Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida
2
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
2
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Superabsorben
melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah
NIM G44090087
2
ABSTRAK
LESTARI AINUN MARDIYAH. Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi
Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida. Dibimbing oleh ZAINAL
ALIM MAS’UD dan M ANWAR NUR.
Onggok merupakan limbah industri pengolahan tapioka yang jumlahnya melimpah
di Indonesia. Onggok memiliki kandungan karbohidrat yang masih tinggi, terutama pati
dan glukosa, yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku superabsorben.
Penelitian ini telah membuat material superabsorben berbahan baku onggok yang
dimodifikasi melalui oksidasi, dilanjutkan dengan kopolimerisasi cangkok. Oksidasi
dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C2-C3 pada cincin
glukosa. Ragam konsentrasi NaIO4 (0.01, 0.05, dan 0.10 M), waktu oksidasi (15 dan 60
menit), dan larutan pencuci (akuades, metanol, dan aseton) diterapkan untuk
menghasilkan jumlah gugus aldehida (pemutusan ikatan C2-C3) yang optimum dan
ketahanan terbaik produk terhadap mikrob. Kondisi oksidasi optimum ialah dengan
menggunakan NaIO4 0.05 M selama 1 jam dan dicuci dengan aseton. Proses
kopolimerisasi cangkok dilakukan dengan menggunakan akrilamida, metilena-bisakrilamida, dan amonium persulfat. Produk kopolimerisasi selanjutnya disaponifikasi
untuk meningkatkan kapasitas serap airnya. Hasil uji menunjukkan bahwa superabsorben
dapat membengkak hingga lebih dari 400 kali bobotnya dalam akuades. Namun, kapasitas
tersebut menurun dalam larutan garam serta larutan asam dan basa.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT
LESTARI AINUN MARDIYAH. Synthesis of Superabsorbent through Grafting
Copolymerization Acrylamide on Onggok Dialdehyde. Supervised by ZAINAL
ALIM MAS’UD and M ANWAR NUR.
Cassava waste pulp (onggok) from the tapioca industry is abundant in Indonesia.
Cassava waste pulp still has relatively high carbohydrate content, mainly starch and
glucose, which is potencial to be utilized as superabsorbent raw material. The goal of this
work was to synthesize superabsorbent material from cassava waste pulp through
oxidation followed by graft copolymerization. The oxidation was carried out with sodium
periodate (NaIO4) to break the C2-C3 bond in the glucose ring. Various concentration of
NaIO4 solution (0.01, 0.05, and 0.10 M), oxidation time (15 and 60 min), and washing
solutions (distilled water, methanol, and acetone) were used to obtain the optimum
aldehyde group amount (the optimum C2-C3 bond cleavage) and the best products
resistance against microbes. Optimum oxidation were by conditions using 0.05 M NaIO4
in 1 hour and washed with acetone. Graft copolymerization process was performed by
using acrylamide, methylene-bis-acrylamide, and ammonium persulfate. The
copolymerization products were then saponified to increase the water absorption capacity.
The test result showed that the superabsorbent could swell up to 400 times of their
original weight in distilled water. However, the capacities were decreased in salt solution
as well as in acid and basic solutions.
Key words: acrylamide, copolymerization, onggok, oxidation, superabsorbent
3
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
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
2
Judul Skripsi : Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan
Akrilamida pada Onggok Dialdehida
Nama
: Lestari Ainun Mardiyah
NIM
: G44090087
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 Ir Tun Tedja Irawadi, MS
Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus:
2
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
karya ilmiah dengan judul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi
Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida bertempat di Laboratorium
Terpadu IPB. Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW
beserta keluarga, sahabat, dan pengikut-Nya yang tetap berada di jalan-Nya
hingga akhir zaman.
Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan
kerja sama yang telah diberikan oleh Bapak Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku
pembimbing I, Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc selaku pembimbing
II. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak M. Khotib M.Si, Bapak
M. Farid M.Si, Bapak Dr Komar Sutriah, Bapak Drs Ahmad Sjahreza, Bapak
Budi Arifin M.Si, Ibu Prof Tun Tedja Irawadi MS, Ibu Dr Henny Purwaningsih
M.Si dan seluruh staf Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor atas
bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Terima kasih tak terhingga
penulis sampaikan kepada seluruh keluarga terutama Ayah, Mamah, adikku, dan
seluruh teman Kimia 46 atas dukungan dan doanya. Selain itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada sahabatku Shinta Dewi PS dan teman-teman
penelitian (Ka Bekti, Ka Yono, Ka Dhail, Ka Baim, Ka Rita, Ka Indah, Ka Sarah,
Febri, Mia, Tama, Rahma, Noni, Tati, Rahmi, Denar, Agy, dan Fahmi) di
Laboratorium Terpadu IPB atas doa dan semangatnya yang telah membantu
dalam penyelesaian karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat
menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca
umumnya.
Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah
3
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
1
BAHAN DAN METODE
2
Alat dan Bahan
2
Metode
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil Oksidasi Onggok
4
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
6
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
8
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
11
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
20
4
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Spektrum FTIR onggok sebelum dan setelah dioksidasi
5
Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum 7
dan setelah saponifikasi
Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu
8
Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi 9
konsentrasi
Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH
10
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Bagan alir penelitian
Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi
polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
Daya serap air SAP berbahan baku onggok yang dioksidasi dan
dikopolimerisasi sebelum dan setelah disaponifikasi
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam akuades dengan variasi waktu
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan garam selama 24 jam
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
12
13
16
17
18
19
1
PENDAHULUAN
Singkong merupakan salah satu tanaman pangan di Indonesia yang
produksinya pada tahun 2012 mencapai 24.2 juta ton (BPS 2012). Singkong
memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Saat ini,
pemanfaatan singkong sebagai produk industri lebih banyak dalam bentuk tepung
tapioka atau produk makanan ringan. Beberapa industri juga mengolah singkong
untuk menghasilkan produk turunan berupa sorbitol yang salah satunya
dibutuhkan sebagai bahan baku dalam produksi vitamin C.
Pengolahan singkong menjadi produk turunan umumnya menghasilkan
produk samping berupa limbah padat (onggok) dalam jumlah besar. Dalam
industri pembuatan tepung tapioka, jumlahnya dapat mencapai lebih dari 10%.
Supriyadi (2009) menyebutkan bahwa untuk setiap 1 ton singkong dapat diperoleh
114 kg onggok. Selama ini onggok baru digunakan sebagai bahan baku pakan
ternak, antinyamuk bakar, dan campuran saus sambal. Berdasarkan
kandungannya, onggok memiliki potensi untuk dibuat menjadi produk dengan
nilai tambah yang lebih tinggi. Pada dasarnya, kandungan terbesar dalam onggok
ialah senyawa karbohidrat terutama pati dan glukosa. Komponen tersebut
memiliki kandungan gugus hidroksil yang tinggi dan telah dimodifikasi untuk
tujuan lain, salah satunya untuk membentuk material superabsorben. Akan tetapi,
belum ada penelitian sebelumnya menggunakan proses oksidasi sebagai bentuk
modifikasinya.
Superabsorben adalah suatu material yang memiliki kemampuan dasar
menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali bobotnya (Zhang et al.
2007). Material superabsorben yang berupa polimer memiliki gugus hidrofilik
yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah cairan, serta
mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Polimer
superabsorben (SAP) pada hakikatnya adalah polimer bertautan-silang yang
mampu menyerap air ratusan kali bobot keringnya, tetapi tidak larut dalam air
karena terdapat struktur 3 dimensi pada jaringan polimernya.
Ciri khas SAP tersebut membuat material ini mempunyai cakupan aplikasi
yang relatif luas, antara lain dapat digunakan untuk popok bayi, wadah penyimpan
air di daerah kering/pertanian, sumber air pada tanaman holtikultura, pengantar
obat, detoksifikasi limbah minyak, dan penyerap zat warna (Erizal 2009). Namun,
kebanyakan SAP yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang
rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak
dikembangkan penelitian pembuatan SAP yang teruraikan secara alami berbahan
dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010).
Polimer superabsorben dapat disintesis dengan kopolimerisasi
pencangkokan untuk memodifikasi karbohidrat. Salah satu SAP yang telah dibuat
dari sumber karbohidrat adalah kopolimer antara pati dan akrilamida yang
disintesis menggunakan amonium persulfat dan N,N’-metilena bis-akrilamida
sebagai penaut-silang (Lanthong et al. 2006). Modifikasi polisakarida dalam
onggok tapioka dengan kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan
monomer akrilamida telah dilakukan oleh Teli dan Waghmare (2009).
Kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang diharapkan menghasilkan
polimer yang memilki daya serap air tinggi.
2
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari bahan baku onggok yang
dimodifikasi. Modifikasi onggok dilakukan dalam 2 tahap (Lampiran 1), yaitu
oksidasi dan kopolimerisasi. Oksidasi onggok dilakukan dengan natrium periodat
(NaIO4) untuk memutus ikatan C–C yang mengikat gugus OH visinal dan
mengubah kedua gugus tersebut menjadi gugus aldehida. Hasil oksidasi onggok
selanjutnya akan dicangkok melalui kopolimerisasi. Oksidasi pada onggok
diharapkan dapat menambah tapak aktif dalam reaksi kopolimerisasi sehingga
dapat meningkatkan daya serap air secara signifikan. Dalam penelitian ini,
akrilamida (AAm) dan penaut-silang metilena-bis-akrilamida (MBA) digunakan
untuk membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Hasil penelitian ini
memberikan informasi mengenai kapasitas serap air, kapasitas serap dalam larutan
garam, dan kapasitas serap pada berbagai nilai pH dari SAP berbahan baku
onggok yang dimodifikasi tersebut.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alatalat kaca, motor pengaduk, alat penghalus/penggiling, shaker, hot plate. Bahanbahan yang digunakan adalah onggok tapioka yang telah dicuci dan dikeringkan,
HCl, NaIO4, NaOH, air suling, metilena-bis-akrilamida (MBA), akrilamida
(AAm), amonium persulfat (APS), dan gas N2. Penelitian dilaksanakan di
Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang, Bogor pada bulan Maret
hingga Agustus 2013.
Metode
Preparasi Sampel Onggok
Onggok dicuci dan dikeringkan di bawah sinar matahari, kemudian
dihaluskan dan diayak 100 mesh.
Oksidasi Onggok (Margutti et al 2002)
Sebanyak 10 g sampel onggok hasil preparasi ditimbang. Sementara itu,
disiapkan 1000 mL larutan natrium periodat (NaIO4) dengan variasi konsentrasi
0.01, 0.05, dan 0.10 M. Reaksi oksidasi dilakukan pada suhu 25 ⁰C. Sampel
onggok dimasukkan ke dalam wadah yang terisolasi dari cahaya, kemudian
ditambahkan larutan NaIO4 dan diaduk dengan variasi waktu 15 dan 60 menit.
Sampel hasil oksidasi kemudian dibilas dengan akuades hingga air bilasannya
netral. Sampel dikeringkan dan disimpan di tempat yang tidak terkena cahaya
langsung.
3
Penentuan Gugus Karbonil (Sangseethong et al. 2010)
Sekitar 0.2 g sampel disuspensikan ke dalam 100 mL air distilasi. Suspensi
digelatinisasi dengan penangas air selama 20 menit pada suhu 80 oC, didinginkan
pada suhu 40 oC dan pH disesuaikan menjadi 3.2 dengan penambahan HCl 0.1 M.
Kemudian 15 mL reagen hidroksilamina ditambahkan (reagen dibuat dengan
melarutkan 25 g hidroksilamina hidroklorida dalam 100 mL NaOH 0.5 M). Labu
ditempatkan pada penangas air dengan suhu 40 oC selama 4 jam. Sampel dengan
cepat dititrasi dengan HCl 0.1 M sampai pH menjadi 3.2. Penentuan blangko
hanya menggunakan reagen hidroksilamina dengan cara yang sama. Jumlah
karbonil (% b/b) dalam produk dihitung dengan menggunakan persamaan
Jumlah karbonil
titran blangko
sampel mL
HCl
bobot sampel g
.
8
Pencangkokan-Penautan-Silang Kopolimer Superabsorben (modifikasi
Liang et al. 2009)
Onggok yang telah disaring 100 mesh ditimbang sebanyak 7.5 g dan
ditambahkan akuades 150 mL hingga berbentuk bubur di dalam labu leher tiga
yang telah dilengkapi dengan kondensor. Suspensi diaduk dengan pengaduk putar
200 rpm kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas mantel pemanas dan
campuran dipanaskan pada suhu 90–95 ºC selama 30 menit sambil dialiri gas
nitrogen. Setelah itu, suhu campuran diturunkan hingga 60–65 ºC. Sebanyak 250
mg inisiator APS dalam 10 mL akuades dimasukkan ke dalam labu leher tiga
tersebut dan diaduk selama 15 menit. Selanjutnya, campuran 22.5 g akrilamida
dan 25 mg MBA yang dilarutkan dengan akuades hingga volume 200 mL
ditambahkan sedikit demi sedikit. Setelah selesai, suhu reaksi dinaikkan menjadi
70 ºC selama 3 jam. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, lalu direfluks
dengan aseton selama 1 jam. Setelah dikeringkan pada suhu 60 oC hingga
bobotnya konstan, produk kering digiling dan disaring hingga terbentuk partikel
kecil berukuran 80–100 mesh.
Saponifikasi (Nakason et al. 2010)
Sebanyak 40 g kopolimer ditambahkan 100 mL NaOH 1 M dan 100 mL
akuades, lalu dipanaskan pada suhu 90 ºC selama 30 menit. Setelah dinetralkan
dengan penambahan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan dipresipitasi dengan
metanol dan etanol. Kopolimer tersaponifikasi dikeringkan pada suhu 60 ºC,
kemudian digiling dan dihaluskan hingga lolos ayakan 80 mesh.
Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Zhang et al. 2007)
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL akuades pada suhu
ruang dengan variasi waktu perendaman 5, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 480, dan 960
menit. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari air yang tidak terserap dan
ditimbang kembali (W1). Kapasitas serap air dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
4
Uji Kapasitas Serap Larutan Garam
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan garam
NaCl dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.50, dan 1.00
M pada suhu ruang selama 24 jam. Sampel yang telah mengembang dipisahkan
dari larutan garam yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas
absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
Uji Kapasitas Serap pada Berbagai Nilai pH
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan dengan
berbagai nilai pH pada suhu ruang selama 24 jam. Kisaran pH yang digunakan
ialah 2 hingga 13. Larutan untuk pengaturan pH dibuat dari larutan baku NaOH
dan HCl dengan konsentrasi yang disesuaikan dengan larutan yang akan dibuat.
Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan yang tidak terserap dan
ditimbang kembali (W1). Kapasitas absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
Pencirian Kopolimer Superabsorben
Kopolimer superabsorben onggok-akrilamida dicirikan untuk menentukan
perubahan sifat fisik dan kimianya. Kapasitas serap air ditentukan dan serapan
gugus fungsi diamati dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier
(FTIR).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
Perlakuan pendahuluan dengan mengoksidasi onggok bertujuan memutus
ikatan antara C2 dan C3 pada polisakarida sebagai akibat teroksidasinya gugus
OH visinal. Oksidasi ini akan mengubah gugus –OH visinal menjadi gugus
aldehida. Hal ini dapat dibuktikan dengan spektrum FTIR pada Gambar 1.
Terbentuknya gugus aldehida ditunjukkan oleh munculnya puncak serapan pada
bilangan gelombang 1732 cm-1. Puncak serapan lainnya dalam spektrum FTIR
hasil oksidasi onggok tidak menunjukkan perbedaan dengan onggok sebelum
oksidasi.
5
Gambar 1 Spektrum FTIR onggok sebelum (–) dan setelah dioksidasi (–)
Ragam konsentrasi oksidator (NaIO4), waktu oksidasi, dan larutan pencuci
diujikan untuk optimisasi tahapan oksidasi onggok ini. Konsentrasi oksidator yang
digunakan ialah 0.01, 0.05, dan 0.10 M; larutan pencuci yang digunakan ialah
akuades, aseton, dan metanol; dengan variasi waktu 15 dan 60 menit. Hasil
optimum dalam tahapan ini dipilih berdasarkan jumlah gugus karbonil (aldehida
yang terbentuk), ketahanan sampel, dan efisiensi bahan. Jumlah gugus aldehida
ditentukan menggunakan metode Sangseethong et al. (2010).
Hasil penentuan jumlah gugus karbonil pada Tabel memperlihatkan bahwa
hasil oksidasi terbaik diperoleh dengan konsentrasi oksidator 0.05 dan 0.10 M
dengan waktu oksidasi 60 menit dan pembilas akhir yang digunakan ialah aseton
dan akuades. Jumlah gugus aldehida yang terbentuk pada 2 konsentrasi tersebut
tidak berbeda signifikan sehingga dipilih konsentrasi periodat 0.05 M sebagai
konsentrasi optimum. Aseton dipilih sebagai larutan pencuci yang optimum
karena sampel hasil oksidasi akan memiliki ketahanan yang lebih baik.
Penggunaan larutan pencuci akuades dapat menyebabkan timbulnya mikrob pada
sampel sehingga mutunya akan berkurang. Keberadaan gugus aldehida sebagai
akibat teroksidasinya onggok diharapkan mampu menambah tapak aktif dalam
reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang.
6
Tabel
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Hasil uji kadar karbonil dengan variasi konsentrasi oksidator, waktu
oksidasi, dan larutan pencuci
[Periodat] Waktu oksidasi
Gugus aldehida
Larutan Pencuci
(M)
(menit)
(% b/b)
0.01
15
Akuades
5.05
0.05
15
Akuades
7.56
0.10
15
Akuades
8.45
0.01
60
Metanol
5.56
0.05
60
Metanol
Tidak teridentifikasi
0.10
60
Metanol
Tidak teridentifikasi
0.01
60
Aseton
7.66
0.05
60
Aseton
13.69
0.10
60
Aseton
14.16
0.01
60
Akuades
6.26
0.05
60
Akuades
15.67
0.10
60
Akuades
16.92
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
Onggok digunakan sebagai kerangka utama dalam kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang dengan akrilamida sebagai monomer, APS
sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut-silang. Reaksi yang terjadi
ditunjukkan pada Lampiran 2. Kondisi reaksi kopolimerisasi yang digunakan
merupakan kondisi optimum yang telah dikaji dalam penelitian Amroni (2011).
Kopolimerisasi dilakukan dalam kondisi gas nitrogen yang berfungsi
menghilangkan oksigen dari sistem reaksi sehingga meminimumkan radikal
peroksida yang dapat membentuk homopolimer dan menghambat reaksi
kopolimerisasi (Kurniadi 2010). Suhu kopolimerisasi yang digunakan ialah 70 oC
yang telah dilaporkan oleh Lanthong et al. (2006) dan Li et al. (2007).
Tahap awal reaksi kopolimerisasi cangkok dan taut-silang melibatkan
pembentukan radikal inisiator APS (NH4SO4·) yang akan terbentuk dalam media
larutan pada suhu 60–65 °C (Liang et al. 2009). Radikal APS akan menyerang
gugus hidroksil yang terikat di atom C6 dan gugus aldehida pada atom C2 dan C3
pada pati. Pembentukan radikal pati ini menjadi tahap inisiasi reaksi. Radikal pati
selanjutnya akan bereaksi dengan monomer akrilamida (AAm) membentuk
radikal makromolekul lainnya. Tahap propagasi dimulai saat radikal
makromolekul tersebut bereaksi dengan monomer AAm kedua. Pada tahap
terminasi, radikal tersebut akan bereaksi dengan radikal makromolekul lainnya
dan penaut-silang MBA membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Lebih
banyaknya tapak radikal reaktif yang terbentuk akibat adanya gugus aldehida pada
onggok teroksidasi diharapkan dapat meningkatkan jumlah rantai monomer yang
tercangkok dan taut-silang sehingga kopolimer hasil pencangkokan dan tautsilang dapat menyerap air lebih banyak dibandingkan dengan kopolimer tanpa
perlakuan oksidasi sebelumnya.
Produk kopolimerisasi dicuci dengan metanol untuk mengikat air dalam
produk serta direfluks dengan aseton untuk menghilangkan homopolimer.
Pengukuran daya serap air sebelum dan setelah saponifikasi memperlihatkan
7
kenaikan yang signifikan (Lampiran 3). Daya serap air sebelum saponifikasi untuk
ulangan 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut 20.10, 22.12, 21.28, 20.62, dan 20.50 g/g,
sedangkan setelah saponifikasi berturut-turut 417.53, 413.50, 390.49, 416.38, dan
471.91 g/g. Peningkatan daya serap air ini erat hubungannya dengan pembentukan
muatan dalam sistem polimer akibat pengubahan gugus amida (-COONH2)
menjadi asam karboksilat (-COOH) dan anionnya (-COO–) (Teli dan Waghmare
2009). Hasil saponifikasi memiliki daya pembengkakan yang lebih besar, hal ini
sesuai dengan yang telah dilakukan oleh Li et al. (2006) dan Nakason et al.
(2010).
Hasil pencangkokan juga dianalisis dengan spektrofotometer FTIR untuk
menentukan telah terbentuknya SAP dan telah berlangsungnya saponifikasi
(Gambar 2). Pita serapan pada bilangan gelombang 3186 dan 3278 cm-1 diduga
berasal dari vibrasi ulur gugus amida dan pada 1450 cm-1 dari vibrasi tekuk N–H
amida. Keberadaan vibrasi gugus amida mengindikasikan bahwa SAP onggokpoliakrilamida telah berhasil dibentuk.
Gambar 2 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum
(–) dan setelah saponifikasi (–)
Sementara keberhasilan saponifikasi ditunjukkan oleh pita serapan pada
bilangan gelombang 2781–2931 cm-1 yang berasal dari vibrasi ulur gugus karbonil
simetrik dan pada 1550 cm-1 yang mengindikasikan adanya anion karboksilat.
Menurut Zhang et al. (2006), puncak serapan khas untuk SAP yang telah
tersaponifikasi adalah serapan anion karboksilat pada bilangan gelombang 1565
cm-1 (ulur asimetrik COO–) dan 1407 cm-1 (ulur simetrik COO–). Selanjutnya,
keberhasilan pembuatan SAP diperiksa melalui uji pengembangan dalam akuades,
dalam larutan garam, dan dalam larutan dengan berbagai nilai pH.
8
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
Produk SAP diuji kapasitas serap airnya dalam akuades, larutan garam, serta
larutan asam dan basa dengan berbagai nilai pH. Kapasitas serap air produk SAP
disebabkan oleh adanya interaksi ikatan hidrogen antara molekul air dan gugusgugus fungsi dalam SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi. Selain itu,
ruang dalam struktur 3 dimensi SAP memungkinkan air untuk dapat terperangkap
di dalamnya.
Kapasitas serap air SAP ditunjukkan oleh nilai swelling (pembengkakan)nya. Alur nilai pembengkakan SAP di dalam akuades terhadap waktu ditunjukkan
pada Gambar 4. Terlihat bahwa semakin lama waktu perendaman, jumlah air yang
terserap semakin banyak dan bobot SAP meningkat (Lampiran 4). Bobot SAP
setelah direndam dalam akuades selama 24 jam menunjukkan peningkatan hingga
400 kali dari bobot awalnya. Setelah 24 jam, pembengkakan SAP belum
menunjukkan nilai yang konstan. Hal ini berarti bahwa SAP masih memiliki
kemampuan menyerap air lebih banyak lagi.
450
Pembengkakan (kali)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
5
10
20
30
60
120
240
480
960 1440
Waktu (menit)
Gambar 3 Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu
Bila dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air pada penelitian Amroni
(2011), hasil penelitian ini masih lebih kecil. Amroni (2011) melaporkan bahwa
SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan akrilamida tanpa
didahului oksidasi dapat menyerap air hingga sekitar 1000 kali bobot awalnya.
Dalam penelitian lain, kapasitas serap air SAP berbahan baku onggok yang
dikopolimerisasi dengan asam akrilat tanpa didahului oksidasi mencapai sekitar
600 kali bobot awalnya (Fitriyanto 2013). Nilai kapasitas serap yang lebih kecil
dalam penelitian ini dapat disebabkan oleh menurunnya polaritas SAP akibat
oksidasi gugus –OH pada C2 dan C3 yang menghasilkan gugus aldehida. Selain
itu, kemungkinan terjadinya pemutusan rantai polimer pati akibat oksidasi juga
dapat menjadi faktor menurunnya kapasitas serap air SAP yang terbentuk.
Pengujian SAP dalam larutan garam NaCl menunjukkan penurunan
kapasitas serap air dengan meningkatnya konsentrasi NaCl (Gambar 5). Selain itu,
9
jika dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air dalam akuades, kapasitas serap
air dalam larutan garam lebih kecil (Lampiran 5). Superabsorben yang direndam
dalam larutan garam 0.01 M selama 24 jam hanya membengkak 116 kali. Hal ini
disebabkan oleh perbedaan tekanan osmotik yang lebih kecil (tidak terlalu
signifikan) antara SAP dan larutan luar akibat tolakan elektrostatik anion-anion.
Penurunan kapasitas serap air SAP dalam larutan garam juga ditunjukkan pada
penelitian Fitriyanto (2013).
450
Pembengkakan (kali)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
[NaCl] (M)
Gambar 4
Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi
konsentrasi
Sama halnya dengan dalam larutan garam, kapasitas serap air SAP dalam
larutan asam dan basa juga menunjukkan nilai yang lebih kecil (Lampiran 6)
dibandingkan dengan dalam akuades (Gambar 6). Daya serap mencapai nilai
optimum pada larutan dengan pH 6, yaitu dengan nilai pembengkakan hingga
lebih dari 400 kali. Hasil ini sesuai dengan nilai pembengkakan SAP yang
direndam dalam akuades karena pH akuades juga 6. Dalam media asam,
kebanyakan gugus karboksilat terprotonasi. Hal ini menurunkan tolakan antar
gugus anionik sehingga rantai polimer sulit untuk mengembang. Dalam media
basa, adanya ion Na yang berlebih juga mengurangi kemampuan pembengkakan
dan menurunkan tolakan anion-anion karboksilat. Hal yang sama juga ditunjukkan
oleh SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat
(Fitriyanto 2013), yang menghasilkan nilai optimum dalam larutan dengan pH
6.65.
10
pembengkakan (kali)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
Gambar 5 Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH
Secara keseluruhan, hasil kopolimerisasi cangkok dan taut-silang pada
onggok hasil oksidasi berbeda dengan pada onggok tanpa modifikasi, terutama
dilihat dari daya pembengkakannya. Onggok hasil oksidasi memiliki daya
pembengkakan yang lebih kecil disebabkan gugus hidroksil C2 dan C3 pada
onggok telah berubah menjadi aldehida. Gugus aldehida memiliki kepolaran yang
lebih rendah daripada gugus hidroksil sehingga interaksi dengan molekul air
cenderung lebih sedikit yang pada akhirnya menyebabkan air yang terikat atau
terserap hanya sedikit.
SIMPULAN DAN SARAN
Polimer superabsorben (SAP) onggok dialdehida-g-poliakrilamida telah
berhasil disintesis melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada
onggok teroksidasi dengan monomer akrilamida, penaut-silang metilena bisakrilamida, dan inisiator amonium peroksidisulfat. Onggok dialdehida terbaik
dihasilkan dari oksidasi onggok dengan NaIO4 0.05 M selama 1 jam
menggunakan aseton sebagai pembilas akhir. Kadar karbonil dalam onggok
dialdehida tersebut sebesar 13.69%. Nilai kapasitas serap air SAP setelah 24 jam
sebesar 417.53 g/g. Perlakuan oksidasi tidak dapat meningkatkan kapasitas serap
air secara signifikan. Kapasitas serap air tersebut juga menurun pada larutan
garam dan larutan dengan berbagai nilai pH. Terbentuknya onggok dialdehida
serta kopolimer cangkok dan taut-silang telah ditunjukkan oleh spektrum FTIR.
11
DAFTAR PUSTAKA
Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Industrial Indonesia 2012. Jakarta
(ID): BPS.
Erizal. 2009. Synthesis and characterization of crosslinked polyacrylamidecarrageenan hydrogels superbasorbent prepared by gamma radiation.
Indones J Chem. 10(1):12-19.
Fitriyanto EB. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Lanthong P, Nuisin R, Kiatkamjornwong S. 2006. Graft copolymerization,
characterization and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic
acid super-absorbents. Carbohydr Polym. 66:229-245.
Li A, Zhang J, Wang A. 2007. Utilization of starch and clay for preparation of
superabsorbent composite. J Res Tech. 98:327-332.
Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic
acid) superabsorbent composite and release of urea from it. Carbohydr
Polym. 77:181-187
Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre AL.
2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on
cellulose. Polymer. 6183-6194
Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of
cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated
composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357.
Sangseethong K, Termvejsatanona N, Shirothb K. 2010. Characterization of
physicochemical properties of hypochlorite and peroxide oxidized cassava
starches. Carbohydr Polym. 82:446-453
Supriyadi. 2009. Onggok untuk bahan pakan. Poultry Indonesia [Internet].
[diunduh 2013 Mar 25]. Tersedia pada http://www .poultry Indonesia.com.
Teli MD, Waghmare NG. 2009. Synthesis of superabsorbent from carbohydrate
waste. Carbohydr Polym. 78:492-496.
Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI.
Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate
graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym.
65(2):150–158.
Zhang J, Wang G, Wang A. 2007. Preparation and properties of chitosan-g-poly
(acrylic acid) montmorillonite superabsorbent nano-composite via in situ
intercalative polymerization. J Ind Eng Chem Res. 46(8):2497-2502.
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Onggok
Optimasi oksidasi
Uji kadar karbonil
FTIR
Onggok
dialdehida
Pencangkokan, presipitasi, refluks
SAP
Saponifikasi
FTIR
Uji kapasitas serap air dalam akuades
Uji kapasitas serap air dalam larutan garam
Uji kapasitas serap air dalam nilai pH berbeda
13
Lampiran 2
Tahap inisiasi
Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi
polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
14
lanjutan Lampiran 2
Tahap propagasi (kopolimerisasi)
CH2OH
CH2OH
O
O
H2C
H
C
CONH2
O CH2H2C O
O CH2H2C O
O
O
CH2
CH2
C
CH HC
O
O
CH2
CH2
C
CH HC
C
O
CH2
O
C
CH HC
O
O
H2N
H2N
O
C
NH2
NH2
H2N
CH2
n
O
C
NH2
n
15
lanjutan Lampiran 2
Tahap terminasi (penautan-silang)
O
H2N
H2N
H2N
CH2OH
O
O
CH2 H2C
O
O
H2N
H2N
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
CH2
CH2
HC
CH2
HC
CH2OH
O
O
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
O
C
CH2
HC
C
CH2
HC
H 2C
C
H2N
CH
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
O
C
NH2
HO
O
C
NH2
HO
CH2OH
O
CH2OH
CH2 H2C
O
O
CH2
C
O
O
CH2
CH2
CH
CH2
CH2
H2C
O
O
H2C
O
O
CH2
O
CH2OH
O
HC
C
NH2
H2N
O
O
CH2
CH2
C
CH
H2C
C
NH
HN
NH
HN
CH2
H2C
H2C
C
H2C
CH2OH
C
CH
O
CH2
CH2
O
C
NH2
CH2
H2C
NH
HN
NH
HN
CH2
H2C
C
O
CH2
C
C
O
O
H2C
H2C
HC
C
NH2
H2N
O
O
C
CH
O
CH2
H2C
HC
CH2
O
C
NH2
O
O
CH2OH
CH2
O
H2C
O
O
CH2OH
O
CH2
H2C
CH2
C
HC
C
CH2
O
O
CH2
O
H2C
O
H2C
O
O
CH2OH
H2C
CH2OH
O
O
C
H
O
O
O
O
O
CH2
H2C
O
CH2
N
H
O
O
CH2
C
N
H
CH2OH
O
H2N
C
H2C
C
O
O
H2
C
O
O
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
HC
CH2
HC
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
C
OH
O
C
OH
O
C
OH
CH2 H2C
O
O
O
O
C
H
NH2
H2C
O
C
HC
O
NH2
O
O
H2C
CH2
HO
NH2
O
CH2
CH
NH2
O
O
O
C
O
CH2
O
C
O
HC
CH2OH
O
CH2
HC
CH2 H2C
CH2 H2C
O
O
CH2OH
CH2
O
O
O
O
O
CH
CH2OH
CH2 H2C
CH2 H2C
O
CH2OH
C
O
O
O
O
O
HC
O
CH2 H2C
O
C
O
O
CH2OH
O
16
Daya serap air (g/g)
Lampiran 3 Kapasitaas serap air SAP berbaahan baku onggok
o
yanng dioksidassi dan
dikopoliimerisasi seebelum (■) dan
d setelah disaponifikkasi (■)
500
0.00
450
0.00
400
0.00
350
0.00
300
0.00
250
0.00
200
0.00
150
0.00
100
0.00
50
0.00
0
0.00
1
2
3
U
Ulangan
4
5
17
Lampiran 4
Waktu
oksidasi
(menit)
5
10
20
30
60
120
240
480
960
1440
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam akuades dengan variasi waktu
Ulangan
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Bobot awal Bobot akhir Daya Serap
(g)
(g)
(g/g)
0.1490
0.1037
0.1050
0.1041
0.1062
0.1097
0.1239
0.1090
0.1059
0.1037
0.1024
0.1156
0.1126
0.1171
0.1058
0.1140
0.1115
0.1006
0.1213
0.1342
26.5634
13.7327
23.6778
23.5016
27.4942
28.2091
33.8417
30.1264
29.5999
28.8306
29.6695
33.1878
35.1634
36.5953
36.6405
39.8522
40.8702
36.7400
50.6467
55.8784
178.2778
132.4272
225.5028
225.7598
258.8908
257.1477
273.1372
276.3890
279.5080
278.0193
289.7412
287.0917
312.2860
312.5132
346.5807
349.5807
366.5489
365.2087
417.5326
416.3815
Rerata
155.3525
225.6313
258.0192
274.7631
278.7636
288.4164
312.3996
347.9496
365.8788
416.9570
18
Lampiran 5
[Larutan]
(M)
1.00
0.50
0.20
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.01
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam larutan garam selama 24 jam
Bobot awal
Bobot
Daya serap
Ulangan
Rerata
(g)
akhir (g)
(g/g)
1
0.1092
3.5849
32.8287
32.7097
2
0.1024
3.3373
32.5908
1
0.1024
3.7336
36.4609
36.4124
2
0.1176
4.2764
36.3639
1
0.1096
4.2546
38.8193
38.9030
2
0.1053
4.1053
38.9867
1
0.1117
4.5826
41.0260
41.1816
2
0.1017
4.2040
41.3373
1
0.1070
5.5078
51.4747
51.6625
2
0.1217
6.3102
51.8504
1
0.1280
6.9193
54.0570
54.1386
2
0.1053
5.7094
54.2203
1
0.1128
7.4442
65.9947
67.8488
2
0.1010
7.0400
69.7030
1
0.1049
8.4433
80.4890
78.6863
2
0.1049
8.0651
76.8837
1
0.1153
13.2948
115.3061
115.9158
2
0.1054
12.2818
116.5256
19
Lampiran 6
pH larutan
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
Bobot awal Bobot akhir Daya serap
Ulangan
Rerata
(g)
(g)
(g/g)
1
0.1074
3.6305
33.8035
34.7826
2
0.1108
3.4084
30.7617
1
0.1024
13.6968
133.7578
135.9480
2
0.1049
14.4907
138.1382
1
0.1103
32.0184
290.2847
294.7494
2
0.1116
33.3923
299.2141
1
0.1106
34.0608
307.9638
305.7436
2
0.1024
31.0808
303.5234
1
0.1213
50.6467
417.5326
417.0326
2
0.1342
55.8784
416.3815
1
0.1108
34.5447
311.7753
312.9543
2
0.1005
31.5704
314.1333
1
0.1110
32.6794
291.5667
291.9613
2
0.1152
33.6794
292.3559
1
0.1006
26.7255
265.6610
263.4118
2
0.1070
27.9444
261.1626
1
0.1236
30.2352
244.6213
245.9405
2
0.1008
24.9253
247.2748
1
0.1248
17.5194
140.3798
145.4857
2
0.1031
15.5260
150.5916
1
0.1181
14.6969
124.4445
125.8427
2
0.1125
14.3146
127.2409
1
0.1194
7.7840
65.1926
67.8677
2
0.1216
8.5780
70.5428
20
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 22 Agustus 1991 dari Bapak Agus
Salim dan Ibu Sukaesih. Penulis merupakan putri pertama dari 2 bersaudara.
Penulis lulus tahun 2009 dari SMA Negeri 9 Bogor dan pada tahun yang sama
lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Ujian Talenta Mandiri IPB (UTMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama menjalani masa perkuliahan di IPB, Penulis pernah menjadi asisten
praktikum Kimia Organik 2012/2013 di Program Keahlian D3 Analisis Kimia
IPB, asisten Kimia Dasar 1 2011/2012, Asisten Kimia B (2011-2012), Asisten
Kimia Dasar 2 (2012-2013) di mayor S1 Kimia IPB. Penulis pernah melakukan
praktik kerja lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak
dan Gas Bumi Lemigas Jakarta dengan judul laporan Uji Kandungan Sulfur dalam
Pelumas Menggunakan Spektrofotometer Sinar-X Energi Dispersif.
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
2
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Superabsorben
melalui Kopolimerisasi Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah
NIM G44090087
2
ABSTRAK
LESTARI AINUN MARDIYAH. Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi
Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida. Dibimbing oleh ZAINAL
ALIM MAS’UD dan M ANWAR NUR.
Onggok merupakan limbah industri pengolahan tapioka yang jumlahnya melimpah
di Indonesia. Onggok memiliki kandungan karbohidrat yang masih tinggi, terutama pati
dan glukosa, yang berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku superabsorben.
Penelitian ini telah membuat material superabsorben berbahan baku onggok yang
dimodifikasi melalui oksidasi, dilanjutkan dengan kopolimerisasi cangkok. Oksidasi
dilakukan dengan natrium periodat (NaIO4) untuk memutus ikatan C2-C3 pada cincin
glukosa. Ragam konsentrasi NaIO4 (0.01, 0.05, dan 0.10 M), waktu oksidasi (15 dan 60
menit), dan larutan pencuci (akuades, metanol, dan aseton) diterapkan untuk
menghasilkan jumlah gugus aldehida (pemutusan ikatan C2-C3) yang optimum dan
ketahanan terbaik produk terhadap mikrob. Kondisi oksidasi optimum ialah dengan
menggunakan NaIO4 0.05 M selama 1 jam dan dicuci dengan aseton. Proses
kopolimerisasi cangkok dilakukan dengan menggunakan akrilamida, metilena-bisakrilamida, dan amonium persulfat. Produk kopolimerisasi selanjutnya disaponifikasi
untuk meningkatkan kapasitas serap airnya. Hasil uji menunjukkan bahwa superabsorben
dapat membengkak hingga lebih dari 400 kali bobotnya dalam akuades. Namun, kapasitas
tersebut menurun dalam larutan garam serta larutan asam dan basa.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, oksidasi, onggok, superabsorben
ABSTRACT
LESTARI AINUN MARDIYAH. Synthesis of Superabsorbent through Grafting
Copolymerization Acrylamide on Onggok Dialdehyde. Supervised by ZAINAL
ALIM MAS’UD and M ANWAR NUR.
Cassava waste pulp (onggok) from the tapioca industry is abundant in Indonesia.
Cassava waste pulp still has relatively high carbohydrate content, mainly starch and
glucose, which is potencial to be utilized as superabsorbent raw material. The goal of this
work was to synthesize superabsorbent material from cassava waste pulp through
oxidation followed by graft copolymerization. The oxidation was carried out with sodium
periodate (NaIO4) to break the C2-C3 bond in the glucose ring. Various concentration of
NaIO4 solution (0.01, 0.05, and 0.10 M), oxidation time (15 and 60 min), and washing
solutions (distilled water, methanol, and acetone) were used to obtain the optimum
aldehyde group amount (the optimum C2-C3 bond cleavage) and the best products
resistance against microbes. Optimum oxidation were by conditions using 0.05 M NaIO4
in 1 hour and washed with acetone. Graft copolymerization process was performed by
using acrylamide, methylene-bis-acrylamide, and ammonium persulfate. The
copolymerization products were then saponified to increase the water absorption capacity.
The test result showed that the superabsorbent could swell up to 400 times of their
original weight in distilled water. However, the capacities were decreased in salt solution
as well as in acid and basic solutions.
Key words: acrylamide, copolymerization, onggok, oxidation, superabsorbent
3
SINTESIS SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI
PENCANGKOKAN AKRILAMIDA PADA
ONGGOK DIALDEHIDA
LESTARI AINUN MARDIYAH
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
2
Judul Skripsi : Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi Pencangkokan
Akrilamida pada Onggok Dialdehida
Nama
: Lestari Ainun Mardiyah
NIM
: G44090087
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 Ir Tun Tedja Irawadi, MS
Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus:
2
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa
memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
karya ilmiah dengan judul Sintesis Superabsorben melalui Kopolimerisasi
Pencangkokan Akrilamida pada Onggok Dialdehida bertempat di Laboratorium
Terpadu IPB. Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW
beserta keluarga, sahabat, dan pengikut-Nya yang tetap berada di jalan-Nya
hingga akhir zaman.
Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan
kerja sama yang telah diberikan oleh Bapak Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku
pembimbing I, Bapak Prof (em) Dr Ir HM Anwar Nur, MSc selaku pembimbing
II. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak M. Khotib M.Si, Bapak
M. Farid M.Si, Bapak Dr Komar Sutriah, Bapak Drs Ahmad Sjahreza, Bapak
Budi Arifin M.Si, Ibu Prof Tun Tedja Irawadi MS, Ibu Dr Henny Purwaningsih
M.Si dan seluruh staf Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor atas
bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Terima kasih tak terhingga
penulis sampaikan kepada seluruh keluarga terutama Ayah, Mamah, adikku, dan
seluruh teman Kimia 46 atas dukungan dan doanya. Selain itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada sahabatku Shinta Dewi PS dan teman-teman
penelitian (Ka Bekti, Ka Yono, Ka Dhail, Ka Baim, Ka Rita, Ka Indah, Ka Sarah,
Febri, Mia, Tama, Rahma, Noni, Tati, Rahmi, Denar, Agy, dan Fahmi) di
Laboratorium Terpadu IPB atas doa dan semangatnya yang telah membantu
dalam penyelesaian karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat
menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca
umumnya.
Bogor, September 2013
Lestari Ainun Mardiyah
3
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
1
BAHAN DAN METODE
2
Alat dan Bahan
2
Metode
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Hasil Oksidasi Onggok
4
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
6
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
8
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
11
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
20
4
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
Spektrum FTIR onggok sebelum dan setelah dioksidasi
5
Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum 7
dan setelah saponifikasi
Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu
8
Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi 9
konsentrasi
Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH
10
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Bagan alir penelitian
Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi
polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
Daya serap air SAP berbahan baku onggok yang dioksidasi dan
dikopolimerisasi sebelum dan setelah disaponifikasi
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam akuades dengan variasi waktu
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan garam selama 24 jam
Daya serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil saponifikasi
dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
12
13
16
17
18
19
1
PENDAHULUAN
Singkong merupakan salah satu tanaman pangan di Indonesia yang
produksinya pada tahun 2012 mencapai 24.2 juta ton (BPS 2012). Singkong
memiliki kandungan pati yang tinggi sebagai sumber karbohidrat. Saat ini,
pemanfaatan singkong sebagai produk industri lebih banyak dalam bentuk tepung
tapioka atau produk makanan ringan. Beberapa industri juga mengolah singkong
untuk menghasilkan produk turunan berupa sorbitol yang salah satunya
dibutuhkan sebagai bahan baku dalam produksi vitamin C.
Pengolahan singkong menjadi produk turunan umumnya menghasilkan
produk samping berupa limbah padat (onggok) dalam jumlah besar. Dalam
industri pembuatan tepung tapioka, jumlahnya dapat mencapai lebih dari 10%.
Supriyadi (2009) menyebutkan bahwa untuk setiap 1 ton singkong dapat diperoleh
114 kg onggok. Selama ini onggok baru digunakan sebagai bahan baku pakan
ternak, antinyamuk bakar, dan campuran saus sambal. Berdasarkan
kandungannya, onggok memiliki potensi untuk dibuat menjadi produk dengan
nilai tambah yang lebih tinggi. Pada dasarnya, kandungan terbesar dalam onggok
ialah senyawa karbohidrat terutama pati dan glukosa. Komponen tersebut
memiliki kandungan gugus hidroksil yang tinggi dan telah dimodifikasi untuk
tujuan lain, salah satunya untuk membentuk material superabsorben. Akan tetapi,
belum ada penelitian sebelumnya menggunakan proses oksidasi sebagai bentuk
modifikasinya.
Superabsorben adalah suatu material yang memiliki kemampuan dasar
menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali bobotnya (Zhang et al.
2007). Material superabsorben yang berupa polimer memiliki gugus hidrofilik
yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah cairan, serta
mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Polimer
superabsorben (SAP) pada hakikatnya adalah polimer bertautan-silang yang
mampu menyerap air ratusan kali bobot keringnya, tetapi tidak larut dalam air
karena terdapat struktur 3 dimensi pada jaringan polimernya.
Ciri khas SAP tersebut membuat material ini mempunyai cakupan aplikasi
yang relatif luas, antara lain dapat digunakan untuk popok bayi, wadah penyimpan
air di daerah kering/pertanian, sumber air pada tanaman holtikultura, pengantar
obat, detoksifikasi limbah minyak, dan penyerap zat warna (Erizal 2009). Namun,
kebanyakan SAP yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang
rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak
dikembangkan penelitian pembuatan SAP yang teruraikan secara alami berbahan
dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010).
Polimer superabsorben dapat disintesis dengan kopolimerisasi
pencangkokan untuk memodifikasi karbohidrat. Salah satu SAP yang telah dibuat
dari sumber karbohidrat adalah kopolimer antara pati dan akrilamida yang
disintesis menggunakan amonium persulfat dan N,N’-metilena bis-akrilamida
sebagai penaut-silang (Lanthong et al. 2006). Modifikasi polisakarida dalam
onggok tapioka dengan kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan
monomer akrilamida telah dilakukan oleh Teli dan Waghmare (2009).
Kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang diharapkan menghasilkan
polimer yang memilki daya serap air tinggi.
2
Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari bahan baku onggok yang
dimodifikasi. Modifikasi onggok dilakukan dalam 2 tahap (Lampiran 1), yaitu
oksidasi dan kopolimerisasi. Oksidasi onggok dilakukan dengan natrium periodat
(NaIO4) untuk memutus ikatan C–C yang mengikat gugus OH visinal dan
mengubah kedua gugus tersebut menjadi gugus aldehida. Hasil oksidasi onggok
selanjutnya akan dicangkok melalui kopolimerisasi. Oksidasi pada onggok
diharapkan dapat menambah tapak aktif dalam reaksi kopolimerisasi sehingga
dapat meningkatkan daya serap air secara signifikan. Dalam penelitian ini,
akrilamida (AAm) dan penaut-silang metilena-bis-akrilamida (MBA) digunakan
untuk membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Hasil penelitian ini
memberikan informasi mengenai kapasitas serap air, kapasitas serap dalam larutan
garam, dan kapasitas serap pada berbagai nilai pH dari SAP berbahan baku
onggok yang dimodifikasi tersebut.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alatalat kaca, motor pengaduk, alat penghalus/penggiling, shaker, hot plate. Bahanbahan yang digunakan adalah onggok tapioka yang telah dicuci dan dikeringkan,
HCl, NaIO4, NaOH, air suling, metilena-bis-akrilamida (MBA), akrilamida
(AAm), amonium persulfat (APS), dan gas N2. Penelitian dilaksanakan di
Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang, Bogor pada bulan Maret
hingga Agustus 2013.
Metode
Preparasi Sampel Onggok
Onggok dicuci dan dikeringkan di bawah sinar matahari, kemudian
dihaluskan dan diayak 100 mesh.
Oksidasi Onggok (Margutti et al 2002)
Sebanyak 10 g sampel onggok hasil preparasi ditimbang. Sementara itu,
disiapkan 1000 mL larutan natrium periodat (NaIO4) dengan variasi konsentrasi
0.01, 0.05, dan 0.10 M. Reaksi oksidasi dilakukan pada suhu 25 ⁰C. Sampel
onggok dimasukkan ke dalam wadah yang terisolasi dari cahaya, kemudian
ditambahkan larutan NaIO4 dan diaduk dengan variasi waktu 15 dan 60 menit.
Sampel hasil oksidasi kemudian dibilas dengan akuades hingga air bilasannya
netral. Sampel dikeringkan dan disimpan di tempat yang tidak terkena cahaya
langsung.
3
Penentuan Gugus Karbonil (Sangseethong et al. 2010)
Sekitar 0.2 g sampel disuspensikan ke dalam 100 mL air distilasi. Suspensi
digelatinisasi dengan penangas air selama 20 menit pada suhu 80 oC, didinginkan
pada suhu 40 oC dan pH disesuaikan menjadi 3.2 dengan penambahan HCl 0.1 M.
Kemudian 15 mL reagen hidroksilamina ditambahkan (reagen dibuat dengan
melarutkan 25 g hidroksilamina hidroklorida dalam 100 mL NaOH 0.5 M). Labu
ditempatkan pada penangas air dengan suhu 40 oC selama 4 jam. Sampel dengan
cepat dititrasi dengan HCl 0.1 M sampai pH menjadi 3.2. Penentuan blangko
hanya menggunakan reagen hidroksilamina dengan cara yang sama. Jumlah
karbonil (% b/b) dalam produk dihitung dengan menggunakan persamaan
Jumlah karbonil
titran blangko
sampel mL
HCl
bobot sampel g
.
8
Pencangkokan-Penautan-Silang Kopolimer Superabsorben (modifikasi
Liang et al. 2009)
Onggok yang telah disaring 100 mesh ditimbang sebanyak 7.5 g dan
ditambahkan akuades 150 mL hingga berbentuk bubur di dalam labu leher tiga
yang telah dilengkapi dengan kondensor. Suspensi diaduk dengan pengaduk putar
200 rpm kemudian labu leher tiga ditempatkan di atas mantel pemanas dan
campuran dipanaskan pada suhu 90–95 ºC selama 30 menit sambil dialiri gas
nitrogen. Setelah itu, suhu campuran diturunkan hingga 60–65 ºC. Sebanyak 250
mg inisiator APS dalam 10 mL akuades dimasukkan ke dalam labu leher tiga
tersebut dan diaduk selama 15 menit. Selanjutnya, campuran 22.5 g akrilamida
dan 25 mg MBA yang dilarutkan dengan akuades hingga volume 200 mL
ditambahkan sedikit demi sedikit. Setelah selesai, suhu reaksi dinaikkan menjadi
70 ºC selama 3 jam. Produk yang dihasilkan dicuci dengan metanol, lalu direfluks
dengan aseton selama 1 jam. Setelah dikeringkan pada suhu 60 oC hingga
bobotnya konstan, produk kering digiling dan disaring hingga terbentuk partikel
kecil berukuran 80–100 mesh.
Saponifikasi (Nakason et al. 2010)
Sebanyak 40 g kopolimer ditambahkan 100 mL NaOH 1 M dan 100 mL
akuades, lalu dipanaskan pada suhu 90 ºC selama 30 menit. Setelah dinetralkan
dengan penambahan HCl 1 M, campuran dikoagulasi dan dipresipitasi dengan
metanol dan etanol. Kopolimer tersaponifikasi dikeringkan pada suhu 60 ºC,
kemudian digiling dan dihaluskan hingga lolos ayakan 80 mesh.
Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Zhang et al. 2007)
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL akuades pada suhu
ruang dengan variasi waktu perendaman 5, 10, 20, 30, 60, 120, 240, 480, dan 960
menit. Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari air yang tidak terserap dan
ditimbang kembali (W1). Kapasitas serap air dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
4
Uji Kapasitas Serap Larutan Garam
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan garam
NaCl dengan variasi konsentrasi 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, 0.50, dan 1.00
M pada suhu ruang selama 24 jam. Sampel yang telah mengembang dipisahkan
dari larutan garam yang tidak terserap dan ditimbang kembali (W1). Kapasitas
absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
Uji Kapasitas Serap pada Berbagai Nilai pH
Sebanyak 0.1 g kopolimer (W0) direndam dalam 200 mL larutan dengan
berbagai nilai pH pada suhu ruang selama 24 jam. Kisaran pH yang digunakan
ialah 2 hingga 13. Larutan untuk pengaturan pH dibuat dari larutan baku NaOH
dan HCl dengan konsentrasi yang disesuaikan dengan larutan yang akan dibuat.
Sampel yang telah mengembang dipisahkan dari larutan yang tidak terserap dan
ditimbang kembali (W1). Kapasitas absorpsi dihitung menggunakan persamaan
Absorpsi =
W1 –W0
×100%
W0
Pencirian Kopolimer Superabsorben
Kopolimer superabsorben onggok-akrilamida dicirikan untuk menentukan
perubahan sifat fisik dan kimianya. Kapasitas serap air ditentukan dan serapan
gugus fungsi diamati dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier
(FTIR).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Oksidasi Onggok
Perlakuan pendahuluan dengan mengoksidasi onggok bertujuan memutus
ikatan antara C2 dan C3 pada polisakarida sebagai akibat teroksidasinya gugus
OH visinal. Oksidasi ini akan mengubah gugus –OH visinal menjadi gugus
aldehida. Hal ini dapat dibuktikan dengan spektrum FTIR pada Gambar 1.
Terbentuknya gugus aldehida ditunjukkan oleh munculnya puncak serapan pada
bilangan gelombang 1732 cm-1. Puncak serapan lainnya dalam spektrum FTIR
hasil oksidasi onggok tidak menunjukkan perbedaan dengan onggok sebelum
oksidasi.
5
Gambar 1 Spektrum FTIR onggok sebelum (–) dan setelah dioksidasi (–)
Ragam konsentrasi oksidator (NaIO4), waktu oksidasi, dan larutan pencuci
diujikan untuk optimisasi tahapan oksidasi onggok ini. Konsentrasi oksidator yang
digunakan ialah 0.01, 0.05, dan 0.10 M; larutan pencuci yang digunakan ialah
akuades, aseton, dan metanol; dengan variasi waktu 15 dan 60 menit. Hasil
optimum dalam tahapan ini dipilih berdasarkan jumlah gugus karbonil (aldehida
yang terbentuk), ketahanan sampel, dan efisiensi bahan. Jumlah gugus aldehida
ditentukan menggunakan metode Sangseethong et al. (2010).
Hasil penentuan jumlah gugus karbonil pada Tabel memperlihatkan bahwa
hasil oksidasi terbaik diperoleh dengan konsentrasi oksidator 0.05 dan 0.10 M
dengan waktu oksidasi 60 menit dan pembilas akhir yang digunakan ialah aseton
dan akuades. Jumlah gugus aldehida yang terbentuk pada 2 konsentrasi tersebut
tidak berbeda signifikan sehingga dipilih konsentrasi periodat 0.05 M sebagai
konsentrasi optimum. Aseton dipilih sebagai larutan pencuci yang optimum
karena sampel hasil oksidasi akan memiliki ketahanan yang lebih baik.
Penggunaan larutan pencuci akuades dapat menyebabkan timbulnya mikrob pada
sampel sehingga mutunya akan berkurang. Keberadaan gugus aldehida sebagai
akibat teroksidasinya onggok diharapkan mampu menambah tapak aktif dalam
reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang.
6
Tabel
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Hasil uji kadar karbonil dengan variasi konsentrasi oksidator, waktu
oksidasi, dan larutan pencuci
[Periodat] Waktu oksidasi
Gugus aldehida
Larutan Pencuci
(M)
(menit)
(% b/b)
0.01
15
Akuades
5.05
0.05
15
Akuades
7.56
0.10
15
Akuades
8.45
0.01
60
Metanol
5.56
0.05
60
Metanol
Tidak teridentifikasi
0.10
60
Metanol
Tidak teridentifikasi
0.01
60
Aseton
7.66
0.05
60
Aseton
13.69
0.10
60
Aseton
14.16
0.01
60
Akuades
6.26
0.05
60
Akuades
15.67
0.10
60
Akuades
16.92
Hasil Pencangkokan dan Penautan-Silang
Onggok digunakan sebagai kerangka utama dalam kopolimerisasi
pencangkokan dan penautan-silang dengan akrilamida sebagai monomer, APS
sebagai inisiator, dan MBA sebagai penaut-silang. Reaksi yang terjadi
ditunjukkan pada Lampiran 2. Kondisi reaksi kopolimerisasi yang digunakan
merupakan kondisi optimum yang telah dikaji dalam penelitian Amroni (2011).
Kopolimerisasi dilakukan dalam kondisi gas nitrogen yang berfungsi
menghilangkan oksigen dari sistem reaksi sehingga meminimumkan radikal
peroksida yang dapat membentuk homopolimer dan menghambat reaksi
kopolimerisasi (Kurniadi 2010). Suhu kopolimerisasi yang digunakan ialah 70 oC
yang telah dilaporkan oleh Lanthong et al. (2006) dan Li et al. (2007).
Tahap awal reaksi kopolimerisasi cangkok dan taut-silang melibatkan
pembentukan radikal inisiator APS (NH4SO4·) yang akan terbentuk dalam media
larutan pada suhu 60–65 °C (Liang et al. 2009). Radikal APS akan menyerang
gugus hidroksil yang terikat di atom C6 dan gugus aldehida pada atom C2 dan C3
pada pati. Pembentukan radikal pati ini menjadi tahap inisiasi reaksi. Radikal pati
selanjutnya akan bereaksi dengan monomer akrilamida (AAm) membentuk
radikal makromolekul lainnya. Tahap propagasi dimulai saat radikal
makromolekul tersebut bereaksi dengan monomer AAm kedua. Pada tahap
terminasi, radikal tersebut akan bereaksi dengan radikal makromolekul lainnya
dan penaut-silang MBA membentuk kopolimer cangkok dan taut-silang. Lebih
banyaknya tapak radikal reaktif yang terbentuk akibat adanya gugus aldehida pada
onggok teroksidasi diharapkan dapat meningkatkan jumlah rantai monomer yang
tercangkok dan taut-silang sehingga kopolimer hasil pencangkokan dan tautsilang dapat menyerap air lebih banyak dibandingkan dengan kopolimer tanpa
perlakuan oksidasi sebelumnya.
Produk kopolimerisasi dicuci dengan metanol untuk mengikat air dalam
produk serta direfluks dengan aseton untuk menghilangkan homopolimer.
Pengukuran daya serap air sebelum dan setelah saponifikasi memperlihatkan
7
kenaikan yang signifikan (Lampiran 3). Daya serap air sebelum saponifikasi untuk
ulangan 1, 2, 3, 4, dan 5 berturut-turut 20.10, 22.12, 21.28, 20.62, dan 20.50 g/g,
sedangkan setelah saponifikasi berturut-turut 417.53, 413.50, 390.49, 416.38, dan
471.91 g/g. Peningkatan daya serap air ini erat hubungannya dengan pembentukan
muatan dalam sistem polimer akibat pengubahan gugus amida (-COONH2)
menjadi asam karboksilat (-COOH) dan anionnya (-COO–) (Teli dan Waghmare
2009). Hasil saponifikasi memiliki daya pembengkakan yang lebih besar, hal ini
sesuai dengan yang telah dilakukan oleh Li et al. (2006) dan Nakason et al.
(2010).
Hasil pencangkokan juga dianalisis dengan spektrofotometer FTIR untuk
menentukan telah terbentuknya SAP dan telah berlangsungnya saponifikasi
(Gambar 2). Pita serapan pada bilangan gelombang 3186 dan 3278 cm-1 diduga
berasal dari vibrasi ulur gugus amida dan pada 1450 cm-1 dari vibrasi tekuk N–H
amida. Keberadaan vibrasi gugus amida mengindikasikan bahwa SAP onggokpoliakrilamida telah berhasil dibentuk.
Gambar 2 Spektrum FTIR kopolimer pencangkokan dan penautan-silang sebelum
(–) dan setelah saponifikasi (–)
Sementara keberhasilan saponifikasi ditunjukkan oleh pita serapan pada
bilangan gelombang 2781–2931 cm-1 yang berasal dari vibrasi ulur gugus karbonil
simetrik dan pada 1550 cm-1 yang mengindikasikan adanya anion karboksilat.
Menurut Zhang et al. (2006), puncak serapan khas untuk SAP yang telah
tersaponifikasi adalah serapan anion karboksilat pada bilangan gelombang 1565
cm-1 (ulur asimetrik COO–) dan 1407 cm-1 (ulur simetrik COO–). Selanjutnya,
keberhasilan pembuatan SAP diperiksa melalui uji pengembangan dalam akuades,
dalam larutan garam, dan dalam larutan dengan berbagai nilai pH.
8
Kapasitas Serap Air Produk Superabsorben
Produk SAP diuji kapasitas serap airnya dalam akuades, larutan garam, serta
larutan asam dan basa dengan berbagai nilai pH. Kapasitas serap air produk SAP
disebabkan oleh adanya interaksi ikatan hidrogen antara molekul air dan gugusgugus fungsi dalam SAP berbahan baku onggok yang dimodifikasi. Selain itu,
ruang dalam struktur 3 dimensi SAP memungkinkan air untuk dapat terperangkap
di dalamnya.
Kapasitas serap air SAP ditunjukkan oleh nilai swelling (pembengkakan)nya. Alur nilai pembengkakan SAP di dalam akuades terhadap waktu ditunjukkan
pada Gambar 4. Terlihat bahwa semakin lama waktu perendaman, jumlah air yang
terserap semakin banyak dan bobot SAP meningkat (Lampiran 4). Bobot SAP
setelah direndam dalam akuades selama 24 jam menunjukkan peningkatan hingga
400 kali dari bobot awalnya. Setelah 24 jam, pembengkakan SAP belum
menunjukkan nilai yang konstan. Hal ini berarti bahwa SAP masih memiliki
kemampuan menyerap air lebih banyak lagi.
450
Pembengkakan (kali)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
5
10
20
30
60
120
240
480
960 1440
Waktu (menit)
Gambar 3 Pembengkakan SAP dalam akuades dengan variasi waktu
Bila dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air pada penelitian Amroni
(2011), hasil penelitian ini masih lebih kecil. Amroni (2011) melaporkan bahwa
SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan akrilamida tanpa
didahului oksidasi dapat menyerap air hingga sekitar 1000 kali bobot awalnya.
Dalam penelitian lain, kapasitas serap air SAP berbahan baku onggok yang
dikopolimerisasi dengan asam akrilat tanpa didahului oksidasi mencapai sekitar
600 kali bobot awalnya (Fitriyanto 2013). Nilai kapasitas serap yang lebih kecil
dalam penelitian ini dapat disebabkan oleh menurunnya polaritas SAP akibat
oksidasi gugus –OH pada C2 dan C3 yang menghasilkan gugus aldehida. Selain
itu, kemungkinan terjadinya pemutusan rantai polimer pati akibat oksidasi juga
dapat menjadi faktor menurunnya kapasitas serap air SAP yang terbentuk.
Pengujian SAP dalam larutan garam NaCl menunjukkan penurunan
kapasitas serap air dengan meningkatnya konsentrasi NaCl (Gambar 5). Selain itu,
9
jika dibandingkan dengan nilai kapasitas serap air dalam akuades, kapasitas serap
air dalam larutan garam lebih kecil (Lampiran 5). Superabsorben yang direndam
dalam larutan garam 0.01 M selama 24 jam hanya membengkak 116 kali. Hal ini
disebabkan oleh perbedaan tekanan osmotik yang lebih kecil (tidak terlalu
signifikan) antara SAP dan larutan luar akibat tolakan elektrostatik anion-anion.
Penurunan kapasitas serap air SAP dalam larutan garam juga ditunjukkan pada
penelitian Fitriyanto (2013).
450
Pembengkakan (kali)
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
[NaCl] (M)
Gambar 4
Pembengkakan SAP dalam larutan garam (NaCl) dengan variasi
konsentrasi
Sama halnya dengan dalam larutan garam, kapasitas serap air SAP dalam
larutan asam dan basa juga menunjukkan nilai yang lebih kecil (Lampiran 6)
dibandingkan dengan dalam akuades (Gambar 6). Daya serap mencapai nilai
optimum pada larutan dengan pH 6, yaitu dengan nilai pembengkakan hingga
lebih dari 400 kali. Hasil ini sesuai dengan nilai pembengkakan SAP yang
direndam dalam akuades karena pH akuades juga 6. Dalam media asam,
kebanyakan gugus karboksilat terprotonasi. Hal ini menurunkan tolakan antar
gugus anionik sehingga rantai polimer sulit untuk mengembang. Dalam media
basa, adanya ion Na yang berlebih juga mengurangi kemampuan pembengkakan
dan menurunkan tolakan anion-anion karboksilat. Hal yang sama juga ditunjukkan
oleh SAP berbahan baku onggok yang dikopolimerisasi dengan asam akrilat
(Fitriyanto 2013), yang menghasilkan nilai optimum dalam larutan dengan pH
6.65.
10
pembengkakan (kali)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
Gambar 5 Pembengkakan SAP dalam larutan dengan berbagai pH
Secara keseluruhan, hasil kopolimerisasi cangkok dan taut-silang pada
onggok hasil oksidasi berbeda dengan pada onggok tanpa modifikasi, terutama
dilihat dari daya pembengkakannya. Onggok hasil oksidasi memiliki daya
pembengkakan yang lebih kecil disebabkan gugus hidroksil C2 dan C3 pada
onggok telah berubah menjadi aldehida. Gugus aldehida memiliki kepolaran yang
lebih rendah daripada gugus hidroksil sehingga interaksi dengan molekul air
cenderung lebih sedikit yang pada akhirnya menyebabkan air yang terikat atau
terserap hanya sedikit.
SIMPULAN DAN SARAN
Polimer superabsorben (SAP) onggok dialdehida-g-poliakrilamida telah
berhasil disintesis melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang pada
onggok teroksidasi dengan monomer akrilamida, penaut-silang metilena bisakrilamida, dan inisiator amonium peroksidisulfat. Onggok dialdehida terbaik
dihasilkan dari oksidasi onggok dengan NaIO4 0.05 M selama 1 jam
menggunakan aseton sebagai pembilas akhir. Kadar karbonil dalam onggok
dialdehida tersebut sebesar 13.69%. Nilai kapasitas serap air SAP setelah 24 jam
sebesar 417.53 g/g. Perlakuan oksidasi tidak dapat meningkatkan kapasitas serap
air secara signifikan. Kapasitas serap air tersebut juga menurun pada larutan
garam dan larutan dengan berbagai nilai pH. Terbentuknya onggok dialdehida
serta kopolimer cangkok dan taut-silang telah ditunjukkan oleh spektrum FTIR.
11
DAFTAR PUSTAKA
Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID):
Institut Pertanian Bogor.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Industrial Indonesia 2012. Jakarta
(ID): BPS.
Erizal. 2009. Synthesis and characterization of crosslinked polyacrylamidecarrageenan hydrogels superbasorbent prepared by gamma radiation.
Indones J Chem. 10(1):12-19.
Fitriyanto EB. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Lanthong P, Nuisin R, Kiatkamjornwong S. 2006. Graft copolymerization,
characterization and degradation of cassava starch-g-acrylamide/itaconic
acid super-absorbents. Carbohydr Polym. 66:229-245.
Li A, Zhang J, Wang A. 2007. Utilization of starch and clay for preparation of
superabsorbent composite. J Res Tech. 98:327-332.
Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic
acid) superabsorbent composite and release of urea from it. Carbohydr
Polym. 77:181-187
Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre AL.
2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on
cellulose. Polymer. 6183-6194
Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of
cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated
composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357.
Sangseethong K, Termvejsatanona N, Shirothb K. 2010. Characterization of
physicochemical properties of hypochlorite and peroxide oxidized cassava
starches. Carbohydr Polym. 82:446-453
Supriyadi. 2009. Onggok untuk bahan pakan. Poultry Indonesia [Internet].
[diunduh 2013 Mar 25]. Tersedia pada http://www .poultry Indonesia.com.
Teli MD, Waghmare NG. 2009. Synthesis of superabsorbent from carbohydrate
waste. Carbohydr Polym. 78:492-496.
Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI.
Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate
graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym.
65(2):150–158.
Zhang J, Wang G, Wang A. 2007. Preparation and properties of chitosan-g-poly
(acrylic acid) montmorillonite superabsorbent nano-composite via in situ
intercalative polymerization. J Ind Eng Chem Res. 46(8):2497-2502.
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Onggok
Optimasi oksidasi
Uji kadar karbonil
FTIR
Onggok
dialdehida
Pencangkokan, presipitasi, refluks
SAP
Saponifikasi
FTIR
Uji kapasitas serap air dalam akuades
Uji kapasitas serap air dalam larutan garam
Uji kapasitas serap air dalam nilai pH berbeda
13
Lampiran 2
Tahap inisiasi
Reaksi kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang fraksi
polisakarida dalam onggok dengan akrilamida
14
lanjutan Lampiran 2
Tahap propagasi (kopolimerisasi)
CH2OH
CH2OH
O
O
H2C
H
C
CONH2
O CH2H2C O
O CH2H2C O
O
O
CH2
CH2
C
CH HC
O
O
CH2
CH2
C
CH HC
C
O
CH2
O
C
CH HC
O
O
H2N
H2N
O
C
NH2
NH2
H2N
CH2
n
O
C
NH2
n
15
lanjutan Lampiran 2
Tahap terminasi (penautan-silang)
O
H2N
H2N
H2N
CH2OH
O
O
CH2 H2C
O
O
H2N
H2N
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
CH2
CH2
HC
CH2
HC
CH2OH
O
O
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
C
NH2
H2N
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
O
O
C
CH2
HC
C
CH2
HC
H 2C
C
H2N
CH
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
O
C
NH2
HO
O
C
NH2
HO
CH2OH
O
CH2OH
CH2 H2C
O
O
CH2
C
O
O
CH2
CH2
CH
CH2
CH2
H2C
O
O
H2C
O
O
CH2
O
CH2OH
O
HC
C
NH2
H2N
O
O
CH2
CH2
C
CH
H2C
C
NH
HN
NH
HN
CH2
H2C
H2C
C
H2C
CH2OH
C
CH
O
CH2
CH2
O
C
NH2
CH2
H2C
NH
HN
NH
HN
CH2
H2C
C
O
CH2
C
C
O
O
H2C
H2C
HC
C
NH2
H2N
O
O
C
CH
O
CH2
H2C
HC
CH2
O
C
NH2
O
O
CH2OH
CH2
O
H2C
O
O
CH2OH
O
CH2
H2C
CH2
C
HC
C
CH2
O
O
CH2
O
H2C
O
H2C
O
O
CH2OH
H2C
CH2OH
O
O
C
H
O
O
O
O
O
CH2
H2C
O
CH2
N
H
O
O
CH2
C
N
H
CH2OH
O
H2N
C
H2C
C
O
O
H2
C
O
O
C
CH
O
CH2
C
CH
O
CH2
C
CH
HC
CH2
HC
CH2
HC
CH2
CH2
O
O
C
OH
O
C
OH
O
C
OH
CH2 H2C
O
O
O
O
C
H
NH2
H2C
O
C
HC
O
NH2
O
O
H2C
CH2
HO
NH2
O
CH2
CH
NH2
O
O
O
C
O
CH2
O
C
O
HC
CH2OH
O
CH2
HC
CH2 H2C
CH2 H2C
O
O
CH2OH
CH2
O
O
O
O
O
CH
CH2OH
CH2 H2C
CH2 H2C
O
CH2OH
C
O
O
O
O
O
HC
O
CH2 H2C
O
C
O
O
CH2OH
O
16
Daya serap air (g/g)
Lampiran 3 Kapasitaas serap air SAP berbaahan baku onggok
o
yanng dioksidassi dan
dikopoliimerisasi seebelum (■) dan
d setelah disaponifikkasi (■)
500
0.00
450
0.00
400
0.00
350
0.00
300
0.00
250
0.00
200
0.00
150
0.00
100
0.00
50
0.00
0
0.00
1
2
3
U
Ulangan
4
5
17
Lampiran 4
Waktu
oksidasi
(menit)
5
10
20
30
60
120
240
480
960
1440
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam akuades dengan variasi waktu
Ulangan
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Bobot awal Bobot akhir Daya Serap
(g)
(g)
(g/g)
0.1490
0.1037
0.1050
0.1041
0.1062
0.1097
0.1239
0.1090
0.1059
0.1037
0.1024
0.1156
0.1126
0.1171
0.1058
0.1140
0.1115
0.1006
0.1213
0.1342
26.5634
13.7327
23.6778
23.5016
27.4942
28.2091
33.8417
30.1264
29.5999
28.8306
29.6695
33.1878
35.1634
36.5953
36.6405
39.8522
40.8702
36.7400
50.6467
55.8784
178.2778
132.4272
225.5028
225.7598
258.8908
257.1477
273.1372
276.3890
279.5080
278.0193
289.7412
287.0917
312.2860
312.5132
346.5807
349.5807
366.5489
365.2087
417.5326
416.3815
Rerata
155.3525
225.6313
258.0192
274.7631
278.7636
288.4164
312.3996
347.9496
365.8788
416.9570
18
Lampiran 5
[Larutan]
(M)
1.00
0.50
0.20
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.01
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam larutan garam selama 24 jam
Bobot awal
Bobot
Daya serap
Ulangan
Rerata
(g)
akhir (g)
(g/g)
1
0.1092
3.5849
32.8287
32.7097
2
0.1024
3.3373
32.5908
1
0.1024
3.7336
36.4609
36.4124
2
0.1176
4.2764
36.3639
1
0.1096
4.2546
38.8193
38.9030
2
0.1053
4.1053
38.9867
1
0.1117
4.5826
41.0260
41.1816
2
0.1017
4.2040
41.3373
1
0.1070
5.5078
51.4747
51.6625
2
0.1217
6.3102
51.8504
1
0.1280
6.9193
54.0570
54.1386
2
0.1053
5.7094
54.2203
1
0.1128
7.4442
65.9947
67.8488
2
0.1010
7.0400
69.7030
1
0.1049
8.4433
80.4890
78.6863
2
0.1049
8.0651
76.8837
1
0.1153
13.2948
115.3061
115.9158
2
0.1054
12.2818
116.5256
19
Lampiran 6
pH larutan
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Kapasitas serap SAP onggok teroksidasi-g-poliakrilamida hasil
saponifikasi dalam larutan berbagai pH selama 24 jam
Bobot awal Bobot akhir Daya serap
Ulangan
Rerata
(g)
(g)
(g/g)
1
0.1074
3.6305
33.8035
34.7826
2
0.1108
3.4084
30.7617
1
0.1024
13.6968
133.7578
135.9480
2
0.1049
14.4907
138.1382
1
0.1103
32.0184
290.2847
294.7494
2
0.1116
33.3923
299.2141
1
0.1106
34.0608
307.9638
305.7436
2
0.1024
31.0808
303.5234
1
0.1213
50.6467
417.5326
417.0326
2
0.1342
55.8784
416.3815
1
0.1108
34.5447
311.7753
312.9543
2
0.1005
31.5704
314.1333
1
0.1110
32.6794
291.5667
291.9613
2
0.1152
33.6794
292.3559
1
0.1006
26.7255
265.6610
263.4118
2
0.1070
27.9444
261.1626
1
0.1236
30.2352
244.6213
245.9405
2
0.1008
24.9253
247.2748
1
0.1248
17.5194
140.3798
145.4857
2
0.1031
15.5260
150.5916
1
0.1181
14.6969
124.4445
125.8427
2
0.1125
14.3146
127.2409
1
0.1194
7.7840
65.1926
67.8677
2
0.1216
8.5780
70.5428
20
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 22 Agustus 1991 dari Bapak Agus
Salim dan Ibu Sukaesih. Penulis merupakan putri pertama dari 2 bersaudara.
Penulis lulus tahun 2009 dari SMA Negeri 9 Bogor dan pada tahun yang sama
lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Ujian Talenta Mandiri IPB (UTMI) pada
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama menjalani masa perkuliahan di IPB, Penulis pernah menjadi asisten
praktikum Kimia Organik 2012/2013 di Program Keahlian D3 Analisis Kimia
IPB, asisten Kimia Dasar 1 2011/2012, Asisten Kimia B (2011-2012), Asisten
Kimia Dasar 2 (2012-2013) di mayor S1 Kimia IPB. Penulis pernah melakukan
praktik kerja lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak
dan Gas Bumi Lemigas Jakarta dengan judul laporan Uji Kandungan Sulfur dalam
Pelumas Menggunakan Spektrofotometer Sinar-X Energi Dispersif.