Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis
ABSTRAK
NANA RUSMANA. Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis. Dibimbing
oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.
Poli(asamlaktat) (PLA) merupakan poliester alifatik yang dapat digunakan untuk
bahan baku pembuatan plastik biodegradabel dan bahan penyalut obat. PLA dibuat
dengan polikondensasi langsung asam laktat tanpa katalis pada waktu 24 dan 32 jam
dengan suhu 150 dan 160 °C . PLA yang dihasilkan dicirikan dengan spektrometer
inframerah transformasi fourier (FTIR) dan bobot molekul diukur dengan viskometer.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan waktu dan suhu mempengaruhi bobot
molekul PLA yang dihasilkan. Bobot molekul tertinggi didapatkan dengan memanaskan
asam laktat pada suhu 160 °C selama 24 jam, yaitu 12375.99 g/mol. Sementara bobot
molekul terendah diperoleh pada suhu 160 °C selama 32 jam, yaitu 519.82 g/mol. Pola
spektrum FTIR menunjukkan adanya vibrasi ulur C-H pada 2998.81 cm-1 dan 2946.60
cm1, gugus karbonil (C=O) pada 1763.73 cm-1, vibrasi tekuk C-C pada 1458.28 cm-1, dan
vibrasi tekuk C-O pada 1184.80 cm-1.
ABSTRACT
NANA RUSMANA. Optimalitation of Poly(lacticacid) Synthesis without Catalyst.
Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.
Poly(lacticacid) (PLA) is an aliphatic polyester that can be used for raw material
of biodegradable plastic and coating material of medicines. PLA was made with direct
polycondensation without catalyst in 24 and 32 hours at 150 and 160 °C. The product of
PLA was characterized by fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and the
molecular weight was measured with viscometer. The analysis showed that time and
temperature addition were affected the result of PLA molecular weight. The highest
molecular weight was 12375.99 g/mol. It was obtained by lactic acid heating in
temperature of 160 °C during 24 hours. On the other hand, the lowest molecul weight was
519.82 g/mol which was found at 160 ⁰C during 32 hours. FTIR spectrum showed the
existence of C-H stretching vibration at 2998.81 cm-1 dan 2946.60 cm1, carbonyl group
(C=O) at 1763.73 cm-1, C-C bending vibration at 1458.28 cm-1, and C-O bending
vibration at 1184.80 cm-1.
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
2
disebabkan adanya gugus hidroksi pada
posisi α.
Polikondensasi
Polimerisasi
kondensasi
melibatkan
pelepasan molekul kecil seperti air.
Pembentukan polimer secara kondensasi dapat
dilakukan pada monomer yang memiliki
gugus fungsi hidroksil dan karboksilat seperti
asam laktat dan asam glikolat. Pembentukan
polimer dengan cara ini diawali dengan
bereaksinya dua monomer membentuk dimer
dan air. Setelah itu, dimer yang terbentuk
bereaksi dengan monomer membentuk trimer.
Trimer yang telah terbentuk dapat bereaksi
dengan dimer membentuk pentamer atau
dapat pula bereaksi dengan monomer dan
dimer. Reaksi ini terus berlangsung sampai
terbentuk polimer. Reaksi yang terjadi pada
polimerisasi yang melibatkan pelepasan air
adalah:
monomer + monomer → dimer + H2O
monomer + dimer → trimer + H2O
monomer + trimer → tetramer + H2O
dimer + dimer → tetramer + H2O
dimer + trimer → pentamer + H2O
oligomer + oligomer → polimer + H2O
Reaksi polikondensasi bersifat dapat balik
sehingga air yang dilepaskan harus
dipindahkan untuk menghasilkan polimer
berbobot molekul tinggi (Allcock & Lampe
1981). Polikondensasi dapat dilakukan
dengan baik pada cairan maupun padatan,
yang dikenal dengan melt polycondentation.
Polimer yang dapat dibuat dengan metode
melt polycondentation adalah PLA yang
dibuat dari Na-kloropropionat dan PGA yang
dibuat dari Na-kloroasetat. Molekul kecil
yang dilepaskan pada pembentukan PLA dan
PGA berupa garam NaCl (Lee et al. 2005).
Sementara polimer yang dibuat dengan
polikondensasi biasa di antaranya adalah PLA
yang dibuat dari asam laktat dan PGA yang
dibuat dari asam glikolat, poliester, dan
polikaprolakton.
Poliasamlaktat (PLA)
Poliasamlaktat (Gambar 2) merupakan
poliester alifatik serbaguna yang tersusun atas
monomer asam laktat (Gruber & O’Brien
2002). PLA telah dikenal sejak tahun 1932.
PLA pertama kali disintesis oleh Wallace
Carothers, peneliti Dupont, dengan cara
memanaskan asam laktat pada kondisi vakum.
PLA memiliki beberapa gugus hidroksil pada
ujung rantainya. Adanya gugus ini
menyebabkan PLA dapat terdegradasi. PLA
merupakan polimer yang dapat terdegradasi
secara alami oleh panas, cahaya, bakteri,
maupun oleh proses hidrolisis. Selain itu,
polimer ini juga bersifat biokompatibel, yaitu
cocok dalam tubuh tanpa menimbulkan efek
yang berbahaya dan bersifat termoplastik.
O
OH
O
HO
O
n
O
O
PLA
Gambar 2 Struktur kimia PLA.
Pembuatan PLA dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu polikondensasi asam
laktat dan reaksi pembukaan cincin laktida.
Pembuatan PLA tidak hanya dengan cara
polimerisasi asam laktat, namun PLA dapat
pula dihasilkan dari pemanasan alkalikloropropionat
(natrium atau
kalium
kloropropionat) (Siedler et al. 2001).
Kovalchuk et al. (2005) membuat PLA
dengan
cara
memanaskan
natrium-2kloropropionat pada suhu 170 °C. PLA yang
terbentuk
dari
pemanasan
Na-2kloropropionat ini berupa PLA yang memiliki
bobot molekul 4170 g/mol, titik transisi gelas
45 °C, dan derajat polimerisasi sebesar 58,
namun metode ini sulit mengontrol gugus
ujung, bobot molekul, dan distribusi bobot
molekulnya (Badami 2004). Kelebihan
metode ini adalah mudah dikerjakan dan biaya
relatif rendah.
PLA dapat berada dalam bentuk optis aktif
(L-PLA) dan (D-PLA) atau dalam campuran
rasemiknya yang tidak bersifat optis aktif. LPLA yang terdapat di alam mempunyai
derajat kristalinitas sekitar 37%, suhu transisi
kaca 50-80 ºC, dan titik lelehnya 173-178 ºC.
Sementara D,L-PLA mempunyai struktur
amorf karena rantai polimernya tidak teratur.
Umumnya polimer ini tersusun atas campuran
struktur kristalin dan amorf, dengan struktur
yang dominan akan memengaruhi sifat
mekanik polimer tersebut. Campuran rasemik
D,L-PLA lebih disukai daripada L-PLA
karena obat lebih mudah didispersikan secara
homogen dalam matriks polimer (Robani
2004).
3
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah FTIR
Shimadzu 8400 dan viskometer Ostwald.
Bahan-bahan yang digunakan adalah asam
laktat 95%, dan katalis SnOct2.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri atas dua tahap, yaitu
pembuatan PLA dengan polikondensasi asam
laktat dan pencirian PLA. Pencirian yang
dilakukan meliputi penentuan bobot molekul
dengan metode viskometri dan pencirian
gugus fungsi dengan FTIR. Diagram alir
pembuatan PLA dapat dilihat pada Lampiran
1 dan 2.
Pembuatan PLA (Gonzales et al. 1999)
Pembuatan PLA dilakukan dengan
beberapa ragam, yaitu suhu (150 dan 160 ºC),
waktu (24 dan 32 jam), serta adanya
pembuatan PLA menggunakan katalis SnOct2
dengan tujuan untuk membandingkan bobot
molekul PLA hasil sintesis tanpa katalis
dengan bobot molekul PLA menggunakan
katalis. Susunan modifikasi pembuatan PLA
disajikan pada Tabel 1.
Gelas piala 100 mL dibersihkan,
dikeringkan, dan ditimbang bobotnya. Setelah
itu, asam laktat sebanyak 25 mL dimasukkan
ke dalam gelas piala dan ditimbang.
Selanjutnya, asam laktat tersebut dipanaskan
secara perlahan-lahan sampai suhu 120 ºC
selama 1 jam. Setelah itu, pemanasan
dilanjutkan sampai suhu dan waktu yang
diinginkan. Kemudian PLA yang dihasilkan
didinginkan pada suhu ruang dan ditimbang.
Tabel 1 Susunan modifikasi pembuatan PLA
Komposisi
Suhu (°C)
Waktu (jam)
Tanpa katalis 1
150
24
Tanpa katalis 2
150
32
Tanpa katalis 3
160
24
Tanpa katalis 4
160
32
Katalis 1
150
24
Katalis 2
160
24
Pencirian PLA
Pengukuran bobot molekul (Kaitian et al.
1996). Pengukuran viskositas digunakan
untuk menghitung bobot molekul rata-rata.
PLA dengan konsentrasi 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, dan
0.5% dilarutkan dalam etil asetat dan diukur
viskositasnya dengan viskometer Ostwald
pada suhu 25 °C (suhu konstan). Setelah itu,
viskositas relatif (ηr) ditentukan dengan cara
membandingkan waktu alir pelarut dengan
waktu alir larutan polimer (t0/t). Viskositas
intrinsik [η] dicari dengan cara memplotkan
ηspesifik/[PLA] sebagai sumbu y dan konsentrasi
sebagai sumbu x.
Bobot molekul (Mv) dan bobot molekul
rata-rata ditentukan berdasarkan persamaan
Mark-Houwink:
[η] = k(Mv)a
k dan a merupakan tetapan yang bergantung
pada pelarut, polimer, dan suhu. Pelarut dan
suhu yang akan digunakan pada penelitian ini
adalah etil asetat dan 25 °C. Nilai k dan a
secara berturut-turut adalah 1.58×10-4 dan
0.78.
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR.
Sampel ditempatkan dalam cell holder,
kemudian dicari spektrum yang sesuai.
Hasilnya didapat berupa difraktogram
hubungan antara bilangan gelombang dan
transmitans (%).
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis
Poliasamlaktat yang dihasilkan pada
penelitian
ini
menggunakan
metode
polikondesasi asam laktat secara langsung
dengan suhu tinggi. Metode ini merupakan
metode yang lebih sederhana dibandingkan
dengan metode pembuatan PLA lainnya
(Gonzales et al. 1999). Pada pembuatan PLA
terjadi reaksi bertahap dimulai dengan
pelepasan molekul air dari molekul asam
laktat kemudian terjadi polikondensasi
menjadi laktida dan selanjutnya dengan
pemanasan
terjadi
dimerisasi
untuk
membentuk PLA.
Keberadaan
molekul
air
dapat
mengganggu
proses
polimerisasi
dan
menurunkan laju polimerisasi sehingga bobot
molekul yang dihasilkan akan lebih rendah,
oleh karena itu air yang dihasilkan harus
dihilangkan (Kaitian et al. 1996, Steven
2001).
3
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah FTIR
Shimadzu 8400 dan viskometer Ostwald.
Bahan-bahan yang digunakan adalah asam
laktat 95%, dan katalis SnOct2.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri atas dua tahap, yaitu
pembuatan PLA dengan polikondensasi asam
laktat dan pencirian PLA. Pencirian yang
dilakukan meliputi penentuan bobot molekul
dengan metode viskometri dan pencirian
gugus fungsi dengan FTIR. Diagram alir
pembuatan PLA dapat dilihat pada Lampiran
1 dan 2.
Pembuatan PLA (Gonzales et al. 1999)
Pembuatan PLA dilakukan dengan
beberapa ragam, yaitu suhu (150 dan 160 ºC),
waktu (24 dan 32 jam), serta adanya
pembuatan PLA menggunakan katalis SnOct2
dengan tujuan untuk membandingkan bobot
molekul PLA hasil sintesis tanpa katalis
dengan bobot molekul PLA menggunakan
katalis. Susunan modifikasi pembuatan PLA
disajikan pada Tabel 1.
Gelas piala 100 mL dibersihkan,
dikeringkan, dan ditimbang bobotnya. Setelah
itu, asam laktat sebanyak 25 mL dimasukkan
ke dalam gelas piala dan ditimbang.
Selanjutnya, asam laktat tersebut dipanaskan
secara perlahan-lahan sampai suhu 120 ºC
selama 1 jam. Setelah itu, pemanasan
dilanjutkan sampai suhu dan waktu yang
diinginkan. Kemudian PLA yang dihasilkan
didinginkan pada suhu ruang dan ditimbang.
Tabel 1 Susunan modifikasi pembuatan PLA
Komposisi
Suhu (°C)
Waktu (jam)
Tanpa katalis 1
150
24
Tanpa katalis 2
150
32
Tanpa katalis 3
160
24
Tanpa katalis 4
160
32
Katalis 1
150
24
Katalis 2
160
24
Pencirian PLA
Pengukuran bobot molekul (Kaitian et al.
1996). Pengukuran viskositas digunakan
untuk menghitung bobot molekul rata-rata.
PLA dengan konsentrasi 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, dan
0.5% dilarutkan dalam etil asetat dan diukur
viskositasnya dengan viskometer Ostwald
pada suhu 25 °C (suhu konstan). Setelah itu,
viskositas relatif (ηr) ditentukan dengan cara
membandingkan waktu alir pelarut dengan
waktu alir larutan polimer (t0/t). Viskositas
intrinsik [η] dicari dengan cara memplotkan
ηspesifik/[PLA] sebagai sumbu y dan konsentrasi
sebagai sumbu x.
Bobot molekul (Mv) dan bobot molekul
rata-rata ditentukan berdasarkan persamaan
Mark-Houwink:
[η] = k(Mv)a
k dan a merupakan tetapan yang bergantung
pada pelarut, polimer, dan suhu. Pelarut dan
suhu yang akan digunakan pada penelitian ini
adalah etil asetat dan 25 °C. Nilai k dan a
secara berturut-turut adalah 1.58×10-4 dan
0.78.
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR.
Sampel ditempatkan dalam cell holder,
kemudian dicari spektrum yang sesuai.
Hasilnya didapat berupa difraktogram
hubungan antara bilangan gelombang dan
transmitans (%).
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis
Poliasamlaktat yang dihasilkan pada
penelitian
ini
menggunakan
metode
polikondesasi asam laktat secara langsung
dengan suhu tinggi. Metode ini merupakan
metode yang lebih sederhana dibandingkan
dengan metode pembuatan PLA lainnya
(Gonzales et al. 1999). Pada pembuatan PLA
terjadi reaksi bertahap dimulai dengan
pelepasan molekul air dari molekul asam
laktat kemudian terjadi polikondensasi
menjadi laktida dan selanjutnya dengan
pemanasan
terjadi
dimerisasi
untuk
membentuk PLA.
Keberadaan
molekul
air
dapat
mengganggu
proses
polimerisasi
dan
menurunkan laju polimerisasi sehingga bobot
molekul yang dihasilkan akan lebih rendah,
oleh karena itu air yang dihasilkan harus
dihilangkan (Kaitian et al. 1996, Steven
2001).
4
Reaksi yang terjadi dalam pembentukan PLA
adalah:
-H2O
CH3
PLA yang dihasilkan dari pemanasan asam
laktat pada suhu 160 °C memiliki warna
cokelat yang lebih pekat dibandingkan dengan
hasil pemanasan pada suhu 150 °C karena
semakin tinggi suhu pemanasan akan
menghasilkan residu karbon yang banyak dan
terjadi oksidasi yang berlebih sehingga
menghasilkan warna PLA yang lebih pekat
(Gambar 3).
PLA yang dihasilkan dari sintesis ini
berupa campuran rasemiknya (D,L-PLA)
karena menurut Dutkiewicz et al. (2003) PLA
yang disintesis pada suhu lebih dari 140 оC
akan dihasilkan bentuk rasemiknya. PLA
dalam bentuk D,L-PLA memiliki waktu
degradasi yang lebih cepat dibandingkan LPLA (Lu & Chen 2004).
Tanpa katalis 1 Tanpa katalis 2
Katalis 1
PLA mudah terdegradasi oleh panas karena
memiliki beberapa gugus hidroksil pada rantai
ujungnya (Arches 2006).
PLA yang dihasilkan larut dalam pelarut
aseton, diklorometana, etil asetat, dan
kloroform tetapi tidak larut dalam air,
sedangkan asam laktat yang digunakan larut
air dan etil asetat. Asam laktat larut dalam air
karena memiliki rantai karbon yang pendek,
namun apabila asam laktat telah menjadi
polimer menjadi tidak larut dalam air karena
sifatnya akan menjadi nonpolar (Alger 1989).
Bobot dan rendemen PLA yang dihasilkan
dipengaruhi oleh waktu dan suhu pemanasan
(Tabel 2). Semakin tinggi suhu yang
digunakan akan menurunkan bobot dan
rendemen PLA yang dihasilkan begitu juga
dengan semakin bertambahnya waktu
pemanasan. Hal ini dikarenakan monomer
asam laktat yang digunakan terus menguap
pada saat pemanasan sehingga jika monomer
tersebut telah menjadi polimer maka bobot
dan rendemen yang dihasilkan akan semakin
kecil. Adanya penambahan katalis pada
pembuatan PLA dengan kondisi waktu dan
suhu yang sama seperti pembuatan PLA tanpa
katalis dihasilkan bobot dan rendemen yang
lebih kecil. Hal ini disebabkan karena sebelum
waktu dan suhu yang diinginkan, PLA dengan
penambahan katalis akan terlebih dahulu
terbentuk polimer dan saat mencapai suhu dan
waktu
yang
diinginkan
maka
laju
polimerisasinya akan menurun sehingga bobot
dan rendemen yang dihasilkan lebih kecil
karena katalis berfungsi mempercepat
terjadinya
proses
polimerisasi.
Hasil
perhitungan bobot dan rendemen PLA tiap
ulangannya dapat dilihat pada Lampiran 3.
Tabel 2 Bobot dan rendemen rerata PLA
yang dihasilkan pada berbagai
perlakuan
Bobot (g)
Sampel
Asam
Rendemen
PLA
(%)
Laktat
Tanpa katalis 3 Tanpa katalis 4 Katalis 2
Gambar 3 PLA hasil sintesis.
PLA yang dihasilkan dari pemanasan
selama 32 jam pada suhu 160 ºC berwarna
cokelat tua yang mendekati warna hitam. Hal
ini menunjukkan bahwa pemanasan lebih dari
32 jam akan menyebabkan warna PLA
semakin hitam dan hangus terdegradasi oleh
panas dan terjadi oksidasi yang berlebihan.
Tanpa katalis 1
28.6289
6.6904
23.37
Tanpa katalis 2
28.6639
4.3118
15.04
Tanpa katalis 3
28.1222
5.5122
19.60
Tanpa katalis 4
27.9625
3.7195
13.30
Katalis 1
28.5339
6.2100
21.76
Katalis 2
28.7304
4.2688
14.86
5
Bobot Molekul PLA Hasil Sintesis
Pengukuran bobot molekul dari PLA hasil
sintesis menggunakan metode viskometri
yang dapat dilihat pada Lampiran 5. Pelarut
yang digunakan adalah etil asetat. Pelarut ini
digunakan pada pengukuran bobot molekul
PLA karena pelarut ini bersifat nonpolar,
tidak beracun, dan tidak higroskopis. Fungsi
penangas air pada pengukuran bobot molekul
ialah untuk menjaga suhu agar tetap konstan
pada suhu kamar (25 °C).
Penambahan waktu polimerisasi dan suhu
sangat berpengaruh besar terhadap bobot
molekul yang dihasilkan. Semakin lama
waktu polimerisasi akan menurunkan bobot
molekul, sedangkan semakin tinggi suhu akan
meningkatkan bobot molekul, namun jika
suhunya juga terlalu tinggi maka PLA yang
dihasilkan akan hangus dan terdegradasi
sehingga bobot molekul yang dihasilkan
rendah (Tabel 3).
Tabel 3 Hasil rerata pengukuran viskositas
intrinsik dan bobot molekul pada
PLA
Sampel
[η]
Tanpa katalis 1
Tanpa katalis 2
Tanpa katalis 3
Tanpa katalis 4
Katalis 1
Katalis 2
0.2312
0.2244
0.2444
0.0208
0.2129
0.2482
Bobot
molekul
PLA (g/mol)
11431.85
10999.44
12275.29
519.82
10284.98
12520.49
PLA dengan suhu reaksi 160 °C dan waktu
pemanasan 32 jam (Tanpa katalis 4) memiliki
bobot molekul yang lebih kecil dibandingkan
dengan PLA pada suhu 150 °C dan 160 °C
waktu pemanasan 24 jam (Tanpa katalis 1 dan
Tanpa katalis 3) karena pada sampel PLA
(Tanpa katalis 4) telah terdegradasi oleh panas
dan terdeposisi sehingga rantai polimernya
akan lebih pendek dan cenderung kembali
sebagai esternya, sedangkan PLA dengan
suhu 160 °C dengan waktu pemanasan 24 jam
(Tanpa katalis 3) menghasilkan bobot
molekul yang lebih besar daripada PLA
dengan suhu 150 °C waktu pemanasan 24 jam
karena rantai polimer yang dihasilkan lebih
panjang dan derajat polimerisasi yang
dihasilkan lebih besar sehingga menghasilkan
bobot molekul yang tinggi.
Secara keseluruhan bobot molekul yang
dihasilkan pada PLA dengan suhu 160 °C
waktu pemanasan 32 jam sangat rendah
dibandingkan dengan PLA dengan suhu
150 °C dan 160 °C dengan waktu pemanasan
24 jam. Hal ini dikarenakan lamanya waktu
pemanasan dan suhu yang terlalu tinggi
membuat PLA yang dihasilkan hangus terjadi
degradasi oleh panas dan kemungkinan
terjadinya reaksi balik molekul air sehingga
bobot molekul rendah. Bobot molekul PLA
yang dihasilkan tidak berbeda nyata jika
dibandingkan dengan bobot molekul PLA
menggunakan katalis SnOct2. Hal ini
dikarenakan pembuatan PLA menggunakan
katalis pada kondisi waktu dan suhu
polimerisasi yang sama dengan pembuatan
PLA tanpa katalis memiliki laju polimerisasi
lebih cepat dibandingkan dengan PLA tanpa
katalis sehingga sebelum waktu dan suhu
yang diinginkan polimerisasi akan lebih
dahulu tercapai dan pada saat waktu dan suhu
yang diinginkan maka laju polimerisasinya
akan menurun dan menyebabkan PLA
terdegradasi lebih dahulu sebelum waktunya
serta bobot molekul yang dihasilkan akan
lebih kecil. Hal ini sangat diharapkan bila
PLA digunakan sebagai bahan penyalut obat
karena PLA tanpa katalis tidak berbahaya bagi
tubuh. Hasil pengukuran viskositas intrinsik
dan bobot molekul PLA tiap ulangannya dapat
dilihat pada Lampiran 4.
Spektrum FTIR PLA Hasil Sintesis
Uji FTIR ini dilakukan pada sampel
Katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel Tanpa
katalis 3 ulangan 2 (B). Adanya serapan yang
lebar pada bilangan gelombang 3200-4000
cm-1 dengan intensitas yang rendah
menunjukkan bahwa PLA yang dihasilkan
memiliki bobot molekul yang besar. Hal
tersebut dikarenakan gugus OH dari monomer
asam laktat telah hilang atau tereduksi karena
digunakan dalam pembentukan ikatan tulang
punggung polimer sehingga jumlah gugus OH
pada PLA hasil sintesis tanpa atau dengan
katalis berkurang dan menghasilkan bobot
molekul yang besar (Kaitian et al. 1996)
(Lampiran 6). Perbedaan dari kedua spektrum
FTIR PLA sampel A dan sampel B (Gambar
4) dapat terlihat dari intensitas serapan yang
dihasilkan dan pada bilangan gelombang
3200-4000 cm-1. Intensitas serapan pada
bilangan gelombang 3200-4000 cm-1 sampel
B lebih rendah dibandingkan dengan sampel
A karena sampel B memiliki bobot molekul
yang lebih kecil. Hal ini dikarenakan jumlah
rantai karbon yang dimiliki sampel A lebih
banyak dibandingkan sampel B.
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
7
Gonzales MF, Ruseckaite RA, Cuadrado TR.
1999. Structural changes of polylacticacid (PLA) microspheres under hydrolytic
degradation. Journal of Applied Polymer
Science 71:1223-1230.
Gruber P, O’Brien M. 2006. Polylactides.
http: //www.cargildow.com/Polylactide.
html. [20 Agu 2009].
Kaitian X, Kozluca A, Denkbas EB, Piskin E.
1996. Poly(D,L-lacticacid) homopolimers:
Synthesis and characterisation. Turkey
Journal of Chemistry 20:43-53.
Kovalchuk A et al. 2005. Controlled release
of
goserelin
from
microporous
polyglicolide
and
polylactide.
Macromomolecul Bioscience 5:289-298.
Lee MW, Tan HT, Chandrasekaran M, Oii
CP. 2005. Synthesis and characterisation
of PLLA by melt polycondensation using
binary catalyst system. SIMTech Technical
Reports 6:40-44.
Leksono Bowo. 2008. Ecoplas tas ramah
lingkungan.http://digilib.ampl.or.id/file/pd
f/percik23.pdf. [30 Des 2008].
Lu Y, Chen SC. 2004. Micro and nanofabrication of biodegradable polymers for
drug delivery. Advanced Drug Delivery
Review 56:1621–1633.
Pranamuda H. 2001. Pengembangan bahan
plastik biodegradabel berbahan baku pati
tropis. http://std. ryu. titech. Ac. Jp /% 7
Eindonesia/ zoa.html. [20 Jan 2009].
Robani MN. 2004. Biodegradasi struktur dan
morfologi mikrosfer polilaktat [skripsi].
Bogor: FMIPA, Institut Pertanian Bogor.
Siedler et al. 2001. Porous poly(D,L-lactide)
and poly(D,L-lactide-co-glycolide) produ
ced by thermal salt elimination from
halogenocarboxylates.
Journal
of
Chemistry Society 10:3140-3148.
Steven MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I,
penerjemah:Jakarta: Erlangga. Terjemahan
dari Polymer Chemistry: An Introduction.
Vink ETH et al. 2003. Applications of life
cycle assessment to Nature WorksTM
polylactide (PLA) production. Jornal of
Polymer Degradation and Stability
80:403-419.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
NANA RUSMANA. Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis. Dibimbing
oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.
Poli(asamlaktat) (PLA) merupakan poliester alifatik yang dapat digunakan untuk
bahan baku pembuatan plastik biodegradabel dan bahan penyalut obat. PLA dibuat
dengan polikondensasi langsung asam laktat tanpa katalis pada waktu 24 dan 32 jam
dengan suhu 150 dan 160 °C . PLA yang dihasilkan dicirikan dengan spektrometer
inframerah transformasi fourier (FTIR) dan bobot molekul diukur dengan viskometer.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan waktu dan suhu mempengaruhi bobot
molekul PLA yang dihasilkan. Bobot molekul tertinggi didapatkan dengan memanaskan
asam laktat pada suhu 160 °C selama 24 jam, yaitu 12375.99 g/mol. Sementara bobot
molekul terendah diperoleh pada suhu 160 °C selama 32 jam, yaitu 519.82 g/mol. Pola
spektrum FTIR menunjukkan adanya vibrasi ulur C-H pada 2998.81 cm-1 dan 2946.60
cm1, gugus karbonil (C=O) pada 1763.73 cm-1, vibrasi tekuk C-C pada 1458.28 cm-1, dan
vibrasi tekuk C-O pada 1184.80 cm-1.
ABSTRACT
NANA RUSMANA. Optimalitation of Poly(lacticacid) Synthesis without Catalyst.
Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.
Poly(lacticacid) (PLA) is an aliphatic polyester that can be used for raw material
of biodegradable plastic and coating material of medicines. PLA was made with direct
polycondensation without catalyst in 24 and 32 hours at 150 and 160 °C. The product of
PLA was characterized by fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and the
molecular weight was measured with viscometer. The analysis showed that time and
temperature addition were affected the result of PLA molecular weight. The highest
molecular weight was 12375.99 g/mol. It was obtained by lactic acid heating in
temperature of 160 °C during 24 hours. On the other hand, the lowest molecul weight was
519.82 g/mol which was found at 160 ⁰C during 32 hours. FTIR spectrum showed the
existence of C-H stretching vibration at 2998.81 cm-1 dan 2946.60 cm1, carbonyl group
(C=O) at 1763.73 cm-1, C-C bending vibration at 1458.28 cm-1, and C-O bending
vibration at 1184.80 cm-1.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
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
2009
Judul : Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis
Nama : Nana Rusmana
NIM : G44051255
Menyetujui
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Tetty Kemala, S.Si., M.Si.
NIP 19710407 199903 2 001
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 19620406 198903 1 002
Mengetahui:
Ketua Departemen Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji bagi Allah SWT berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April sampai
Agustus 2009 yang bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik, Departemen Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Tetty Kemala, S.Si., M.Si. dan Bapak
Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan
bimbingannya selama penelitian. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada
Bapak Yani dari departemen Fisika, Bapak Kawi dari bengkel bubut Bekasi, dan Bapak
Caca dari Laboratorium Kimia Anorganik departemen Kimia yang telah membantu dalam
pembuatan reaktor.
Ungkapan terima kasih tak terhingga kepada Ayah, Ibu, adik-adikku, dan
seluruh keluarga atas nasihat, semangat, bantuan materi, dan doa-doanya. Ucapan
terima kasih kepada Janti, Ivan, Zehan, Sulvi, Hafidz, Mega SL, dan Dedeh yang
telah memberikan semangat, motivasi, dan dorongan dalam menyusun karya
ilmiah ini.
Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan ilmu
pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya.
Bogor, Desember 2009
Nana Rusmana
6
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 3 Juni 1987 dari pasangan Usman dan
Ida Rusmila Dewi. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 2005 penulis lulus dari SMU Negeri 6 Bekasi dan pada tahun yang sama
lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis
memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
Selama masa perkuliahan penulis aktif di beberapa organisasi antara lain UKM
Bulutangkis IPB, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika), dan Ikatan Alumni SMU 6 Bekasi.
Selain itu, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Anorganik pada tahun ajaran
2009/2010, praktikum Kimia Dasar TPB pada tahun ajaran 2009/2010, dan praktikum
Kimia Polimer pada tahun 2009/2010. Pada bulan Juli-Agustus 2008 penulis
berkesempatan melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di PT Multistrada Arah Sarana
yang berjudul “Kontrol Kualitas Bahan Baku Ban Sepeda Motor”.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
vi
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat .....................................................................................................
Polikondensasi .................................................................................................
Poliasamlaktat (PLA)........................................................................................
1
2
2
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ................................................................................................
Tahapan Penelitian ...........................................................................................
3
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis ............................................................................................
Bobot Molekul PLA Hasil Sintesis...................................................................
Spektrum FTIR PLA Hasil Sintesis ..................................................................
3
5
5
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
6
6
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
6
LAMPIRAN ...............................................................................................................
8
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Susunan modifikasi pembuatan PLA ..................................................................
3
2
Bobot dan rendemen rerata PLA yang dihasilkan pada berbagai perlakuan ........
4
3
Hasil rerata pengukuran viskositas intrinsik dan bobot molekul PLA .................
5
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus molekul D (-) dan L (+) asam laktat .........................................................
1
2
Struktur kimia PLA ..............................................................................................
2
3
PLA hasil sintesis .................................................................................................
4
4
Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 dan sampel tanpa katalis 3
ulangan 2 ..............................................................................................................
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Diagram alir pembuatan PLA dengan metode polikondensasi tanpa katalis…….
2
Diagram alir pembuatan PLA dengan metode polikondensasi dengan
Katalis…………………………………………………………………………..
9
9
3
Bobot dan rendemen PLA yang dihasilkan pada berbagai perlakuan……….
10
4
Hasil pengukuran viskositas intrinsik dan bobot molekul pada PLA……………. 10
5
Data hasil pengukuran viskositas intrinsik pada berbagai sampel........................
11
6
Spektrum FTIR asam laktat dan PLA literatur.......................................................
23
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
2
disebabkan adanya gugus hidroksi pada
posisi α.
Polikondensasi
Polimerisasi
kondensasi
melibatkan
pelepasan molekul kecil seperti air.
Pembentukan polimer secara kondensasi dapat
dilakukan pada monomer yang memiliki
gugus fungsi hidroksil dan karboksilat seperti
asam laktat dan asam glikolat. Pembentukan
polimer dengan cara ini diawali dengan
bereaksinya dua monomer membentuk dimer
dan air. Setelah itu, dimer yang terbentuk
bereaksi dengan monomer membentuk trimer.
Trimer yang telah terbentuk dapat bereaksi
dengan dimer membentuk pentamer atau
dapat pula bereaksi dengan monomer dan
dimer. Reaksi ini terus berlangsung sampai
terbentuk polimer. Reaksi yang terjadi pada
polimerisasi yang melibatkan pelepasan air
adalah:
monomer + monomer → dimer + H2O
monomer + dimer → trimer + H2O
monomer + trimer → tetramer + H2O
dimer + dimer → tetramer + H2O
dimer + trimer → pentamer + H2O
oligomer + oligomer → polimer + H2O
Reaksi polikondensasi bersifat dapat balik
sehingga air yang dilepaskan harus
dipindahkan untuk menghasilkan polimer
berbobot molekul tinggi (Allcock & Lampe
1981). Polikondensasi dapat dilakukan
dengan baik pada cairan maupun padatan,
yang dikenal dengan melt polycondentation.
Polimer yang dapat dibuat dengan metode
melt polycondentation adalah PLA yang
dibuat dari Na-kloropropionat dan PGA yang
dibuat dari Na-kloroasetat. Molekul kecil
yang dilepaskan pada pembentukan PLA dan
PGA berupa garam NaCl (Lee et al. 2005).
Sementara polimer yang dibuat dengan
polikondensasi biasa di antaranya adalah PLA
yang dibuat dari asam laktat dan PGA yang
dibuat dari asam glikolat, poliester, dan
polikaprolakton.
Poliasamlaktat (PLA)
Poliasamlaktat (Gambar 2) merupakan
poliester alifatik serbaguna yang tersusun atas
monomer asam laktat (Gruber & O’Brien
2002). PLA telah dikenal sejak tahun 1932.
PLA pertama kali disintesis oleh Wallace
Carothers, peneliti Dupont, dengan cara
memanaskan asam laktat pada kondisi vakum.
PLA memiliki beberapa gugus hidroksil pada
ujung rantainya. Adanya gugus ini
menyebabkan PLA dapat terdegradasi. PLA
merupakan polimer yang dapat terdegradasi
secara alami oleh panas, cahaya, bakteri,
maupun oleh proses hidrolisis. Selain itu,
polimer ini juga bersifat biokompatibel, yaitu
cocok dalam tubuh tanpa menimbulkan efek
yang berbahaya dan bersifat termoplastik.
O
OH
O
HO
O
n
O
O
PLA
Gambar 2 Struktur kimia PLA.
Pembuatan PLA dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu polikondensasi asam
laktat dan re
NANA RUSMANA. Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis. Dibimbing
oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.
Poli(asamlaktat) (PLA) merupakan poliester alifatik yang dapat digunakan untuk
bahan baku pembuatan plastik biodegradabel dan bahan penyalut obat. PLA dibuat
dengan polikondensasi langsung asam laktat tanpa katalis pada waktu 24 dan 32 jam
dengan suhu 150 dan 160 °C . PLA yang dihasilkan dicirikan dengan spektrometer
inframerah transformasi fourier (FTIR) dan bobot molekul diukur dengan viskometer.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan waktu dan suhu mempengaruhi bobot
molekul PLA yang dihasilkan. Bobot molekul tertinggi didapatkan dengan memanaskan
asam laktat pada suhu 160 °C selama 24 jam, yaitu 12375.99 g/mol. Sementara bobot
molekul terendah diperoleh pada suhu 160 °C selama 32 jam, yaitu 519.82 g/mol. Pola
spektrum FTIR menunjukkan adanya vibrasi ulur C-H pada 2998.81 cm-1 dan 2946.60
cm1, gugus karbonil (C=O) pada 1763.73 cm-1, vibrasi tekuk C-C pada 1458.28 cm-1, dan
vibrasi tekuk C-O pada 1184.80 cm-1.
ABSTRACT
NANA RUSMANA. Optimalitation of Poly(lacticacid) Synthesis without Catalyst.
Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.
Poly(lacticacid) (PLA) is an aliphatic polyester that can be used for raw material
of biodegradable plastic and coating material of medicines. PLA was made with direct
polycondensation without catalyst in 24 and 32 hours at 150 and 160 °C. The product of
PLA was characterized by fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and the
molecular weight was measured with viscometer. The analysis showed that time and
temperature addition were affected the result of PLA molecular weight. The highest
molecular weight was 12375.99 g/mol. It was obtained by lactic acid heating in
temperature of 160 °C during 24 hours. On the other hand, the lowest molecul weight was
519.82 g/mol which was found at 160 ⁰C during 32 hours. FTIR spectrum showed the
existence of C-H stretching vibration at 2998.81 cm-1 dan 2946.60 cm1, carbonyl group
(C=O) at 1763.73 cm-1, C-C bending vibration at 1458.28 cm-1, and C-O bending
vibration at 1184.80 cm-1.
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
2
disebabkan adanya gugus hidroksi pada
posisi α.
Polikondensasi
Polimerisasi
kondensasi
melibatkan
pelepasan molekul kecil seperti air.
Pembentukan polimer secara kondensasi dapat
dilakukan pada monomer yang memiliki
gugus fungsi hidroksil dan karboksilat seperti
asam laktat dan asam glikolat. Pembentukan
polimer dengan cara ini diawali dengan
bereaksinya dua monomer membentuk dimer
dan air. Setelah itu, dimer yang terbentuk
bereaksi dengan monomer membentuk trimer.
Trimer yang telah terbentuk dapat bereaksi
dengan dimer membentuk pentamer atau
dapat pula bereaksi dengan monomer dan
dimer. Reaksi ini terus berlangsung sampai
terbentuk polimer. Reaksi yang terjadi pada
polimerisasi yang melibatkan pelepasan air
adalah:
monomer + monomer → dimer + H2O
monomer + dimer → trimer + H2O
monomer + trimer → tetramer + H2O
dimer + dimer → tetramer + H2O
dimer + trimer → pentamer + H2O
oligomer + oligomer → polimer + H2O
Reaksi polikondensasi bersifat dapat balik
sehingga air yang dilepaskan harus
dipindahkan untuk menghasilkan polimer
berbobot molekul tinggi (Allcock & Lampe
1981). Polikondensasi dapat dilakukan
dengan baik pada cairan maupun padatan,
yang dikenal dengan melt polycondentation.
Polimer yang dapat dibuat dengan metode
melt polycondentation adalah PLA yang
dibuat dari Na-kloropropionat dan PGA yang
dibuat dari Na-kloroasetat. Molekul kecil
yang dilepaskan pada pembentukan PLA dan
PGA berupa garam NaCl (Lee et al. 2005).
Sementara polimer yang dibuat dengan
polikondensasi biasa di antaranya adalah PLA
yang dibuat dari asam laktat dan PGA yang
dibuat dari asam glikolat, poliester, dan
polikaprolakton.
Poliasamlaktat (PLA)
Poliasamlaktat (Gambar 2) merupakan
poliester alifatik serbaguna yang tersusun atas
monomer asam laktat (Gruber & O’Brien
2002). PLA telah dikenal sejak tahun 1932.
PLA pertama kali disintesis oleh Wallace
Carothers, peneliti Dupont, dengan cara
memanaskan asam laktat pada kondisi vakum.
PLA memiliki beberapa gugus hidroksil pada
ujung rantainya. Adanya gugus ini
menyebabkan PLA dapat terdegradasi. PLA
merupakan polimer yang dapat terdegradasi
secara alami oleh panas, cahaya, bakteri,
maupun oleh proses hidrolisis. Selain itu,
polimer ini juga bersifat biokompatibel, yaitu
cocok dalam tubuh tanpa menimbulkan efek
yang berbahaya dan bersifat termoplastik.
O
OH
O
HO
O
n
O
O
PLA
Gambar 2 Struktur kimia PLA.
Pembuatan PLA dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu polikondensasi asam
laktat dan reaksi pembukaan cincin laktida.
Pembuatan PLA tidak hanya dengan cara
polimerisasi asam laktat, namun PLA dapat
pula dihasilkan dari pemanasan alkalikloropropionat
(natrium atau
kalium
kloropropionat) (Siedler et al. 2001).
Kovalchuk et al. (2005) membuat PLA
dengan
cara
memanaskan
natrium-2kloropropionat pada suhu 170 °C. PLA yang
terbentuk
dari
pemanasan
Na-2kloropropionat ini berupa PLA yang memiliki
bobot molekul 4170 g/mol, titik transisi gelas
45 °C, dan derajat polimerisasi sebesar 58,
namun metode ini sulit mengontrol gugus
ujung, bobot molekul, dan distribusi bobot
molekulnya (Badami 2004). Kelebihan
metode ini adalah mudah dikerjakan dan biaya
relatif rendah.
PLA dapat berada dalam bentuk optis aktif
(L-PLA) dan (D-PLA) atau dalam campuran
rasemiknya yang tidak bersifat optis aktif. LPLA yang terdapat di alam mempunyai
derajat kristalinitas sekitar 37%, suhu transisi
kaca 50-80 ºC, dan titik lelehnya 173-178 ºC.
Sementara D,L-PLA mempunyai struktur
amorf karena rantai polimernya tidak teratur.
Umumnya polimer ini tersusun atas campuran
struktur kristalin dan amorf, dengan struktur
yang dominan akan memengaruhi sifat
mekanik polimer tersebut. Campuran rasemik
D,L-PLA lebih disukai daripada L-PLA
karena obat lebih mudah didispersikan secara
homogen dalam matriks polimer (Robani
2004).
3
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah FTIR
Shimadzu 8400 dan viskometer Ostwald.
Bahan-bahan yang digunakan adalah asam
laktat 95%, dan katalis SnOct2.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri atas dua tahap, yaitu
pembuatan PLA dengan polikondensasi asam
laktat dan pencirian PLA. Pencirian yang
dilakukan meliputi penentuan bobot molekul
dengan metode viskometri dan pencirian
gugus fungsi dengan FTIR. Diagram alir
pembuatan PLA dapat dilihat pada Lampiran
1 dan 2.
Pembuatan PLA (Gonzales et al. 1999)
Pembuatan PLA dilakukan dengan
beberapa ragam, yaitu suhu (150 dan 160 ºC),
waktu (24 dan 32 jam), serta adanya
pembuatan PLA menggunakan katalis SnOct2
dengan tujuan untuk membandingkan bobot
molekul PLA hasil sintesis tanpa katalis
dengan bobot molekul PLA menggunakan
katalis. Susunan modifikasi pembuatan PLA
disajikan pada Tabel 1.
Gelas piala 100 mL dibersihkan,
dikeringkan, dan ditimbang bobotnya. Setelah
itu, asam laktat sebanyak 25 mL dimasukkan
ke dalam gelas piala dan ditimbang.
Selanjutnya, asam laktat tersebut dipanaskan
secara perlahan-lahan sampai suhu 120 ºC
selama 1 jam. Setelah itu, pemanasan
dilanjutkan sampai suhu dan waktu yang
diinginkan. Kemudian PLA yang dihasilkan
didinginkan pada suhu ruang dan ditimbang.
Tabel 1 Susunan modifikasi pembuatan PLA
Komposisi
Suhu (°C)
Waktu (jam)
Tanpa katalis 1
150
24
Tanpa katalis 2
150
32
Tanpa katalis 3
160
24
Tanpa katalis 4
160
32
Katalis 1
150
24
Katalis 2
160
24
Pencirian PLA
Pengukuran bobot molekul (Kaitian et al.
1996). Pengukuran viskositas digunakan
untuk menghitung bobot molekul rata-rata.
PLA dengan konsentrasi 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, dan
0.5% dilarutkan dalam etil asetat dan diukur
viskositasnya dengan viskometer Ostwald
pada suhu 25 °C (suhu konstan). Setelah itu,
viskositas relatif (ηr) ditentukan dengan cara
membandingkan waktu alir pelarut dengan
waktu alir larutan polimer (t0/t). Viskositas
intrinsik [η] dicari dengan cara memplotkan
ηspesifik/[PLA] sebagai sumbu y dan konsentrasi
sebagai sumbu x.
Bobot molekul (Mv) dan bobot molekul
rata-rata ditentukan berdasarkan persamaan
Mark-Houwink:
[η] = k(Mv)a
k dan a merupakan tetapan yang bergantung
pada pelarut, polimer, dan suhu. Pelarut dan
suhu yang akan digunakan pada penelitian ini
adalah etil asetat dan 25 °C. Nilai k dan a
secara berturut-turut adalah 1.58×10-4 dan
0.78.
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR.
Sampel ditempatkan dalam cell holder,
kemudian dicari spektrum yang sesuai.
Hasilnya didapat berupa difraktogram
hubungan antara bilangan gelombang dan
transmitans (%).
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis
Poliasamlaktat yang dihasilkan pada
penelitian
ini
menggunakan
metode
polikondesasi asam laktat secara langsung
dengan suhu tinggi. Metode ini merupakan
metode yang lebih sederhana dibandingkan
dengan metode pembuatan PLA lainnya
(Gonzales et al. 1999). Pada pembuatan PLA
terjadi reaksi bertahap dimulai dengan
pelepasan molekul air dari molekul asam
laktat kemudian terjadi polikondensasi
menjadi laktida dan selanjutnya dengan
pemanasan
terjadi
dimerisasi
untuk
membentuk PLA.
Keberadaan
molekul
air
dapat
mengganggu
proses
polimerisasi
dan
menurunkan laju polimerisasi sehingga bobot
molekul yang dihasilkan akan lebih rendah,
oleh karena itu air yang dihasilkan harus
dihilangkan (Kaitian et al. 1996, Steven
2001).
3
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan adalah FTIR
Shimadzu 8400 dan viskometer Ostwald.
Bahan-bahan yang digunakan adalah asam
laktat 95%, dan katalis SnOct2.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri atas dua tahap, yaitu
pembuatan PLA dengan polikondensasi asam
laktat dan pencirian PLA. Pencirian yang
dilakukan meliputi penentuan bobot molekul
dengan metode viskometri dan pencirian
gugus fungsi dengan FTIR. Diagram alir
pembuatan PLA dapat dilihat pada Lampiran
1 dan 2.
Pembuatan PLA (Gonzales et al. 1999)
Pembuatan PLA dilakukan dengan
beberapa ragam, yaitu suhu (150 dan 160 ºC),
waktu (24 dan 32 jam), serta adanya
pembuatan PLA menggunakan katalis SnOct2
dengan tujuan untuk membandingkan bobot
molekul PLA hasil sintesis tanpa katalis
dengan bobot molekul PLA menggunakan
katalis. Susunan modifikasi pembuatan PLA
disajikan pada Tabel 1.
Gelas piala 100 mL dibersihkan,
dikeringkan, dan ditimbang bobotnya. Setelah
itu, asam laktat sebanyak 25 mL dimasukkan
ke dalam gelas piala dan ditimbang.
Selanjutnya, asam laktat tersebut dipanaskan
secara perlahan-lahan sampai suhu 120 ºC
selama 1 jam. Setelah itu, pemanasan
dilanjutkan sampai suhu dan waktu yang
diinginkan. Kemudian PLA yang dihasilkan
didinginkan pada suhu ruang dan ditimbang.
Tabel 1 Susunan modifikasi pembuatan PLA
Komposisi
Suhu (°C)
Waktu (jam)
Tanpa katalis 1
150
24
Tanpa katalis 2
150
32
Tanpa katalis 3
160
24
Tanpa katalis 4
160
32
Katalis 1
150
24
Katalis 2
160
24
Pencirian PLA
Pengukuran bobot molekul (Kaitian et al.
1996). Pengukuran viskositas digunakan
untuk menghitung bobot molekul rata-rata.
PLA dengan konsentrasi 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, dan
0.5% dilarutkan dalam etil asetat dan diukur
viskositasnya dengan viskometer Ostwald
pada suhu 25 °C (suhu konstan). Setelah itu,
viskositas relatif (ηr) ditentukan dengan cara
membandingkan waktu alir pelarut dengan
waktu alir larutan polimer (t0/t). Viskositas
intrinsik [η] dicari dengan cara memplotkan
ηspesifik/[PLA] sebagai sumbu y dan konsentrasi
sebagai sumbu x.
Bobot molekul (Mv) dan bobot molekul
rata-rata ditentukan berdasarkan persamaan
Mark-Houwink:
[η] = k(Mv)a
k dan a merupakan tetapan yang bergantung
pada pelarut, polimer, dan suhu. Pelarut dan
suhu yang akan digunakan pada penelitian ini
adalah etil asetat dan 25 °C. Nilai k dan a
secara berturut-turut adalah 1.58×10-4 dan
0.78.
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR.
Sampel ditempatkan dalam cell holder,
kemudian dicari spektrum yang sesuai.
Hasilnya didapat berupa difraktogram
hubungan antara bilangan gelombang dan
transmitans (%).
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis
Poliasamlaktat yang dihasilkan pada
penelitian
ini
menggunakan
metode
polikondesasi asam laktat secara langsung
dengan suhu tinggi. Metode ini merupakan
metode yang lebih sederhana dibandingkan
dengan metode pembuatan PLA lainnya
(Gonzales et al. 1999). Pada pembuatan PLA
terjadi reaksi bertahap dimulai dengan
pelepasan molekul air dari molekul asam
laktat kemudian terjadi polikondensasi
menjadi laktida dan selanjutnya dengan
pemanasan
terjadi
dimerisasi
untuk
membentuk PLA.
Keberadaan
molekul
air
dapat
mengganggu
proses
polimerisasi
dan
menurunkan laju polimerisasi sehingga bobot
molekul yang dihasilkan akan lebih rendah,
oleh karena itu air yang dihasilkan harus
dihilangkan (Kaitian et al. 1996, Steven
2001).
4
Reaksi yang terjadi dalam pembentukan PLA
adalah:
-H2O
CH3
PLA yang dihasilkan dari pemanasan asam
laktat pada suhu 160 °C memiliki warna
cokelat yang lebih pekat dibandingkan dengan
hasil pemanasan pada suhu 150 °C karena
semakin tinggi suhu pemanasan akan
menghasilkan residu karbon yang banyak dan
terjadi oksidasi yang berlebih sehingga
menghasilkan warna PLA yang lebih pekat
(Gambar 3).
PLA yang dihasilkan dari sintesis ini
berupa campuran rasemiknya (D,L-PLA)
karena menurut Dutkiewicz et al. (2003) PLA
yang disintesis pada suhu lebih dari 140 оC
akan dihasilkan bentuk rasemiknya. PLA
dalam bentuk D,L-PLA memiliki waktu
degradasi yang lebih cepat dibandingkan LPLA (Lu & Chen 2004).
Tanpa katalis 1 Tanpa katalis 2
Katalis 1
PLA mudah terdegradasi oleh panas karena
memiliki beberapa gugus hidroksil pada rantai
ujungnya (Arches 2006).
PLA yang dihasilkan larut dalam pelarut
aseton, diklorometana, etil asetat, dan
kloroform tetapi tidak larut dalam air,
sedangkan asam laktat yang digunakan larut
air dan etil asetat. Asam laktat larut dalam air
karena memiliki rantai karbon yang pendek,
namun apabila asam laktat telah menjadi
polimer menjadi tidak larut dalam air karena
sifatnya akan menjadi nonpolar (Alger 1989).
Bobot dan rendemen PLA yang dihasilkan
dipengaruhi oleh waktu dan suhu pemanasan
(Tabel 2). Semakin tinggi suhu yang
digunakan akan menurunkan bobot dan
rendemen PLA yang dihasilkan begitu juga
dengan semakin bertambahnya waktu
pemanasan. Hal ini dikarenakan monomer
asam laktat yang digunakan terus menguap
pada saat pemanasan sehingga jika monomer
tersebut telah menjadi polimer maka bobot
dan rendemen yang dihasilkan akan semakin
kecil. Adanya penambahan katalis pada
pembuatan PLA dengan kondisi waktu dan
suhu yang sama seperti pembuatan PLA tanpa
katalis dihasilkan bobot dan rendemen yang
lebih kecil. Hal ini disebabkan karena sebelum
waktu dan suhu yang diinginkan, PLA dengan
penambahan katalis akan terlebih dahulu
terbentuk polimer dan saat mencapai suhu dan
waktu
yang
diinginkan
maka
laju
polimerisasinya akan menurun sehingga bobot
dan rendemen yang dihasilkan lebih kecil
karena katalis berfungsi mempercepat
terjadinya
proses
polimerisasi.
Hasil
perhitungan bobot dan rendemen PLA tiap
ulangannya dapat dilihat pada Lampiran 3.
Tabel 2 Bobot dan rendemen rerata PLA
yang dihasilkan pada berbagai
perlakuan
Bobot (g)
Sampel
Asam
Rendemen
PLA
(%)
Laktat
Tanpa katalis 3 Tanpa katalis 4 Katalis 2
Gambar 3 PLA hasil sintesis.
PLA yang dihasilkan dari pemanasan
selama 32 jam pada suhu 160 ºC berwarna
cokelat tua yang mendekati warna hitam. Hal
ini menunjukkan bahwa pemanasan lebih dari
32 jam akan menyebabkan warna PLA
semakin hitam dan hangus terdegradasi oleh
panas dan terjadi oksidasi yang berlebihan.
Tanpa katalis 1
28.6289
6.6904
23.37
Tanpa katalis 2
28.6639
4.3118
15.04
Tanpa katalis 3
28.1222
5.5122
19.60
Tanpa katalis 4
27.9625
3.7195
13.30
Katalis 1
28.5339
6.2100
21.76
Katalis 2
28.7304
4.2688
14.86
5
Bobot Molekul PLA Hasil Sintesis
Pengukuran bobot molekul dari PLA hasil
sintesis menggunakan metode viskometri
yang dapat dilihat pada Lampiran 5. Pelarut
yang digunakan adalah etil asetat. Pelarut ini
digunakan pada pengukuran bobot molekul
PLA karena pelarut ini bersifat nonpolar,
tidak beracun, dan tidak higroskopis. Fungsi
penangas air pada pengukuran bobot molekul
ialah untuk menjaga suhu agar tetap konstan
pada suhu kamar (25 °C).
Penambahan waktu polimerisasi dan suhu
sangat berpengaruh besar terhadap bobot
molekul yang dihasilkan. Semakin lama
waktu polimerisasi akan menurunkan bobot
molekul, sedangkan semakin tinggi suhu akan
meningkatkan bobot molekul, namun jika
suhunya juga terlalu tinggi maka PLA yang
dihasilkan akan hangus dan terdegradasi
sehingga bobot molekul yang dihasilkan
rendah (Tabel 3).
Tabel 3 Hasil rerata pengukuran viskositas
intrinsik dan bobot molekul pada
PLA
Sampel
[η]
Tanpa katalis 1
Tanpa katalis 2
Tanpa katalis 3
Tanpa katalis 4
Katalis 1
Katalis 2
0.2312
0.2244
0.2444
0.0208
0.2129
0.2482
Bobot
molekul
PLA (g/mol)
11431.85
10999.44
12275.29
519.82
10284.98
12520.49
PLA dengan suhu reaksi 160 °C dan waktu
pemanasan 32 jam (Tanpa katalis 4) memiliki
bobot molekul yang lebih kecil dibandingkan
dengan PLA pada suhu 150 °C dan 160 °C
waktu pemanasan 24 jam (Tanpa katalis 1 dan
Tanpa katalis 3) karena pada sampel PLA
(Tanpa katalis 4) telah terdegradasi oleh panas
dan terdeposisi sehingga rantai polimernya
akan lebih pendek dan cenderung kembali
sebagai esternya, sedangkan PLA dengan
suhu 160 °C dengan waktu pemanasan 24 jam
(Tanpa katalis 3) menghasilkan bobot
molekul yang lebih besar daripada PLA
dengan suhu 150 °C waktu pemanasan 24 jam
karena rantai polimer yang dihasilkan lebih
panjang dan derajat polimerisasi yang
dihasilkan lebih besar sehingga menghasilkan
bobot molekul yang tinggi.
Secara keseluruhan bobot molekul yang
dihasilkan pada PLA dengan suhu 160 °C
waktu pemanasan 32 jam sangat rendah
dibandingkan dengan PLA dengan suhu
150 °C dan 160 °C dengan waktu pemanasan
24 jam. Hal ini dikarenakan lamanya waktu
pemanasan dan suhu yang terlalu tinggi
membuat PLA yang dihasilkan hangus terjadi
degradasi oleh panas dan kemungkinan
terjadinya reaksi balik molekul air sehingga
bobot molekul rendah. Bobot molekul PLA
yang dihasilkan tidak berbeda nyata jika
dibandingkan dengan bobot molekul PLA
menggunakan katalis SnOct2. Hal ini
dikarenakan pembuatan PLA menggunakan
katalis pada kondisi waktu dan suhu
polimerisasi yang sama dengan pembuatan
PLA tanpa katalis memiliki laju polimerisasi
lebih cepat dibandingkan dengan PLA tanpa
katalis sehingga sebelum waktu dan suhu
yang diinginkan polimerisasi akan lebih
dahulu tercapai dan pada saat waktu dan suhu
yang diinginkan maka laju polimerisasinya
akan menurun dan menyebabkan PLA
terdegradasi lebih dahulu sebelum waktunya
serta bobot molekul yang dihasilkan akan
lebih kecil. Hal ini sangat diharapkan bila
PLA digunakan sebagai bahan penyalut obat
karena PLA tanpa katalis tidak berbahaya bagi
tubuh. Hasil pengukuran viskositas intrinsik
dan bobot molekul PLA tiap ulangannya dapat
dilihat pada Lampiran 4.
Spektrum FTIR PLA Hasil Sintesis
Uji FTIR ini dilakukan pada sampel
Katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel Tanpa
katalis 3 ulangan 2 (B). Adanya serapan yang
lebar pada bilangan gelombang 3200-4000
cm-1 dengan intensitas yang rendah
menunjukkan bahwa PLA yang dihasilkan
memiliki bobot molekul yang besar. Hal
tersebut dikarenakan gugus OH dari monomer
asam laktat telah hilang atau tereduksi karena
digunakan dalam pembentukan ikatan tulang
punggung polimer sehingga jumlah gugus OH
pada PLA hasil sintesis tanpa atau dengan
katalis berkurang dan menghasilkan bobot
molekul yang besar (Kaitian et al. 1996)
(Lampiran 6). Perbedaan dari kedua spektrum
FTIR PLA sampel A dan sampel B (Gambar
4) dapat terlihat dari intensitas serapan yang
dihasilkan dan pada bilangan gelombang
3200-4000 cm-1. Intensitas serapan pada
bilangan gelombang 3200-4000 cm-1 sampel
B lebih rendah dibandingkan dengan sampel
A karena sampel B memiliki bobot molekul
yang lebih kecil. Hal ini dikarenakan jumlah
rantai karbon yang dimiliki sampel A lebih
banyak dibandingkan sampel B.
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
6
A
B
3308.3
2946.6
2998.8
C-C
-CH
1763.7
C=O
1086.8
C-O
Gambar 4 Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 (A) dan sampel tanpa katalis 3 ulangan 2 (B).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Poliasamlaktat yang memiliki bobot
molekul tertinggi diperoleh pada suhu 160 ºC
dengan waktu pemanasan selama 24 jam.
Peningkatan
suhu
pemanasan
dan
penambahan waktu polimerisasi akan
mempengaruhi
bobot
molekul
yang
dihasilkan. Penambahan katalis pada kondisi
suhu dan waktu polimerisasi yang sama
dengan PLA tanpa menggunakan katalis
memliki bobot molekul yang tidak berbeda
nyata.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan
mengenai pembuatan PLA dengan kondisi
tekanan tinggi dan pengadukan yang terus
menerus guna menghasilkan bobot molekul
PLA yang lebih tinggi dan perlu dilakukan
pencirian
PLA
dengan
analisis
termogravimetri (TGA) untuk melihat
ketahanan PLA terhadap panas. Selain itu
perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai
pembuatan PLA dari sampah makanan.
DAFTAR PUSTAKA
Allcock H, Lampe FW. 1981. Contemporary
Polymer Chemistry. New Jersey: Prentice
Hall. Hlm 245-247.
Alger MSM. 1989. Polymer Science
Dictionary. London: Elsevier Applied
Science.
Arches. 2006. What
is PLA? http://www
.arches.uga.edu/%7Edbagal/reerences.html
[20 Agu 2009].
Badami AS. 2004. Bioresorbable electrospun
tissue scaffolds of poly(ethylene glycol- lactide) copolymers for bone tissue
engineering. [thesis]. Virginia. Virginia
Polytechnic Institute and State University.
Clark J. 2000. Interprating an infrared
spectrum. //www.chemguide.co.uk.html
[26 Mar 2006].
Dutkiewicz S, Daniela GL, Tomaszewski W.
2003. Synthesis of poly (L(+)) lacticacid
by polycondensation method in solution.
Fibres & Textiles in Eastern Europe
11:66-70.
7
Gonzales MF, Ruseckaite RA, Cuadrado TR.
1999. Structural changes of polylacticacid (PLA) microspheres under hydrolytic
degradation. Journal of Applied Polymer
Science 71:1223-1230.
Gruber P, O’Brien M. 2006. Polylactides.
http: //www.cargildow.com/Polylactide.
html. [20 Agu 2009].
Kaitian X, Kozluca A, Denkbas EB, Piskin E.
1996. Poly(D,L-lacticacid) homopolimers:
Synthesis and characterisation. Turkey
Journal of Chemistry 20:43-53.
Kovalchuk A et al. 2005. Controlled release
of
goserelin
from
microporous
polyglicolide
and
polylactide.
Macromomolecul Bioscience 5:289-298.
Lee MW, Tan HT, Chandrasekaran M, Oii
CP. 2005. Synthesis and characterisation
of PLLA by melt polycondensation using
binary catalyst system. SIMTech Technical
Reports 6:40-44.
Leksono Bowo. 2008. Ecoplas tas ramah
lingkungan.http://digilib.ampl.or.id/file/pd
f/percik23.pdf. [30 Des 2008].
Lu Y, Chen SC. 2004. Micro and nanofabrication of biodegradable polymers for
drug delivery. Advanced Drug Delivery
Review 56:1621–1633.
Pranamuda H. 2001. Pengembangan bahan
plastik biodegradabel berbahan baku pati
tropis. http://std. ryu. titech. Ac. Jp /% 7
Eindonesia/ zoa.html. [20 Jan 2009].
Robani MN. 2004. Biodegradasi struktur dan
morfologi mikrosfer polilaktat [skripsi].
Bogor: FMIPA, Institut Pertanian Bogor.
Siedler et al. 2001. Porous poly(D,L-lactide)
and poly(D,L-lactide-co-glycolide) produ
ced by thermal salt elimination from
halogenocarboxylates.
Journal
of
Chemistry Society 10:3140-3148.
Steven MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I,
penerjemah:Jakarta: Erlangga. Terjemahan
dari Polymer Chemistry: An Introduction.
Vink ETH et al. 2003. Applications of life
cycle assessment to Nature WorksTM
polylactide (PLA) production. Jornal of
Polymer Degradation and Stability
80:403-419.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2009
ABSTRAK
NANA RUSMANA. Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis. Dibimbing
oleh TETTY KEMALA dan AHMAD SJAHRIZA.
Poli(asamlaktat) (PLA) merupakan poliester alifatik yang dapat digunakan untuk
bahan baku pembuatan plastik biodegradabel dan bahan penyalut obat. PLA dibuat
dengan polikondensasi langsung asam laktat tanpa katalis pada waktu 24 dan 32 jam
dengan suhu 150 dan 160 °C . PLA yang dihasilkan dicirikan dengan spektrometer
inframerah transformasi fourier (FTIR) dan bobot molekul diukur dengan viskometer.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan waktu dan suhu mempengaruhi bobot
molekul PLA yang dihasilkan. Bobot molekul tertinggi didapatkan dengan memanaskan
asam laktat pada suhu 160 °C selama 24 jam, yaitu 12375.99 g/mol. Sementara bobot
molekul terendah diperoleh pada suhu 160 °C selama 32 jam, yaitu 519.82 g/mol. Pola
spektrum FTIR menunjukkan adanya vibrasi ulur C-H pada 2998.81 cm-1 dan 2946.60
cm1, gugus karbonil (C=O) pada 1763.73 cm-1, vibrasi tekuk C-C pada 1458.28 cm-1, dan
vibrasi tekuk C-O pada 1184.80 cm-1.
ABSTRACT
NANA RUSMANA. Optimalitation of Poly(lacticacid) Synthesis without Catalyst.
Supervised by TETTY KEMALA and AHMAD SJAHRIZA.
Poly(lacticacid) (PLA) is an aliphatic polyester that can be used for raw material
of biodegradable plastic and coating material of medicines. PLA was made with direct
polycondensation without catalyst in 24 and 32 hours at 150 and 160 °C. The product of
PLA was characterized by fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and the
molecular weight was measured with viscometer. The analysis showed that time and
temperature addition were affected the result of PLA molecular weight. The highest
molecular weight was 12375.99 g/mol. It was obtained by lactic acid heating in
temperature of 160 °C during 24 hours. On the other hand, the lowest molecul weight was
519.82 g/mol which was found at 160 ⁰C during 32 hours. FTIR spectrum showed the
existence of C-H stretching vibration at 2998.81 cm-1 dan 2946.60 cm1, carbonyl group
(C=O) at 1763.73 cm-1, C-C bending vibration at 1458.28 cm-1, and C-O bending
vibration at 1184.80 cm-1.
OPTIMALISASI PEMBUATAN POLI(ASAMLAKTAT)
TANPA KATALIS
NANA RUSMANA
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
2009
Judul : Optimalisasi Pembuatan Poli(asamlaktat) tanpa Katalis
Nama : Nana Rusmana
NIM : G44051255
Menyetujui
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Tetty Kemala, S.Si., M.Si.
NIP 19710407 199903 2 001
Drs. Ahmad Sjahriza
NIP 19620406 198903 1 002
Mengetahui:
Ketua Departemen Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor,
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji bagi Allah SWT berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat
menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April sampai
Agustus 2009 yang bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik, Departemen Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Tetty Kemala, S.Si., M.Si. dan Bapak
Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan
bimbingannya selama penelitian. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada
Bapak Yani dari departemen Fisika, Bapak Kawi dari bengkel bubut Bekasi, dan Bapak
Caca dari Laboratorium Kimia Anorganik departemen Kimia yang telah membantu dalam
pembuatan reaktor.
Ungkapan terima kasih tak terhingga kepada Ayah, Ibu, adik-adikku, dan
seluruh keluarga atas nasihat, semangat, bantuan materi, dan doa-doanya. Ucapan
terima kasih kepada Janti, Ivan, Zehan, Sulvi, Hafidz, Mega SL, dan Dedeh yang
telah memberikan semangat, motivasi, dan dorongan dalam menyusun karya
ilmiah ini.
Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan ilmu
pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya.
Bogor, Desember 2009
Nana Rusmana
6
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 3 Juni 1987 dari pasangan Usman dan
Ida Rusmila Dewi. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Tahun 2005 penulis lulus dari SMU Negeri 6 Bekasi dan pada tahun yang sama
lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis
memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
Selama masa perkuliahan penulis aktif di beberapa organisasi antara lain UKM
Bulutangkis IPB, Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika), dan Ikatan Alumni SMU 6 Bekasi.
Selain itu, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia Anorganik pada tahun ajaran
2009/2010, praktikum Kimia Dasar TPB pada tahun ajaran 2009/2010, dan praktikum
Kimia Polimer pada tahun 2009/2010. Pada bulan Juli-Agustus 2008 penulis
berkesempatan melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di PT Multistrada Arah Sarana
yang berjudul “Kontrol Kualitas Bahan Baku Ban Sepeda Motor”.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................
vi
PENDAHULUAN ....................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat .....................................................................................................
Polikondensasi .................................................................................................
Poliasamlaktat (PLA)........................................................................................
1
2
2
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan ................................................................................................
Tahapan Penelitian ...........................................................................................
3
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
PLA Hasil Sintesis ............................................................................................
Bobot Molekul PLA Hasil Sintesis...................................................................
Spektrum FTIR PLA Hasil Sintesis ..................................................................
3
5
5
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ..........................................................................................................
Saran ................................................................................................................
6
6
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................
6
LAMPIRAN ...............................................................................................................
8
viii
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Susunan modifikasi pembuatan PLA ..................................................................
3
2
Bobot dan rendemen rerata PLA yang dihasilkan pada berbagai perlakuan ........
4
3
Hasil rerata pengukuran viskositas intrinsik dan bobot molekul PLA .................
5
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Rumus molekul D (-) dan L (+) asam laktat .........................................................
1
2
Struktur kimia PLA ..............................................................................................
2
3
PLA hasil sintesis .................................................................................................
4
4
Spektrum FTIR sampel katalis 2 ulangan 1 dan sampel tanpa katalis 3
ulangan 2 ..............................................................................................................
5
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Diagram alir pembuatan PLA dengan metode polikondensasi tanpa katalis…….
2
Diagram alir pembuatan PLA dengan metode polikondensasi dengan
Katalis…………………………………………………………………………..
9
9
3
Bobot dan rendemen PLA yang dihasilkan pada berbagai perlakuan……….
10
4
Hasil pengukuran viskositas intrinsik dan bobot molekul pada PLA……………. 10
5
Data hasil pengukuran viskositas intrinsik pada berbagai sampel........................
11
6
Spektrum FTIR asam laktat dan PLA literatur.......................................................
23
PENDAHULUAN
Penggunaan
polimer
biodegradabel
sintetik dalam dua dekade ini berkembang
dengan pesat terutama di bidang farmasi dan
kemasan (Leksono 2008). Berdasarkan
laporan BPS (1999), produksi polimer
biodegradabel di dunia diproyeksikan
mencapai hampir 1,200,000 ton/tahun. Di
beberapa negara maju, bahan polimer
biodegradabel sudah ada yang diproduksi
secara komersial, seperti poli(hidroksi
alkanoat) (PHA), poli(ε-kaprolakton) (PCL),
dan poli(butilena suksinat) (PBS), namun
sebagian besar bahan baku untuk pembuatan
polimer biodegradabel tersebut masih
menggunakan sumberdaya alam yang tidak
terbarukan (non-renewable resources) dan
tidak hemat energi. Oleh karena itu,
poliasamlaktat (PLA) menjadi kandidat yang
menjanjikan karena dapat diproduksi dari
bahan alam seperti pati-patian (Pranamuda
2001).
Aplikasi PLA dalam industri farmasi
digunakan sebagai bahan penyalut obat,
benang jahit pembedahan, dan media
transplantasi jaringan atau peralatan ortopedik
(Lu & Chen 2004). PLA pada umumnya
dibuat dengan menggunakan katalis. Katalis
yang biasa digunakan dalam pembuatan PLA
adalah timah(II) oktoat (SnOct2). SnOct2
merupakan katalis homogen dan bersifat
toksik. Katalis ini sulit dipisahkan bila sudah
berikatan dengan polimer (Badami 2004). Hal
ini, tentunya sangat berbahaya jika PLA
dimanfaatkan sebagai bahan penyalut obat.
Selain dari itu, harga PLA yang ada di
pasaran saat ini relatif mahal karena dalam
pembuatannya
menggunakan
alat-alat
canggih, teknologi tinggi, dan bobot
molekulnya tinggi. Pembuatan PLA dengan
katalis menghasilkan bobot molekul yang
tidak jauh berbeda dengan PLA tanpa
menggunakan katalis pada kondisi suhu dan
waktu yang sama (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 2003). Oleh karena itu,
perlu dilakukan optimalisasi pembuatan PLA
tanpa menggunakan katalis.
Menurut Gonzales et al. (1999),
pembuatan PLA dengan cara kondensasi
merupakan metode yang lebih sederhana,
tetapi menghasilkan PLA berbobot molekul
rendah. Penyederhanaan dan pengoptimalan
dalam pembuatan PLA tanpa katalis perlu
diteliti lebih lanjut guna mengurangi biaya
produksi dan aman jika diaplikasikan dalam
industri farmasi. Pengoptimalan kondisi yang
dilakukan pada penelitian ini adalah waktu
polimerisasi dan suhu.
Polikondensasi
asam
laktat
dapat
dilakukan dalam larutan pada tekanan
atmosfer dan tekanan tereduksi (Dutkiewicz et
al. 2003) atau polikondensasi secara langsung
tanpa katalis (Fukuzaki et al. 1989, diacu
dalam Gonzales et al. 1999). Penelitian ini
bertujuan melihat pengaruh suhu dan waktu
polimerisasi terhadap pembuatan PLA tanpa
katalis kemudian membandingkan hasil PLA
tanpa katalis tersebut dengan PLA yang
menggunakan katalis SnOct2 dan diharapkan
pembuatan PLA tanpa katalis memiliki bobot
molekul yang tidak jauh berbeda dengan
bobot molekul PLA yang menggunakan
katalis.
TINJAUAN PUSTAKA
Asam Laktat
Asam laktat (asam 2-hidroksipropanoat)
merupakan asam organik tiga karbon (BM
90.08 g/mol) yang memiliki gugus karboksil
dan hidroksil. Asam yang dikenal dengan
nama asam susu ini tersedia dalam bentuk L(S)-(+) dan D-(R)-(-)-asam laktat (Gambar 1)
(Vink et al. 2003). Dua bentuk enantiomer ini
disebabkan oleh asam laktat memiliki satu
atom karbon asimetris. Asam laktat yang biasa
digunakan untuk pembuatan PLA adalah Lasam laktat dan campuran rasemiknya (Lasam dan D-asam laktat dengan komposisi Lasam lebih besar daripada D-asam laktat)
(Dutkiewics et al. 2003).
HO
COOH
HO
C
H
COOH
C
CH3
L (S) (+) Asam laktat
H3C
H
D (R) (-) Asam laktat
Gambar 1 Rumus molekul D (-) dan L (+)
asam laktat.
Asam laktat merupakan zat yang tidak
berbau dan tidak berwarna. Asam laktat
memiliki titik didih 122 °C dan titik leleh
18 °C. Asam yang dapat menyebabkan rasa
lelah pada tubuh ini memiliki densitas sebesar
1.21 g/cm3 (Vink et al. 2003).
Asam laktat bersifat asam dengan
kekuatan pH 2.8 (10 g/L H2O pada suhu
20 °C). Asam laktat 10 kali lebih asam
dibandingkan dengan asam propanoat. Hal ini
2
disebabkan adanya gugus hidroksi pada
posisi α.
Polikondensasi
Polimerisasi
kondensasi
melibatkan
pelepasan molekul kecil seperti air.
Pembentukan polimer secara kondensasi dapat
dilakukan pada monomer yang memiliki
gugus fungsi hidroksil dan karboksilat seperti
asam laktat dan asam glikolat. Pembentukan
polimer dengan cara ini diawali dengan
bereaksinya dua monomer membentuk dimer
dan air. Setelah itu, dimer yang terbentuk
bereaksi dengan monomer membentuk trimer.
Trimer yang telah terbentuk dapat bereaksi
dengan dimer membentuk pentamer atau
dapat pula bereaksi dengan monomer dan
dimer. Reaksi ini terus berlangsung sampai
terbentuk polimer. Reaksi yang terjadi pada
polimerisasi yang melibatkan pelepasan air
adalah:
monomer + monomer → dimer + H2O
monomer + dimer → trimer + H2O
monomer + trimer → tetramer + H2O
dimer + dimer → tetramer + H2O
dimer + trimer → pentamer + H2O
oligomer + oligomer → polimer + H2O
Reaksi polikondensasi bersifat dapat balik
sehingga air yang dilepaskan harus
dipindahkan untuk menghasilkan polimer
berbobot molekul tinggi (Allcock & Lampe
1981). Polikondensasi dapat dilakukan
dengan baik pada cairan maupun padatan,
yang dikenal dengan melt polycondentation.
Polimer yang dapat dibuat dengan metode
melt polycondentation adalah PLA yang
dibuat dari Na-kloropropionat dan PGA yang
dibuat dari Na-kloroasetat. Molekul kecil
yang dilepaskan pada pembentukan PLA dan
PGA berupa garam NaCl (Lee et al. 2005).
Sementara polimer yang dibuat dengan
polikondensasi biasa di antaranya adalah PLA
yang dibuat dari asam laktat dan PGA yang
dibuat dari asam glikolat, poliester, dan
polikaprolakton.
Poliasamlaktat (PLA)
Poliasamlaktat (Gambar 2) merupakan
poliester alifatik serbaguna yang tersusun atas
monomer asam laktat (Gruber & O’Brien
2002). PLA telah dikenal sejak tahun 1932.
PLA pertama kali disintesis oleh Wallace
Carothers, peneliti Dupont, dengan cara
memanaskan asam laktat pada kondisi vakum.
PLA memiliki beberapa gugus hidroksil pada
ujung rantainya. Adanya gugus ini
menyebabkan PLA dapat terdegradasi. PLA
merupakan polimer yang dapat terdegradasi
secara alami oleh panas, cahaya, bakteri,
maupun oleh proses hidrolisis. Selain itu,
polimer ini juga bersifat biokompatibel, yaitu
cocok dalam tubuh tanpa menimbulkan efek
yang berbahaya dan bersifat termoplastik.
O
OH
O
HO
O
n
O
O
PLA
Gambar 2 Struktur kimia PLA.
Pembuatan PLA dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu polikondensasi asam
laktat dan re