260
4001050
61.5

Sisal
50-200
1-5
511-635

1.5-1.6

1.16-1.5

2.5-3.0

3.6-3.8

2.0-2.5

69.073.0
2.5

9.4-15.8

atau penentu tingkat kemurnian
selulosa.
- Selulosa
(Betha cellulose) adalah
selulosa berantai pendek, larut dalam
larutan NaOH 17.5% atau basa kuat
dengan DP 15 sampai 90, dapat
mengendap bila dinetralkan.
- Selulosa
(Gamma cellulose) sama
dengan selulosa , tetapi DP-nya
kurang dari 157.
Hemiselulosa
merupakan
polimer
semihablur, terdiri dari gula pentosa dan
heksosa.
Hemiselulosa
bersifat
heteropolisakarida sedangkan selulosa bersifat
homopolisakarida. Hemiselulosa berhubungan
erat dengan selulosa dan sebagai satu
komponen struktur dalam tumbuh-tumbuhan.
Selulosa dan hemiselulosa mempunyai fungsi
yang sama sebagai penyokong dinding sel.
Kebanyakan hemiselulosa mempunyai derajat
polimer sekitar 200 saja, dapat dilarutkan
dalam alkali dan mudah dihidrolisis oleh
asam7.
Lignin adalah molekul kompleks yang
tersusun dari unit phenylphropane yang terikat
di dalam struktur tiga dimensi. Karena
kandungan karbon yang relatif tinggi
dibandingkan
dengan
selulosa
dan
hemiselulosa, lignin memiliki kandungan
energi yang tinggi. Lignin merupakan jaringan
polimer amorfus tiga dimensi yang dibentuk
dari unit-unit fenilpropana serta mempunyai
derajat polimer yang tinggi. Lignin berfungsi
sebagai bahan yang memberi dukungan
terhadap kekuatan mekanik tumbuhan. Lignin
bersama-sama holoselulosa (gabungan antara
selulosa
dan
hemiselulosa)
berfungsi
membentuk jaringan tanaman, terutama
memperkuat sel-sel kayu. Polimer lignin
memiliki sifat keterlarutan yang rendah7.

4

Surfaktan
Surfaktan adalah zat-zat yang molekul dan
ionnya diabsorpsi pada antar muka yang akan
mengurangi tegangan permukaan atau
tegangan antar muka suatu bahan. Gambar 5
adalah ilustrasi dari bagian kepala dan ekor
pada surfaktan. Bagian kepala bersifat
hidrofilik (suka air) merupakan bagian yang
sangat polar, sedangkan bagian ekor bersifat
hidrofobik (benci air/suka minyak) merupakan
bagian non-polar. Bagian kepala dapat berupa
anion, kation atau non-ion sedangkan bagian
ekor dapat berupa rantai linier atau cabang
hidrokarbon.
Berdasarkan gugus hidrofiliknya, molekul
surfaktan dibedakan menjadi empat kelompok8
antara lain surfaktan anionik yaitu surfaktan
yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion.
Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian
alkilnya terikat pada suatu kation. Surfaktan
non-ionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya
tidak bermuatan. Surfaktan amfoter yaitu
surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai
muatan positif dan negatif9. Penggunaan
surfaktan terbagi atas tiga golongan, yaitu
sebagai bahan pembasah (wetting agent),
bahan pengemulsi (emulsifying agent) dan
bahan pelarut (solubilizing agent). Penggunaan
surfaktan bertujuan untuk meningkatkan
kestabilan emulsi dengan cara menurunkan
tegangan antarmuka, antara fase minyak dan
fase air. Surfaktan dipergunakan baik
berbentuk emulsi minyak dalam air maupun
berbentuk emulsi air dalam minyak10.
Polisorbat 80 (tween 80) memiliki sinonim
seperti: Crillet 4, Crillet 50, Montanox 80,
Polyoxyethyene 20 oleate, (Z)-sorbitan mono9-octadecenoate, dengan rumus formula
C64H124O26. Tween 80 adalah cairan seperti
minyak, jernih, berwarna kuning muda sampai
coklat muda, bau khas lemah, rasa pahit dan
hangat. Kelarutannya sangat mudah larut
dalam air, larutan tidak berbau dan praktis
tidak berwarna, larut dalam etanol dan etil
asetat tapi tidak larut dalam minyak mineral.

Tween 80 digunakan sebagai agen
pengemulsi (1-15% konsentrasi), agen pelarut
(1-10%
konsentrasi),
agen
wetting,
dispersi/suspensi (0.1-3% konsentrasi) dan
sebagai surfaktan non-ionik11. Spesifikasi
tween 80 yang lebih lengkap tertera dalam
Tabel 3.
Nanoteknologi
Nanomaterial adalah suatu materi yang
memiliki sifat yang khas dan banyak diminati
karena memiliki ukuran sangat kecil (10-9 m),
sehingga luas permukaannya sangat tinggi. Di
samping itu, dengan ukuran yang sangat halus,
sifat-sifat khas unsur tersebut akan muncul dan
dapat direkayasa misalnya sifat kemagnetan,
optik, kelistrikan, termal, dan lain-lain.
Pemanfaatannya pun telah merambah di
berbagai bidang kehidupan manusia seperti
kesehatan, elektronik, otomotif, industri
peralatan rumah tangga, energi, dan lain-lain12.
Nanoteknologi adalah teknologi untuk
menciptakan, merekayasa dan mengubah
material ataupun struktur fungsional ke dalam
ukuran nanometer. Perbedaan nanopartikel
dengan material sejenis yang lebih besar
adalah ukurannya yang kecil sehingga
memiliki perbandingan luas permukaan dan
volume yang lebih besar. Ini membuat
nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas
material ditentukan oleh atom-atom di
permukaan, karena hanya atom-atom tersebut
yang bersentuhan langsung dengan material
lain. Selain itu, hukum fisika yang berlaku
didominasi hukum fisika kuantum13 14 .
Sifat dan karakteristik yang meliputi sifat
fisis, kimiawi maupun biologi dari partikel
berukuran nano tidak sama dengan sifat dan
karakteristik partikel dalam ukuran normal.
Fenomena
kuantum
sebagai
akibat
keterbatasan ruang gerak elektron dan
pembawa muatan lainnya dalam partikel akan
Tabel 3 Spesifikasi surfaktan tween 80

No
1

3

Parameter
Rumus
molekuler
Massa
molar
Warna

4

Kerapatan

5
6

Titik leleh
Kelarutan

7

Viskositas

2

a)

b)

Gambar 5 Molekul surfaktan membentuk

misel (a) Gugus hidrofilik dan
hidrofobik surfaktan dan (b) Misel
atau agregat surfaktan.

Ciri
C64H124O26
1310 g mol-1
Cairan kental berwarna
amber
1.06-1.09 g mL-1,
cairan minyak
Tidak ada data
Sangat larut dalam air,
larut dalam etanol
300-500 centriskotes
(pada suhu 250C)

5

berimbas pada perubahan warna yang
dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik,
konduktivitas
listrik
dan
magnetisasi.
Perubahan rasio jumlah atom yang menempati
permukaan terhadap jumlah total atom
berimbas pada perubahan titik didih, titik beku,
dan reaktivitas kimia13 14.
Sifat dan karakteristik dari suatu material
bergantung pada ukuran, bentuk, kemurnian
permukaan, maupun topologi material.
Perbedaan struktur/susunan atom dapat
mengubah sifat molekul yang dihasilkannya.
Jika atom-atom yang sama disusun ulang
membentuk stuktur yang berbeda, molekul
atau materi akan membentuk sifat yang
berbeda pula.
Penyusunan ulang atom-atom dalam
nanoteknologi mencapai tahap penyusunan
ulang struktur atom individual, jadi bukan lagi
tumpukan atom, sehingga ketepatannya
semakin baik dan biaya produksi semakin
murah. Satu aspek lain yang menarik dari
nanoteknologi adalah self replication atau
kemampuan untuk menduplikasi diri secara
otomatis. Konsep ini memiliki kesamaan
dengan kemampuan reproduksi mahluk hidup.
Sel-sel dalam tubuh kita memiliki kemampuan
memperbanyak diri sehingga sel yang rusak
dan mati selalu digantikan dengan sel baru
yang sehat15.
Secara umum ada dua metode yang dapat
digunakan dalam sintesis nanopartikel, yaitu
secara top-down dan bottom-up. Top-down
adalah sintesis partikel berukuran nano secara
langsung dengan memperkecil material yang
besar dengan cara penggerusan, misalnya
dengan alat pen disk milling. Bottom-up adalah
menyusun atom-atom atau molekul-molekul
hingga membentuk partikel berukuran
nanometer, menggunakan teknik sol-gel,
presipitasi kimia dan aglomerasi fase gas16.
Bionanokomposit merupakan material
lanjut (advance material) yang salah satu atau
semua komponennya terbuat dari bahan
hayati21. Makna dari material komposit sendiri
adalah kombinasi antara dua material atau
lebih yang secara makroskopis berbeda bentuk,
komposisi kimia dan tidak saling melarutkan
dimana material yang satu berperan sebagai
penguat dan yang lainnya sebagai pengikat,
sehingga akan terbentuk material baru yang
lebih baik dari material penyusunnya.
Komponen komposit yang berfungsi sebagai
pengikat atau disebut matriks biasanya berupa
polimer, logam atau keramik dan komponen
komposit yang berfungsi sebagai penguat
(filler) biasanya berupa serat, baik serat alam
yang berasal dari tumbuhan ataupun serat

sintetis (buatan). Penggunaan partikel nano
pada filler untuk komposit dapat meningkatkan
karakteristik dan kekuatan komposit itu
sendiri. Namun dalam batas tertentu, kekuatan
komposit justru berkurang.
Ultrasonikasi
Ultrasonikasi adalah teknik penggunaan
gelombang ultrasonik terutama gelombang
akustik dengan frekuensi lebih besar dari 20
kHz. Gelombang ultrasonik adalah rambat
energi dan momentum mekanik sehingga
membutuhkan medium untuk merambat
sebagai
interaksi
dengan
molekul17.
Perambatan gelombang ultrasonik yang
dihasilkan oleh peralatan ultrasonik dalam
medium gas, cair, dan tubuh manusia
disebabkan oleh getaran bolak-balik partikel
melewati titik kesetimbangan searah dengan
arah rambat gelombangnya18.
Karakteristik gelombang ultrasonik yang
melalui medium mengakibatkan getaran
partikel dengan medium amplitudo sejajar
dengan arah rambat secara longitudinal
sehingga menyebabkan partikel medium
membentuk rapatan (strain) dan regangan
(stress). Proses kontinu yang menyebabkan
terjadinya rapatan dan regangan di dalam
medium disebabkan oleh getaran partikel
secara periodik selama gelombang ultrasonik
melaluinya19.
Aplikasi gelombang ultrasonik yang
terpenting adalah pemanfaatannya dalam
menimbulkan efek kavitasi akustik. Efek ini
akan digunakan dalam pembuatan bahan
berukuran nano dengan metode emulsifikasi20.
Ketika gelombang ultrasonik menjalar pada
fluida, terjadi siklus rapatan dan regangan. Hal
ini disebabkan oleh karakteristik gelombang
ultrasonik
yang
melaui
medium
mengakibatkan getaran partikel secara
periodik dengan medium amplitudo sejajar
dengan arah rambat secara longitudinal
sehingga menyebabkan partikel medium
membentuk rapatan dan regangan. Tekanan
negatif yang terjadi ketika regangan
menyebabkan molekul dalam fluida tertarik
dan
terbentuk
kehampaan,
kemudian
membentuk gelembung yang akan menyerap
energi dari gelombang suara sehingga dapat
memuai21. Gelembung berosilasi dalam siklus
rapatan dan regangan seperti yang ditunjukkan
oleh Gambar 6. Selama osilasi, sejumlah
energi berdifusi masuk atau keluar gelembung.

6

dengan penambahan
sebagai penstabil.

Gambar 6 Proses rapatan dan regangan osilasi
kavitasi21.
Energi yang masuk terjadi ketika regangan
dan keluar ketika rapatan dimana energi yang
keluar lebih kecil daripada energi yang masuk,
sehingga gelembung memuai sedikit demi
sedikit selama regangan kemudian menyusut
selama rapatan. Ukuran kritis gelembung ini
disebut ukuran resonan yang tergantung pada
fluida dan frekuensi suara. Dalam kondisi ini,
gelembung tidak dapat lagi menyerap energi
secara efisien. Tanpa energi input, gelembung
tidak dapat mempertahankan dirinya, fluida di
sekitarnya akan menekannya dan gelembung
akan mengalami ledakan hebat yang
menghasilkan tekanan sangat besar hingga
dianalogikan dengan tekanan di dasar lautan
dan suhu yang sangat tinggi dianalogikan
dengan suhu pada permukaan matahari.
Ledakan gelembung tersebut menaikkan
temperatur lokal hingga 5000 K dan tekanan
1000 atm. Kondisi ekstrim tersebut
menyebabkan terjadinya pemutusan ikatan
kimia. Gelembung inilah yang disebut sebagai
gelembung kavitasi21.
Fenomena kavitasi ini terjadi pada satu titik
dalam fluida. Tekanan dalam kavitasi diubah
menjadi panas dengan sangat cepat, sedangkan
fluida di sekitar kavitasi memiliki suhu yang
jauh lebih rendah. Ketika panas dilepaskan saat
kavitasi pecah, fluida di sekitarnya dengan
sangat cepat mendingin dalam waktu kurang
dari mikrosekon. Pemanasan dan pendinginan
dalam waktu yang singkat ini memiliki
kecepatan perubahan suhu 109 0C s-1. Aliran
turbulen dan gelombang kejut akibat kavitasi
menyebabkan terjadinya tumbukan antar
partikel dan pemanasan lokal pada titik
tumbukan22.
Bentuk dan ukuran gelembung akan
mempengaruhi
bentuk
dan
ukuran
nanopartikel yang terbentuk. Gelombang kejut
dapat memisahkan penggumpalan partikel
(agglomeration) dan terjadi dispersi sempurna

pengemulsi/surfaktan

PSA (Particle size analyzer)
Terdapat pula pengujian dengan metode
LAS (Laser diffaction) yang akhir-akhir ini
sering digunakan karena dinilai lebih akurat
dari metode analisa gambar dan metode ayakan
terutama untuk partikel berukuran nano23.
Contoh alat yang menggunakan metode
LAS adalah PSA (Particle size analyzer). Alat
ini menggunakan prinsip DLS (Dynamic light
scattering). Metode LAS bisa dibagi dalam
dua metode:
- Metode basah, menggunakan media
pendispersi untuk mendispersikan
material uji.
- Metode kering, memanfaatkan udara
atau aliran udara untuk melarutkan
partikel dan membawanya ke sensing
zone. Metode ini baik digunakan untuk
ukuran yang kasar, dimana hubungan
antar partikel lemah dan kemungkinan
untuk beraglomerasi kecil23.
Gerak Brown adalah gerakan partikelpartikel koloid yang senantiasa bergerak lurus
tapi tidak menentu (gerak acak/tidak
beraturan). Jika kita amati koloid di bawah
mikroskop ultra, maka kita akan melihat
bahwa partikel-partikel tersebut akan bergerak
membentuk zig-zag. Pergerakan zig-zag ini
dinamakan gerak Brown24.
Gerakan tersebut dapat bersifat acak seperti
pada zat cair dan gas, atau hanya bervibrasi di
tempat seperti pada zat padat. Untuk koloid
dengan medium pendispersi zat cair atau gas,
pergerakan
partikel-partikel
akan
menghasilkan tumbukan dengan partikelpartikel koloid itu sendiri. Tumbukan tersebut
berlangsung dari segala arah. Oleh karena
ukuran partikel cukup kecil, maka tumbukan
yang terjadi cenderung tidak seimbang.
Sehingga terdapat suatu resultan tumbukan
yang menyebabkan perubahan arah gerak
partikel sehingga terjadi gerak zig-zag atau
gerak Brown. Semakin kecil ukuran partikel
koloid, semakin cepat gerak Brown terjadi.
Demikian pula, semakin besar ukuran partikel
koloid, semakin lambat gerak Brown yang
terjadi. Hal ini menjelaskan mengapa gerak
Brown sulit diamati dalam larutan dan tidak
ditemukan dalam zat padat (suspensi). Gerak
Brown juga dipengaruhi oleh suhu. Semakin
tinggi suhu sistem koloid, maka semakin besar
energi kinetik yang dimiliki partikel-partikel
medium pendispersinya. Akibatnya, gerak
Brown
dari
partikel-partikel
fase
terdispersinya semakin cepat. Demikian pula

7

sebaliknya, semakin rendah suhu sistem
koloid, maka gerak Brown semakin lambat24.
Kerapatan
Kerapatan sering didefinisikan dengan
perbandingan massa dengan volume dari bahan
sampel. Pada material berbentuk serbuk seperti
tepung, pasir, kapur, semen, dan sebagainya
kurang akurat jika kerapatannya ditentukan
dengan menimbang massa dan mengukur
volume yang dibentuknya secara langsung.
Karena kemungkinan ada celah-celah di antara
butiran-butirannya yang ditempati udara.
Pengukuran
akan
lebih
akurat
jika
menggunakan piknometer.
Piknometer (Gambar 7) adalah suatu alat
yang dibuat dari kaca, bentuknya menyerupai
botol parfum atau sejenisnya. Piknometer
digunakan untuk mengukur massa jenis atau
kerapatan fluida. Piknometer memiliki tiga
bagian yaitu tutup piknometer untuk
mempertahankan suhu di dalam piknometer,
lubang dan gelas atau tabung ukur untuk
mengukur volume cairan yang dimasukkan
dalam piknometer. Besar kerapatannya
ditentukan dengan rumus :
(1)
Keterangan :
- m1 = massa piknometer kosong beserta
tutupnya.
- m2 = massa piknometer penuh akuades
beserta tutupnya.
- m3 = massa piknometer berisi pasir
beserta tutupnya.
- m4 = massa piknometer berisi pasir dan
dipenuhi dengan akuades beserta
tutupnya.
XRD (X-ray diffraction)
Sinar X ditemukan pertama kali oleh
Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895.
Aplikasi Sinar X yang paling umum digunakan
dalam dunia kedokteran untuk pemeriksaan
organ dalam tanpa merusak. Sinar X juga dapat
digunakan untuk menghasilkan pola-pola
difraksi tertentu yang bisa dipakai untuk
menganalisis material baik secara kualitatif
atau kuantitatif. Hal ini sangat berguna bagi
berbagai macam bidang penelitian yang
menyangkut analisis material dan alat yang
biasa digunakan dalam aplikasi ini adalah
XRD.

Gambar 7 Piknomerter25.
Prinsip kerja XRD terdiri dari empat proses
yaitu produksi, difraksi, deteksi dan
interpretasi. Komponen yang terdapat dalam
alat XRD antara lain tabung sinar-X,
monokromator, detektor, dan lain-lain.
Pada tahap produksi, elektron yang
dihasilkan ketika filamen (katoda) dipanaskan
akan dipercepat akibat adanya perbedaan
tegangan antara filamen (katoda) dan logam
target (anoda) sehingga terjadi tumbukan
dengan logam target. Tumbukan antara
elektron yang dipercepat dengan logam target
akan menghasilkan radiasi sinar-X yang akan
keluar dari tabung sinar-X dan akan
berinteraksi dengan struktur ktistal dari
material yang akan diuji. Pada Gambar 8
diperlihatkan
tabung
sinar-X
yang
memproduksi radiasi sinar-X13.
Pada tahap difraksi, radiasi sinar-X yang
telah dihasilkan pada tabung sinar-X akan
berinteraksi dengan struktur kristal dari
material yang akan diuji. Material yang
dianalisis harus berada pada fase padat karena
kondisi atom-atomnya berada pada susunan
yang sangat teratur sehingga membentuk
bidang-bidang kristal. Ketika suatu berkas
sinar–X diarahkan pada bidang terutama
kristal, maka akan timbul pola-pola difraksi
saat sinar-X melewati celah-celah kecil
diantara bidang-bidang kristal (kisi antar atom)
tersebut. Gambar 9 menunjukkan proses
difraksi yang terjadi pada bidang kristal.
Pola-pola difraksi tersebut sebenarnya
menyerupai pola gelap-terang. Pola gelap
terbentuk ketika terjadi interferensi destruktif,
sedangkan pola terang terbentuk ketika terjadi
interferensi
konstruktif
dari
pantulan
gelombang sinar-X yang saling bertemu32.
Interferensi konstruktif mengikuti hukum
Bragg sebagai berikut :

8

METODE PENELITIAN

Gambar 8 Penampang melintang tabung sinar-

X13.

Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan bulan Januari November 2012 di beberapa tempat dan
Laboratorium.
Untuk
proses
milling
dilaksanakan di PAU IPB, proses shaker dan
ultrasonikasi dilaksanakan di Laboratorium
Biofisika Material Departemen Fisika FMIPA
IPB, pengujian PSA dilaksanakan di
Laboratorium Analisis Bahan Departemen
Fisika FMIPA IPB, pengukuran kerapatan
dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik
Departemen kimia FMIPA IPB dan untuk
pengujian XRD dilaksanakan di LITBANG
Kehutanan Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah serat rami, akuades dan
tween 80. Alat-alat yang digunakan dalam
penelitian ini adalah neraca analitik, gelas
kimia,
electromagnetic
stirrer,
electromagnetic shaker, hotplate, pipet
volumetrik, sudip dan termokopel.

Gambar 9 Difraksi sinar-X26.

θ

(2)

Keterangan :
- n = bilangan bulat yang disebut orde
pembiasan (1,2,3...)
= panjang gelombang (Angstroms)
- d = jarak antar bidang kristal
(Angstroms)
- θ = sudut difraksi
Pada
proses
deteksi,
interferensi
konstruktif radiasi sinar-X hasil difraksi
struktur kristal material yang diuji selanjutnya
akan dideteksi oleh detektor. Agar detektor
dapat mendeteksi interferensi konstruktif
radiasi sinar-X hasil difraksi struktur kristal
material yang diuji dengan tepat, posisinya
harus berada pada tepat pada arah sudut pantul
radiasi sinar-X tersebut13.
Pada proses interpretasi, interferensi
konstruktif sinar-X yang telah dideteksi oleh
detektor
selanjutnya
akan
diperkuat
gelombangnya
dengan
menggunakan
amplifier. Interferensi konstruktif radiasi sinarX terbaca secara spektroskopi sebagai puncakpuncak grafik yang ditampilkan oleh sebuah
software komputer. Dengan menganalisis
puncak-puncaknya, dapat diketahui struktur
kristal suatu material13.

Prosedur Penelitian
a. Persiapan sampel
Penelitian ini diawali dengan menggiling
serat rami yang telah didekortikasi dengan
mesin pen disk milling. Ukuran yang
dihasilkan dalam proses milling sekitar 40
mesh. Serat rami diayak (shaker) dengan
electromagnetic shaker menghasilkan variasi
ukuran dari yang paling besar hingga yang
paling kecil berurut dari ayakan paling atas.
Ukuran yang paling kecil (75 m) digunakan
ultrasonikasi untuk menghasilkan nanopartikel
serat rami.
b. Sintesis dan karakterisasi nanopartikel
serat rami
Serat rami yang telah diayak dengan
ukuran 75 µm ditimbang sebanyak 5 g tiap
sampel dan dibuat 13 sampel. Serat rami 5 g
dicampur dengan akuades 40 ml ke dalam
gelas ukur berukuran 100 ml dan dipanaskan
100 0C selama 2 jam dengan hotplate disertai
penggunaan electromagnetic stirrer 400 rpm.
Serat rami diultrasonikasi dengan 10 variasi
waktu dengan waktu awal 15 menit dan
seterusnya kelipatan 15 menit disertai
penambahan surfaktan tween 80 3%. Tiga
sampel
lainnya
diultrasonikasi
tanpa
penambahan surfaktan dengan variasi waktu
mengikuti 3 ukuran terbaik hasil variasi waktu
disertai penambahan surfaktan. Variasi waktu
sonikasi yang digunakan digambarkan pada
Tabel 4.

9

Tabel 4 Variasi waktu ultrasonikasi dan penambahan surfaktan
Variasi surfaktan
Waktu sonikasi (menit)
Surfaktan 3%
0 15 30 45 60 75 90 105 120
Surfaktan 0%
- 75 105
-

Karakteristik PSA dilakukan untuk
mengetahui sebaran ukuran dari serat rami
yang
telah
diultrasonikasi.
Pengujian
kerapatan dilakukan dengan alat piknometer
dilakukan untuk mengukur kerapatan dari
sampel serat rami yang telah diultrasonikasi.
Karakterisasi kristalografi dan struktur kristal
serat rami dilakukan untuk mengetahui apakah
sampel serat rami yang telah diultrasonikasi
masih
berupa
selulosa,
mengetahui
kristalinitas dan bentuk kristalnya.
Diagram Alir Penelitian
Mulai

Alat dan bahan
penelitian
Tidak

Siap?
Ya

Penggilingan menggunakan mesin pen disk milling
Shaker menggunakan electromagnetic shaker

Pemanasan disertai pengadukan menggunakan
electromagnetic stirrer (5 g serat rami, 40 ml
akuades, 1000 C)

Ultrasonikasi disertai
penggunaan surfaktan

Ultrasonikasi tanpa
penggunaan surfaktan

Pemanasan
Karakterisasi ukuran partikel dengan PSA
Karakterisasi densitas dengan piknometer
Karakterisasi kristalografi dengan XRD

Analisis

Penyusunan

Selesai

150
150

HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan dan Sintesis Sampel
Serat alam, salah satunya rami menjadi
komponen penting dalam komposit sebagai
filler pengganti serat sintetis karena selain
ramah lingkungan dan ketersediaan di alam
melimpah, potensi lain serat alam juga akan
terangkat sehingga nilai ekonominya bisa
semakin tinggi. Untuk lebih meningkatkan
kekuatannya, dilakukan modifikasi ukuran
serat rami mendekati ukuran nanometer.
Ukuran partikel filler yang kecil akan
meningkatkan kekuatan polimer dibanding
ukuran partikel yang besar. Ukuran partikel
mempunyai hubungan langsung dengan
permukaan per gram pengisi. Oleh sebab itu,
ukuran partikel filler yang kecil akan
memperluas permukaan (filler) sehingga
interaksi filler dan matriks polimer meningkat.
Interaksi tersebut mampu mereduksi mobilitas
polimer sehingga meningkatkan kekuatan
mekanik dari komposit. Semakin kecil ukuran
partikel, semakin tinggi interaksi antara filler
dan matriks27.
Metode yang dipilih untuk memperkecil
ukuran serat pada penelitian ini adalah metode
ultrasonikasi. Untuk mencapai ukuran
nanometer dengan ultrasonikasi, serat rami
harus mencapai ukuran kurang lebih 75 µm
agar ketika diultrasonikasi, partikel rami jadi
lebih mudah terpecah dan ukuran yang
didapatkan bisa lebih kecil. Untuk sampai pada
ukuran tersebut, serat rami menjalani
serangkaian proses. Serat rami yang
didatangkan langsung dari kabupaten Garut
dalam bentuk serat yang telah didekortikasi,
digiling menggunakan mesin milling dengan
ukuran 60 mesh. Hal ini bertujuan untuk
memperkecil dan menyeragamkan ukuran
serat. Menurut Gour (2010), pengurangan
ukuran
partikel
melalui
penggilingan
dijelaskan melalui tiga mekanisme kunci yaitu:
- Gesekan antar dua permukaan karena
tekanan yang dihasilkan melampaui
kekuatan inheren partikel sehingga
mengakibatkan patahan (frakturasi).
- Gaya
gesek
yang
dihasilkan
mengakibatkan pecahnya partikel
menjadi beberapa bagian.

10

-

Hasil Analisis PSA
Serat rami yang telah dihomogenisasi dan
berbentuk cair diultrasonikasi dengan
penambahan surfaktan tween 80 dengan
konsentrasi 3% dan 0% dihitung dari volume
larutan setelah dipanaskan dan distirring. Hal
ini dimaksudkan untuk melihat efektifitas dari
penggunaan surfaktan untuk mencegah
partikel serat rami bergabung kembali menjadi
partikel yang lebih besar dalam proses sonikasi
serat.
Metode ultrasonikasi dapat menimbulkan
efek kavitasi untuk memperkecil ukuran serat
rami. Semakin lama waktu sonikasi, ukuran
serat rami makin mengecil hingga mencapai
waktu optimum sonikasi dimana ikatan antar
molekul serat rami yang telah diultrasonikasi
melebihi waktu optimumnya, akan berada pada
batas elastisitasnya. Hal ini dapat dilihat pada
Gambar 11. Untuk serat rami dengan
penambahan surfaktan, pada Gambar 11
dengan garis berwarna biru, dari waktu
sonikasi 15 menit hingga 150 menit, ukuran
serat rami relatif mengalami penurunan dari
7500 nm ke 467.26 nm.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 10 Energi sonikasi.
8000
7000
ukuran partikel (nm)

Deagregasi terkait kolisi (tabrakan)
antar agregat pada laju diferensial yang
tinggi.
Karena ukuran serat masih sangat besar,
serat
rami
diayak
kembali
dengan
electromagnetic shaker dan ukuran yang
terkecil (75 µm), dipilih untuk dilakukan
proses selanjutnya.
Serat rami yang telah melewati proses
penggilingan (milling) dan pengayakan
(shaker), dicampurkan bersama akuades
dengan komposisi 5 g serat dan 40 ml akuades
untuk kemudian dipanaskan 100 0C selama dua
jam disertai proses stirring 400 rpm. Tujuan
dari proses ini adalah homogenisasi serat rami
dan akuades untuk mempermudah proses
kavitasi pada saat proses ultrasonikasi.
Metode ultrasonikasi dipilih karena metode
ini memiliki kelebihan dimana energi yang
bersumber
dari
gelombang
mekanik
berfrekuensi 20 kHz sangat besar sehingga
mampu memecah partikel rami menjadi orde
nanometer sedangkan energi yang dibutuhkan
untuk menghasilkan gelombang ultrasonik
relatif rendah jika dibandingkan dengan
metode sintesis nanopartikel melalui proses
pemanasan atau reaksi kimia (Gambar 10).
Disamping itu, dengan metode ultrasonikasi,
waktu yang dibutuhkan untuk memperkecil
ukuran partikel serat relatif lebih singkat
dibanding metode lainnya seperti HEM (High
energy milling).

6000
5000
4000
3000
2000

467,26

1000
0
0

50

294,68 229,04 467,79
100

150

200

waktu sonikasi (menit)
surfaktan

non-surfaktan

Gambar 11 Hubungan waktu sonikasi dan

ukuran serat rami.
Hanya pada sonikasi 120 menit, ukuran
serat rami kembali mengalami kenaikan.
Ukuran serat rami yang terkecil didapat dari
waktu sonikasi 105 menit yaitu sebesar 229.04
nm. Menurut Pinjari dan Panjit (2010),
besarnya energi sebanding dengan banyaknya
intensitas gelembung yang pecah saat kavitasi.
Maka dari itu semakin lama material selulosa
mengalami sonikasi, semakin besar destruksi
yang ditimbulkan akibat besarnya energi yang
dilepaskan. Itulah mengapa serat rami menjadi
lebih kecil ukurannya seiring dengan
pertambahan waktu sonikasi.
Untuk serat rami tanpa disertai
penambahan surfaktan, hanya menggunakan
tiga sampel dengan variasi waktu ultrasonikasi
diambil dari tiga waktu sonikasi yang
menghasilkan ukuran serat terkecil disertai
penambahan surfaktan. Hal ini sekaligus
melihat fungsi surfaktan mempertahankan
ukuran serat rami untuk tidak bergabung
kembali menjadi lebih besar. Hasil
ultrasonikasinya dapat dilihat pada Gambar 11
ditandai dengan titik merah.
Ukuran terkecil berada pada waktu sonikasi
75 menit yaitu 294.68 nm sedangkan ukuran

11

Hasil Analisis Piknometer
Uji kerapatan dilakukan untuk mengukur
kerapatan serat rami. Benda yang memiliki
kerapatan lebih rendah akan menempati
volume yang lebih besar dengan jumlah massa
tertentu. Konsekuensinya, komposit yang
dihasilkan akan menjadi lebih ringan namun
memiliki kekuatan yang lebih baik karena
dengan massa
yang lebih kecil, bisa
menempati volume yang sama besar dengan
massa yang lebih besar dengan kerapatan yang
lebih tinggi. Hal ini tentunya lebih
menguntungkan dari segi ekonomi dimana
bahan yang dibutuhkan jadi lebih sedikit.
Untuk mengukur kerapatan dari suatu zat
dalam bentuk serbuk, diperlukan alat khusus

yaitu pik