sifat-sifat berharga dari polimer dengan gaya-gaya antar molekul biasa antara molekul- molekul yang mempunyai berat molekul sangat tinggi. Staudinger mengusulkan struktur
rantai linier dari paraformaldehida dan polistirena. Staudinger juga memperkenalkan istilah makromolekul. Sebenarnya, beberapa polimer alam yang termodifikasi telah
dikomersialkan. Sebagai contoh, selulosa nitrat Stevens,2001.
2.4. Selulosa
Jaringan berserat dalam dinding sel mengandung polisakarida selulosa. Polisakarida ini adalah polimer alam yang paling banyak terdapat dan paling tersebar
dialam. Jutaan ton selulosa digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu,tekstil, dan kertas. Sumber utama selulosa ialah kayu. Umumnya kayu mengandung sekitar 50
selulosa, bersama dengan penyusun lainnya, seperti lignin. Pemisahan selulosa dari kayu melibatkan pencernaan kayu dengan larutan belerang dioksida dan hidrogen sulfit
bisulfit dalam air pada proses sulfit, atau larutan natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam air pada proses sulfat proses kraft. Pada kedua proses ini lignin dilarutkan
sehingga di peroleh selulosa. Sumber lain selulosa ialah kapas, yang hampir seluruhnya memang selulosa Cowd, 1991.
Polisakarida memilki bobot molekul yang tinggi, yang digunakan baik untuk keperluan struktural maupun untuk penimbunan energi kimia. Karena hubungan kovalen
dasar antara satuan-satuan mono-m dalam suatu polisakarida adalah ikatan glikosida, maka polisakarida juga disebut glikan. Ada jarak yang maha luas dari variasi dalam
komponen dan sifat-sifat struktural dari polisakarida Page et al, 1985.
Universitas Sumatera Utara
Selulosa merupakan bahan dasar dari banyak produk teknologi kertas, film, serat dan sebagainya dan karena itu diisolasi terutama dari kayu. Selulosa terdiri atas unit-
unit anhidroglukopiranosa yang bersambung membentuk rantai molekul. Karena itu selulosa dapat dinyatakan sebagai polimer-linier glukan dengan struktur rantai yang
seragam.Unit-unit terikat dengan ikatan glikosidik-B-1,4. Dua unit glukosa yang berdekatan bersatu dengan mengeliminasi satu molekul air diantara gugus hidroksil
mereka pada karbon 1 dan karbon 4.Kedudukan –B dari gugus –OH pada C
1
membutuhkan pemutaran unit glukosa berikutnya melalui sumbu C
1
dan C
4
Meskipun terdapat gugus-gugus –OH pada kedua ujung rantai selulosa, gugus- gugus OH ini menunjukkan perilaku yang berbeda. Gugus C
cincin piranosa.
1
OH adalah gugus hidrat aldehidayang diturunkan dari pembentukan cincin melalui ikatan hemiasetal
intramolekul. Itulah sebabnya gugus –OH pada akhir C
4
pada rantai selulosa adalah hidroksil alkoholat hingga bersifat bukan preduksi Fengel et al,1999.
Selulosa memiliki beberapa turunan yaitu ester selulosa dan eter selulosa. Ester selulosa atau selulosa nitrat merupakan salah satu diantara polimer komersial yang
paling awal. Ini dikembangkan mula-mula selama abad ke-19 dan bahkan telah dipakai dalam pembuatan bahan-bahan peledak, film fotografik, lak, serat tekstil, dan beberapa
aplikasi pencetakan. Selulosa nitrat yang diplastisisasi dengan kamper dikenal dengan nama dagang Celluloid. Polimer ini juga dikenal sebagai nitroselulosa, tetapi ini suatu
misnomer, karena tidak mengandung gugus-gugus nitro. Selulosa nitrat dipreparasi dari selulosa dan asam nitrat, biasanya ketika hadir asam sulfat, meskipun asam fosfat atau
asetat bisa juga dipakai. Beberapa degradasi rantai biasanya terjadi selama pemrosesan, juga pembentukan beberapa ester sulfat, tetapi yang belakangan inibisa dihilangkan
melalui pemanasan yang lama dengan asam nitrat encer atau alkohol.
Ester selulosa dipreparasi melalui reaksi selulosa dengan basa selulosa alkali, kemudian mereaksikannya dengan suatu senyawa halogen atau epoksida. Metil sulfat
juga dipakai untuk mempreparasi metil eter. Beberapa eter selulosa yang mempunyai daya tarik adalah metil R=CH
3
, etil R=CH
2
CH
3
,
Universitas Sumatera Utara
hidroksipropil R=CH
2
CHOHCH
3
, karboksimetil R=CH
2
CO
2
H,amino –etil R=CH
2
CH
2
NH
2
dan benzil R=CH
2
C
6
H
5
. Etil selulosa paling banyak dipakai, terutama dalam aplikasi-aplikasi plastik yang mirip dengan aplikasi selulosa asetat.
Metilseluolsa dapat larut dalm beberapa perekat, tinta dan formulasi-formulasi pemrosesan akhir tekstil Stevens, 2001.
Beberapa karakteristik dari polisakarida tumbuh-tumbuhan ini, sejauh ini merupakan makromolekul yang paling berlimpah dialam, pada dinding sel tumbuh-
tumbuhan, selulosa terdapat dalam fibril terkemas padat tersemen bersama dalam suatu matriks yang terdiri dari tiga bahan polimerik lain: hemiselulosa, pektin, dan ekstensin.
Hemiselulosa merupakan suatu polmer dari aldopentosa D-silosa dalam suatu ikatan glokosidik 1,4 dengan rantai samping yang mengandung gula lain. Pektin, bersama
dengan gula, melengkapi karekteristik sifat gel dari jeli dan pengawet yang dibuat dari buah-buahan. Ekstensin merupakan suatu protein kaya dalam hidroksiprolin dan
berikatan secara kovalen dengan fibril selulosa Armstrong, 1995.
Payen merupakan orang pertama yang menyatakan komposisi dari selulosa pada tahun1838, dan menemukan bahwa selulosa terdiri dari atas 44 sampai 45 karbon, 6
sampai 6,5 hidrogen dan sisanya adalah oksigen. Berdasarkan data tersebut, maka disimpulkan rumus empirisnya adalah C
6
H
10
O
5
. Namun, Struktur makromolekul menyerupai rantai pada tahun 1920, sedangkan staudinger menyampaikan bukti akhir
dari polimer alam, molekul selulosa.
Selulosa merupakan substrat berserat yang terdapat pada struktur tanaman. Setiap molekul selulosa yang besar terdiri dari unit
β-D-Glukosa yang saling berikatan membentuk rantai panjang dengan
β-1,4 McMurry, 1992. Panjang dari molekul selulosa asli adalah 5000 nm sesuai dengan rantai dengan sekitar 10.000 unit
glukopiranosa. Dalam sel kayu, rantai selulosa linear disebut sebagai mikrofibril yaitu sekitar 3,5 x 10 nm. Baik selulosa linear maupun mikrofibril supermolekul memiliki
pengaruh yang dominan terhadap sifat material kayu.Sejumlah struktur untuk mikrofibril
Universitas Sumatera Utara
telah diusulkan.Model ini berbeda terutama dalam daerah amorf atau daerah penyusun kecil Gardner, 2008.
Agregasi molekul selulosa pada dinding sel kayu berperan terhadap sifat khas polimer.Untuk meningkatkan interaksi atau adhesi antarmuka selulosa dengan material
hidrofobik pelarut, maka dapat ditambahkan surfaktan atau melakukan modifikasi secara kimia terhadap permukaannya. Reaktivitas selulosa bergantung kepada
strukturnya. Untuk memodifikasi struktur selulosa, Kisi ikatan hidrogen harus dihancurkan dengan cara pembengkakan atau pemutusan. Bagian reaktif pada selulosa
yang dapat diderivatisasi adalah ketiga gugus hidroksil, yaitu: C-2, C-3, dan C-6. Gugus hidroksil pada C-6 adalah hidroksil primer, yang mempunyai posisi yang paling reaktif
untuk reaksi esterifikasi, sementara C-2 adalah lebih asam dibandingkan kedua gugus hidroksil sekunder dan merupakan sisi yang lebih reaktif untuk esterifikasi. Selulosa
memiliki afinitas yang kuat terhadap dirinya sendiri dan bahan yang mengandung hidroksil.Berdasarkan pada gugus fungsi hidroksil yang dominan, maka selulosa bersifat
reakstif dengan air.
Berdasarkan derajat polimerisasi DP dan kelarutan dalam senyawa natrium hidroksida NaOH 17,5 selulosa dapat dibedakan atas tiga jenis Sumada, 2011:
1. Alfa selulosa adalah selulosa berantai panjang, tidak larut dalam larutan NaOH 17,5 atau larutan basa kuat dengan DP derajat polimerisasi 600-1500.
Α-selulosa digunakan sebagai penduga atau penentu tingkat kemurnian selulosa. Selulosa dengan
derajat kemurnian α 92 memenuhi syarat untuk bahan baku utama pembuatan
propelan atau bahan peledak. Sedangkan selulosa kualitas dibawahnya digunakan sebagai bahan baku pada industri kertas dan industri kain serat rayon. Semakin
tinggi kadar alfa selulosa, semakin baik mutu bahannya. 2. Beta selulosa adalah selulosa berantai pendek, larut dalam NaOH 17,5 atau basa
kuat dengan DP 15-90, dapat mengendap bila dinetralkan. 3. Gama selulosa adalah selulosa berantai pendek, larut dalam larutan NaOH 17,5 atau
basa kuat dengan DP kurang dari 15, kandungan utamanya adalah hemiselulosa.
Universitas Sumatera Utara
Selulosa sangat stabil dalam berbagai pelarut dan hanya dapat dihancurkan dengan adanya asam kuat atau sistem pelarut dengan ikatan hidrogen yang kuat, biasanya basa
amina. Sifat termal selulosa yaitu temperatur transisi gelas selulosa dengan kisaran 200- 230
o
C Goring, 1963, yang dekat dengan suhu dekomposisi termal yaitu 260
o
C. Selulosa membentuk mikrofibril melalui ikatan inter dan intra molekuler sehingga
memberikan struktur yang dipecah. Mikrofibril selulosa terdiri dari dua 2 dua tipe, yaitu kristalin dan amorf.
2.5.Nanoselulosa
Nanoselulosa merupakan suatu serat selulosa yang memilki dimensi pada skala nanometer 0,2-100 nm. Serat nanoselulosa sebagai material penguat komposit menjadi
semakin menarik bagi peneliti dalam ilmu komposit karena bersifat ringan dan memiliki kekuatan yang tinggi. Nanoselulosa dapat dibuat dengan menggunakan proses fisika,
misalnya dengan penghomogenan atau penghapusan pada tekanan yang tinggi; atau secara kimia, misalnya hidrolisis asam Wang, 2006.
Nanoselulosa terdiri dari 4 empat tipe, yaitu:
a. Nanoselulosa bakteri, merupakan material berukuran nanometer yang diperoleh
