Perancangan proses pembuatan selulosa asetat dari selulosa mikrobial untuk membran ultrafiltrasi

PERANCANGAN PROSES PEMBUATAN
SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI

Oleh :
DESIYARNI

SEKOLAH PASCA SARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006

PERANCANGAN PROSES PEMBUATAN
SELULOSA ASETAT DARI SELULOSA MIKROBIAL
UNTUK MEMBRAN ULTRAFILTRASI

Oleh
DESIYARNI
P. 25600001

Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor

pada Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2006

Judul Disertasi

: Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa
Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi

Nama

: Desiyarni

Nrp

: P. 256.00001

Program studi


: Teknologi Industri Pertanian

Menyetujui,
1. Komisi pembimbing

Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc
Ketua

Prof. Dr. Ir.Hj. Tun Tedja Irawadi, MS
Anggota

Dr. Ir. Ani Suryani, DEA
Anggota

2. Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian

Dr. Ir. Irawadi Jamaran
Tanggal lulus :


Dr. Ir.Hj. Erliza Noor
Anggota

Dr. Ir. Kaseno, M.Eng
Anggota
Mengetahui,
3. Dekan Pascasarjana

Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS

Desiyarni, P.25600001. Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari
Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Dibawah bimbingan A. Aziz
Darwis, Tun Tedja Irawadi, Erliza Noor , Ani Suryani dan Kaseno.
===========================================================
ABSTRAK
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan
untuk industri, salah satunya sebagai polimer pada pembuatan membran
ultrafiltrasi. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas dua jenis yaitu selulosa
triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat (selulosa asetat sekunder).

Selulosa asetat primer dibuat melalui reaksi esterifikasi (asetilasi) selulosa dengan
pereaksi anhidrida asetat, sedangkan selulosa asetat sekunder dibuat dengan cara
menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku
pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi selulosa asetat dari
pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu karena pulp
kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Selulosa mikrobial adalah
jenis selulosa yang dihasilkan oleh mikroorganisme. Selulosa mikrobial bersifat
renewable (dapat diperbarui), mempunyai karakteristik yang unik dan relatif lebih
murni dibandingkan dengan selulosa kayu. Selulosa mikrobial merupakan salah
satu alternatif sebagai sumber selulosa pada pembuatan selulosa asetat.
Membran ultrafiltrasi (UF) selulosa asetat merupakan salah satu jenis
membran yang
banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul.
Membran UF mempunyai ukuran pori berkisar 0,1 – 0,001µm. Membran UF
selulosa asetat umumnya dibuat dengan metoda inversi fasa menggunakan pelarut
yang sesuai dengan jenis selulosa asetat yang digunakan
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendapatkan kondisi proses (konsentrasi
asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang
optimum pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat (2)

mendapatkan kondisi proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu reaksi) yang optimum pada proses hidrolisis selulosa
triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan (3) mendapatkan
karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.
Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu (1)
optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial
(2) optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dan (3)
pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial.
Penentuan kondisi optimum proses asetilasi dan hidrolisis dilakukan dengan
menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response
Surface Methodology-Central Composite Design. Pembuatan membran UF
dilakukan dengan dengan metode inversi fasa–presipitasi immersi, dengan pelarut
dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa diasetat mikrobial yang
digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37% – 40 %, konsentrasi selulosa
diasetat dalam larutan cetak berkisar 12-20% dan suhu air koagulasi berkisar 2-26
o
C. Karakteristik membran UF yang diamati meliputi fluks dan rejeksi membran
dengan menggunakan umpan Bovin Serum Albumin bobot molekul 67 kDa dan
dekstran bobot molekul 37 kDa dan MWCO membran.


Hasil optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat dari selulosa
mikrobial menunjukkan kondisi optimum proses asetilasi terjadi pada konsentrasi
asam sulfat 1,5% (v/b), rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial 3,35,
suhu 50 oC, dan waktu asetilasi 323 menit dengan hasil perolehan maksimum
selulosa triasetat sebesar 1,79 (b/b) dan kadar asetil selulosa triasetat sebesar 45,78
%. Perlakuan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial dan waktu
asetilasi berpengaruh nyata terhadap terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa
triasetat yang dihasilkan sedangkan konsentrasi asam sulfat dan suhu asetilasi tidak
berpengaruh nyata. Pengaruh rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial
(X1) dan waktu asetilasi (X 2) terhadap perolehan (Yper STA) dan kadar asetil selulosa
triasetat (Ykasetil STA) pada proses asetilasi selulosa mikrobial dapat dinyatakan
seperti persamaan berikut:
Y per STA =1,7425 + 0,1659 X1 + 0,0773X2 – 0,1230 X12 – 0,0200 X 1X 2 – 0,1205 X22
Y kasetil STA = 45,7950 + 0,2321X 1 + 0,2147X2 – 0,2777X 12 –0,0508X 1X2 – 0,3528 X 22

Hasil optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat
menunjukkan kondisi optimum hidrolisis terjadi pada konsentrasi asam sulfat 1%
(v/b), rasio air terhadap selulosa mikrobial 1,066 dan suhu 50 oC. Perlakuan rasio
air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis
berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat. Pengaruh faktor rasio

air terhadap selulosa mikrobial (X1), waktu (X2), konsentrasi asam sulfat (X3 ) dan
suhu (X4 ) terhadap kadar asetil selulosa diasetat (Yka SDA) yang dihasilkan pada
proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat dapat dinyatakan seperti
persamaan berikut:

Yka SDA = 41,5200- 0,2198X 1 - 1,5915X 2 - 0,6582X 3 - 1,6582X4 - 0,6255X1 2 -0,1330X3 2
-0,2940X2X3 - 0,2040X 1X4 - 0,7028X 2X 4 - 0,1760X 3X 4

Selulosa diasetat mikrobial yang dihasilkan (kadar asetil 37-42%) dapat
digunakan sebagai polimer pada pembuatan membran. Membran ultrafiltrasi yang
dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 37,21% (konsentrasi selulosa diasetat
dalam larutan cetak 14%, 16%, 18%, 20%) dan membran yang dibuat dari selulosa
diasetat kadar asetil 38,11% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12%
dan 14%) merupakan membran ultrafiltrasi dengan MWCO sebesar 67 kDa.
Membran yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil 38,11% (konsentrasi
selulosa diasetat dalam larutan cetak 18%, 20%) dan membran yang dibuat dari
SDA kadar asetil 39,19% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12%,
14%, 16%,18%) serta membran yang dibuat dari selulosa diasetat kadar asetil
40,22% (konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak 12%, 14%) merupakan
membran ultrafiltrasi dengan MWCO sebesar 60 kDa


PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan
hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan menuliskan hasilnya dalam
disertasi yang berjudul Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa
Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi. Disertasi ini dibuat sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Doktor pada program studi Teknologi Industri Pertanian
(TIP) pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sangat tulus dan mendalam
kepada yang terhormat Prof. Dr. Ir. H. Abdul Aziz Darwis, MSc sebagai ketua
komisi pembimbing dan Prof. Dr. Ir. Hj. Tun Tedja Irawadi, MS, Dr. Ir. Hj. Erliza
Noor, Dr. Ir. Ani Suryani, DEA dan Dr. Ir. Kaseno, M.Eng masing-masing sebagai
anggota komisi pembimbing yang dengan tulus ikhlas telah membimbing penulis
hingga disertasi ini terwujud. Penghargaan dan ucapan terima kasih juga penulis
sampaikan kepada Dr. Ir. Hj. Liesbetini Hartato, MS dan Dr. Ir. H. Amril Aman atas
kesediaannya menjadi dosen penguji luar komisi pada ujian tertutup penulis.
Penghargaan dan ucapan terima kasih juga

penulis sampaikan kepada


Direktur Akademi Teknologi Industri Padang – Departemen Perindustrian yang telah
memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan di Sekolah
Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dekan Sekolah Pascasarjana
Institut Pertanian Bogor, Dekan Fakultas Teknologi Industri Pertanian, Ketua
Program Studi Teknologi Industri Pertanian dan seluruh staf pengajar Sekolah
Pascasarjana IPB khususnya Pogram Studi Teknologi Industri Pertanian (TIP) yang
telah memberi ilmu pengetahuan dan bimbingan kepada penulis selama menimba
ilmu pengetahuan di Institut Pertanian Bogor.

Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bagian Proyek
Pengkajian dan Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Terapan, Direktorat Jenderal
Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah
memberikan dukungan finasia l bagi pelaksanaan penelitian melalui Penelitian Hibah
Bersaing IX. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Rini Purnawati atas
bantuannya selama melaksanakan penelitian.
Kepada yang mulia Ayahanda H. Ahmad dan Ibunda Hj. Rosni, Ayah Mertua
H. Bahar (alm) dan Ibu mertua Hj. Ratna penulis persembahkan terima kasih tak
terhingga atas segala doa , dukungan, bimbingan dan


nasehat yang tiada henti-

hentinya diberikan kepada penulis. Kepada suami tercinta M. Arifin SE, MM dan
anak-anakku tersayang Faiz Rahman Arifin, Hanif Rahman Arifin dan Azzahra
Arifin penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas dukungan, kesabaran,
pengorbanan dan iringan doa yang tulus ikhlas. Kepada kakanda Afrizal dan
Ardiamsyah, adinda Novi Erni, Susi, Mayesti, Arsil, Yosi Septriani, dan Aulia Rahim
penulis ucapkan terima kasih tak terhingga atas doa dan dukungannya.
Akhir kata, kepada semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kaih. Semoga Allah
SWT membalasnya berlipat ganda.
Bogor, Agustus 2006
Desiyarni

PENDAHULUAN

Latar belakang
Selulosa asetat merupakan salah satu jenis polimer yang penting dan banyak
digunakan pada industri antara lain sebagai polimer pada industri plastik cetakan
(moulding), film fotografi dan membran. Selulosa asetat secara umum dibedakan atas

dua jenis yaitu selulosa triasetat (selulosa asetat primer) dan selulosa diasetat
(selulosa asetat sekunder). Selulosa asetat primer dibuat
(asetilasi) selulosa dengan pereaksi

melalui reaksi esterifikasi

anhidrida asetat, sedangkan

selulosa asetat

sekunder dibuat dengan cara menghidrolisis selulosa asetat primer.
Secara komersial selulosa asetat dibuat dengan menggunakan bahan baku
berupa kapas dan pulp kayu berkualitas tinggi. Salah satu masalah dalam produksi
selulosa asetat dari pulp kayu adalah rendahnya kualitas dan kemurnian selulosa kayu
karena pulp kayu masih mengandung hemiselulosa dan lignin. Hemiselulosa dan
lignin merupakan

senyawa yang tidak diinginkan terdapat dalam bahan baku

produksi selulosa asetat. Hemiselulosa yang terdapat dalam pulp kayu seperti xylan
dan glukomanan akan berubah menjadi xylan asetat dan glukomanan asetat selama
reaksi esterifikasi. Kedua senyawa ini akan menyebabkan kekeruhan dan viskositas
palsu pada selulosa asetat yang dihasilkan.
Selulosa

mikrobial

adalah

mikroorganisme. Selulosa mikrobial

jenis

selulosa

merupakan

yang

dihasilkan

oleh

jenis selulosa non kayu yang

2

sedang dikembangkan antara lain untuk diafragma speaker mutu tinggi (high fidelity
audio speaker diaphragma), bahan pembuatan kertas sangat kuat (ultrahigh strength
paper), campuran pada produk perawat luka (wound care products), sumber selulosa
pada pembuatan mikrokristalin selulosa (MCC)

dan sebagai bahan

(diaper). Selulosa jenis ini bersifat dapat diperbarui (renewable).

penyerap

Disamping itu

selulosa mikrobial mempunyai beberapa keunggulan antara lain (1) relatif murni
sehingga tidak membutuhkan proses delignifikasi , (2) sifat hidrofilik yang sangat
tinggi dan (3) dapat diproduksi dari berbagai macam substrat yang relatif mudah dan
murah. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki tersebut maka selulosa jenis ini
merupakan alternatif sebagai sumber selulosa yang relatif murni pada produksi
selulosa asetat.
Penelitian pembuatan selulosa asetat dari selulosa mikrobial telah dilakukan
antara lain oleh Tabuchi et al. (1998), Safriani (2000) dan Darwis et al. (2003).
Tabuchi et al. (1998) menyatakan bahwa selulosa triasetat yang dibuat dari selulosa
mikrobial mempunyai derajat polimerisasi yang relatif lebih tinggi dibandingkan
dengan selulosa triasetat yang dibuat pulp kayu. Safriani (2000) telah meneliti
pembuatan selulosa asetat dari selulosa mikrobial berbahan baku kedelai (nata de
soya) dan menggunakan selulosa asetat yang dihasilkan sebagai polimer pada
pembuatan edible coating. Darwis et al. (2003) telah meneliti pembuatan selulosa
triasetat dari selulosa mikrobial berbahan baku air kelapa (nata de coco) dan
menggunakan selulosa triasetat yang dihasilkan sebagai polimer pada pembuatan
membran mikrofiltrasi. Meskipun pembuatan selulosa triasetat dari selulosa

3

mikrobial telah berhasil dilakukan namun kondisi optimum pembuatannya belum
diketahui.
Tahapan yang paling penting pada proses pembuatan selulosa triasetat adalah
asetilasi. Pada pembuatan selulosa triasetat secara komersial terdapat beberapa faktor
penting yang mempengaruhi kecepatan reaksi asetilasi dan kualitas selulosa triasetat
yang dihasilkan antara lain karakteristik bahan baku, rasio anhidrida asetat dengan
selulosa, jenis dan konsentrasi katalis serta suhu dan lama asetilasi. Kondisi proses
asetilasi dan karakteristik selulosa asetat primer yang dihasilkan oleh Tabuchi et al.
(1998), Safriani (2000) dan Darwis et al. (2003) berbeda-beda dan belum diketahui
kondisi optimumnya. Agar dapat dihasilkan selulosa triasetat yang berkualitas baik
dari selulosa mikrobial maka perlu dilakukan
sehingga dapat diperoleh informasi

optimasi proses pembuatannya

faktor- faktor yang berpengaruh pada proses

asetilasi selulosa mikrobial dan kondisi optimumnya.
Karakteristik selulosa asetat yang terpenting adalah kemampuannya larut
dalam pelarut tertentu dan derajat polimerisasinya. Selulosa diasetat mempunyai
beberapa sifat yang berbeda dari selulosa triasetat terutama kemampuannya larut
dalam pelarut organik tertentu. Kelarutan selulosa asetat dalam pelarut organik
dipengaruhi oleh kadar asetilnya. Selulosa diasetat mempunyai kadar asetil sekitar 37
- 42 % dan bersifat larut dalam aseton, sedangkan selulosa triasetat mempunyai kadar
asetil sekitar 42 – 46% dan tidak larut dalam aseton. Pengaturan kadar asetil selulosa
diasetat dilakukan melalui reaksi hidrolisis. Proses hidrolisis dilakukan dengan
menambahkan sejumlah air ke dalam larutan selulosa triasetat dengan atau tanpa

4

menggunakan katalis.

Proses hidrolisis dilakukan selama waktu tertentu hingga

diperoleh selulosa diasetat sesuai kadar asetil yang diinginkan.
Salah satu masalah pada proses hidrolisis adalah penentuan kondisi hidrolisis
dan lama hidrolisis yang tepat untuk bisa menghasilkan selulosa diasetat sesua i kadar
asetil yang diinginkan. Pada pembuatan selulosa diasetat secara komersial, penentuan
lama proses hidrolisis dilakukan dengan cara pengambilan contoh

pada selang

waktu tertentu untuk mengetahui kelarutan atau kadar asetil selulosa asetat yang
telah dicapai. Pengukuran kadar asetil selulosa asetat yang dihasilkan pada proses
hidrolisis dengan metoda titrasi (ASTM D 871-96) membutuhkan waktu yang relatif
lama yaitu sekitar 3 – 4 hari. Hal ini menyebabkan pengambilan keputusan untuk
menentukan lama hidrolisis relatif sulit.
Penelitian tentang faktor-faktor yang berpengaruh dan penentuan kondisi
optimum hidrolisis pada proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa triasetat
mikrobial hingga saat ini belum pernah dilakukan. Diharapkan dari penelitian ini
dapat diperoleh

informasi tentang faktor-faktor yang berpengaruh pada proses

hidrolisis dan kondisi optimum proses pembuatan selulosa diasetat dari selulosa
triasetat mikrobial.
Membran polimer merupakan salah satu jenis membran yang banyak
digunakan pada berbagai jenis proses pemisahan (filtrasi). Berbagai jenis polimer
dapat digunakan sebagai material pembentuk membran seperti antara lain
polisulfon,

polietersulfon,

poliakrilonitril,

selulosa

asetat

dan

poliamida.

Dibandingkan dengan jenis polimer lain, selulosa asetat memiliki beberapa kelebihan

5

antara lain pembuatan membran relatif lebih mudah, bahan dasarnya dapat diperbarui
(renewable) dan memiliki sifat hidrofilik serta dapat digunakan untuk membuat
berbagai jenis membran. Meskipun demikian terdapat juga kekurangannya yaitu
penggunaan membran yang dihasilkan terbatas pada suhu sekitar 30 o C, pH antara
2- 8 dan tidak tahan terhadap serangan mikroorganisme. Membran berbasis selulosa
merupakan tipe membran yang relatif murah.
Membran ultrafiltrasi selulosa asetat merupakan salah satu jenis membran
yang dewasa ini banyak digunakan pada proses pemisahan makromolekul.
Pembuatan membran ultrafiltrasi selulosa asetat umumnya dilakukan dengan metoda
inversi fasa. Pada pembuatan membran polimer dengan metoda inversi fasa terdapat
beberapa faktor yang mempengaruhi morfologi membran yang dihasilkan antara lain
jenis polimer, pelarut dan non pelarut yang digunakan, konsentrasi polimer dalam
larutan cetak, komposisi cairan dalam bak koagulasi.
Pembuatan membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial belum
pernah dilakukan. Agar dapat diperoleh selulosa diasetat mikrobial yang berkualitas
baik untuk membran ultrafiltrasi maka perlu dilakukan kajian perancangan proses
pembuatan selulosa asetat yang meliputi optimasi kondisi proses asetilasi pada
pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial dan optimasi kondisi proses
hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat serta pembuatan membran
ultrafiltrasi dari selulosa diasetat mikrobial yang dihasilkan.

6

Tujuan Penelitian

Penelitian ini

bertujuan untuk (1) me ndapatkan kondisi proses (konsentrasi

asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa, waktu dan suhu reaksi) yang
optimum

pada proses asetilasi selulosa mikrobial menjadi selulosa triasetat dan

mengetahui pengaruh konsentrasi asam sulfat, rasio anhidrida asetat dengan selulosa,
waktu dan suhu asetilasi terhadap perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang
dihasilkan, (2) mendapatkan kondisi

proses (rasio air terhadap selulosa mikrobial,

konsentrasi asam sulfat, waktu dan

suhu

reaksi) yang optimum pada proses

hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat kadar asetil 37-42 % dan
mengetahui pengaruh rasio air dengan selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat,
waktu dan suhu hidrolisis terhadap kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan
dan (3) mendapatkan karakteristik (MWCO) membran ultrafiltrasi yang dihasilkan.

Hipotesis

Rasio anhidrida asetat dengan selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat,
waktu dan suhu asetilasi diduga berpengaruh nyata terhadap perolehan dan kadar
asetil selulosa triasetat yang dihasilkan karena semakin tinggi rasio anhidrida asetat
terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu asetilasi akan
meningkatkan perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan.
Rasio air terhadap selulosa, konsentrasi asam sulfat, waktu dan suhu
hidrolisis diduga berpengaruh nyata terhadap kadar asetil selulosa diasetat yang

7

dihasilkan karena semakin tinggi rasio air terhadap selulosa mikrobial, konsentrasi
asam sulfat, waktu dan suhu hidrolisis akan menurunkan kadar asetil selulosa diasetat
yang dihasilkan.
Terdapat perbedaan karakteristik membran ultrafiltrasi yang dibuat dari
selulosa diasetat kadar asetil 37 – 40 % pada konsentrasi selulosa diasetat dalam
larutan cetak (dope) berkisar 12 – 20 % dan suhu air koagulasi 2-26 o C karena
diduga peningkatan kadar asetil selulosa diasetat dan konsentrasi selulosa diasetat
dalam larutan cetak serta peningkatan suhu air koagulasi akan menyebabkan ukuran
pori membran semakin kecil.

Ruang Lingkup Penelitian
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa mikrobial (nata de coco) dilakukan
secara heterogen, dengan media asetilasi asam asetat, pereaksi

anhidrida asetat dan

katalis asam sulfat. Penentuan kondisi optimum proses asetilasi (respon perolehan
dan kadar asetil selulosa triasetat) dilakukan dengan menggunakan Metoda
Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat (Response Surface MethodologyCentral Composite Design).
Pembuatan selulosa triasetat dari selulosa diasetat mikrobial (hidrolisis)
dilakukan secara homogen dengan pereaksi air dan katalis asam sulfat. Penentuan
kondisi optimum proses hidrolisis (respon kadar asetil selulosa diasetat) dilakukan
dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon-Rancangan Komposit Pusat
(Response Surface Methodology-Central Composite Design .

8

Pembuatan membran ultrafiltrasi

dilakukan dengan metode inversi fasa–

presipitasi immersi, pelarut dimetilformamida dan non pelarut berupa air. Selulosa
diasetat mikrobial yang digunakan mempunyai kadar asetil berkisar 37 – 40 %,
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12 -20% dan suhu air
koagulasi berkisar 2-26 oC. Karakteristik membran ultrafiltrasi yang diamati meliputi
fluks dan rejeksi membran dengan menggunakan umpan berupa Bovin Serum
Albumin yang berbobot molekul 67 kDa dan dekstran berbobot molekul 37 kDa.
Pengamatan terhadap morfologi membran
Scanning Electron Microscope (SEM).

dilakukan dengan menggunakan

METODOLOGI

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan mulai Desember 2003 hingga Juni 2005.
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Kimia dan Laboratorium
Pengawasan Mutu Departemen TIN - FATETA IPB, Laboratorium Kimia dan
Fisika T erapan LIPI Bandung.

Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas (1) bahan untuk
pembuatan selulosa triasetat (STA) dan selulosa diasetat (SDA) dan (2) bahan
untuk pembuatan membran ultrafiltrasi selulosa diasetat mikrobial. Bahan untuk
pembuatan selulosa triasetat dan selulosa diasetat terdiri atas lembaran selulosa
mikrobial (nata de coco ), NaOH, asam asetat (CH 3COOH) (Merck), anhidrida
asetat (J.T Baker), asam sulfat (H2SO 4) (Merck), HCl, alkohol dan magnesium
karbonat (MgCO3). Bahan-bahan untuk analisis selulosa asetat terdiri atas etanol
75%, HCl 0,5 N, NaOH 0,5 N, aseton, indikator fenolftalein dan metil merah.
Bahan untuk pembuatan membran ultrafiltrasi

adalah

selulosa diasetat

mikrobial dan selulosa asetat komersial, dimetil formamida (DMF), aseton, Bovin
Serum Albumin dengan bobot molekul 67 kDa, dekstran dengan bobot molekul
37 kDa. Bahan-bahan untuk analisis membran terdiri atas H2SO 4, fenol,
CuSO 4.5H 2O, Na2CO3-anhidrat, NaOH, Na-K-tartarat dan folin ciocalteu.

32

Alat-alat untuk pembuatan selulosa asetat yang digunakan adalah alat-alat
gelas, mesin penghancur (grinder), penekan hidrolik (hydraulic press), pengaduk
bermagnetik, termometer, penangas air bergoyang, oven dan sentrifus.
Alat-alat untuk pembua tan membran yang digunakan adalah alat-alat
gelas, pengaduk bermagnet, lembaran kaca, aplikator, termometer dan bak
koagulasi. Alat-alat untuk karakterisasi membran terdiri atas alat-alat gelas,
modul penyaringan aliran silang (crossflow filtration), spektrofotometer dan
Scanning Electron Microscope.
Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara bertahap yang terdiri atas 3 tahap yaitu:
1. Optimasi proses asetilasi pada pembuatan selulosa triasetat (STA) dari
selulosa mikrobial (penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial,
penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada asetilasi, pembentukan
dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil STA dan
penentuan kondisi optimum asetilasi).
2. Optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa diasetat
(SDA) (penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada hidrolisis,
pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil selulosa
diasetat dan penentuan kondisi optimum hidrolisis).
3. Pembuatan dan karakterisasi membran ultrafiltrasi dari selulosa diasetat
(pengaruh kadar asetil selulosa diasetat berkisar 37,21% – 40,22% dan
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak berkisar 12% – 20 %
(v/b), pengaruh suhu air koagulasi berkisar 2 - 26 oC)
Skema tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.

33

Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat
dari Selulosa Mikrobial
- Penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik (suhu dan lama
aktivasi)
- Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh pada asetilasi yaitu (1) rasio
anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial (2) konsentrasi H2SO 4, (3)
waktu dan (4) suhu asetilasi
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi perolehan dan kadar asetil
- Penentuan kondisi proses asetilasi yang optimum
Respon : Perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat

Optimasi Proses Hidrolisis Selulosa Triasetat
menjadi Selulosa Diasetat
- Penentuan faktor -faktor yang berpengaruh pada hidrolisis yaitu (1) rasio
air terhadap selulosa mikrobial, (2) konsentrasi H2SO4, (3) waktu dan
(4) suhu hidrolisis
- Pembentukan dan pengujian persamaan regresi kadar asetil
selulosa diasetat
- Penentuan kondisi proses hidrolisis yang optimum
Respon : Kadar asetil selulosa diasetat

Pembuatan dan Karakterisasi Membran Ultrafiltrasi
dari Selulosa Diasetat
- Pengaruh kadar asetil selulosa diasetat (37% – 40%) dan
konsentrasi selulosa diasetat dalam larutan cetak (12% – 20% v/b)
- Pengaruh suhu air koagulasi 2 - 26 oC
Karakterisasi membran :
Fluks air, fluks dan rejeksi larutan Bovin serum albumin 67 kDa,
dekstran 37 kDa, Molecular Weight Cutt Off, morfologi membran

Gambar 4 . Skema tahapan penelitian

34

Penelitian I. Optimasi Proses Asetilasi pada Pembuatan Selulosa Triasetat
dari Selulosa Mikrobial
Selulosa mikrobial yang digunakan sebagai sumber selulosa pada
penelitian optimasi proses asetilasi ini adalah serbuk selulosa mikrobial kering
berukuran 10 mesh. Pembuatan selulosa mikrobial kering dari lembaran selulosa
mikrobial basah dilakukan dengan cara membersihkan selulosa mikrobial basah
dari sisa media kultivasi dan bakteri (modifikasi Yamanaka et al., 1989). Kondisi
aktivasi selulosa mikrobial yang digunakan pada penelitian pembuatan selulosa
triasetat ini adalah kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan
kondisi aktivasi selulosa mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Proses
asetilasi selulosa mikrobial dilakukan

secara heterogen dengan menggunakan

anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis dan asam
asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Penelitian optimasi
proses asetilasi dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan ResponRancangan Komposit Pusat (Response Surface Methodology-Central Composite
Design). Pengolahan data yang dihasilkan dilakukan dengan menggunakan
perangkat lunak SAS dan Statistica .

Pembuatan Selulosa Mikrobial Kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989)
Selulosa mikrobial

yang digunakan pada penelitian ini dibuat dari

lembaran basah selulosa mikrobial hasil kultivasi diam selama 7 hari dengan
media utama air kelapa, isolat bakteri Acetobacter campuran. Lembaran basah
selulosa mikrobial dipotong-potong dan dicuci.

Setelah itu direndam dalam

larutan NaOH 1% selama 24 jam pada suhu kamar, kemudian dilanjutkan dengan

35

perendaman dalam larutan asam asetat 1%. Selanjutnya potongan nata dicuci
bersih dengan air, dikempa dengan penekan hidrolik dan dikeringkan pada suhu
sekitar 40 oC selama 6 jam. Lembaran selulosa mikrobial kering yang diperoleh
dihancurkan dengan menggunakan mesin penghancur (grin der) dan disaring
dengan penyaring berukuran 10 mesh. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa
mikrobial kering (modifikasi Yamanaka et al., 1989) dapat dilihat pada Gambar 5.

Selulosa Mikrobial Basah
(20 kg)

Larutan NaOH 1%
(20 L)

Perendaman
(24 jam, suhu kamar )

Cairan
NaOH

Larutan Asam Asetat 1%
(20 L)

Perendaman
(24 jam, suhu kamar)

Cairan
asam

Air

Pencucian

Air

Pengempaan
(press)

Pengeringan
(40 oC, 6 jam)
Penghancuran dan Penyaringan
(ukuran saringan 10 mesh)
Serbuk Selulosa Mikrobial Kering
(10 mesh)

Gambar 5. Diagram alir pembuatan serbuk selulosa mikrobial kering
(modifikasi Yamanaka et al., 1989)

36

Penentuan Kondisi Aktivasi Selulosa Mikrobial Terbaik (modifikasi Malm
dan Tanghe, 1953)
Penelitian penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial bertujuan untuk
mendapatkan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik yang selanjutnya akan
digunakan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial. Kondisi aktivasi yang terbaik
adalah kondisi aktivasi yang dapat menghasilkan perolehan selulosa triasetat
tertinggi pada proses asetilasi selulosa mikrobial.

Perolehan selulosa triasetat

dihitung sebagai perbandingan antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot
kering selulosa mikrobial yang digunakan.
Media aktivasi yang digunakan adalah

asam asetat glasial dengan rasio

asam asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan adalah 8:1 (v/bk).
Proses aktivasi dilakukan dengan cara sebanyak 5 gram serbuk selulosa mikrobial
kering

dan 40 ml asam asetat glasial dimasukkan kedalam labu erlenmeyer.

Aktivasi dilakukan dengan menggunakan penangas air (water bath) pada suhu air
50 oC selama 0, 2, 4, 6, 8 jam dan suhu kamar selama 4, 8, 12, 16 jam. Setelah
proses aktivasi selesai selanjutnya dilakukan proses asetilasi selulosa mikrobial
menjadi selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953).
Proses asetilasi dilakukan dengan rasio anhidrida asetat terhadap selulosa
mikrobial kering yang digunakan sebesar 3 : 1.

Sebanyak 15 ml anhidrida

asetat, 22,5 ml asam asetat glasial dan 0,05 ml asam sulfat ditambahkan kedalam
labu erlenmeyer yang berisi selulosa mikrobial yang sudah diaktivasi. Campuran
diaduk hingga rata dengan menggunakan pengaduk bermagnet . Setelah diperoleh
campuran yang rata dilanjutkan proses asetilasi di dalam penangas air bergoyang
dengan kec epatan 150 rpm pada suhu 50 oC selama 4 jam.

37

Selama proses asetilasi akan terjadi reaksi antara selulosa mikrobial
dengan anhidrida asetat sehingga terbentuk selulosa triasetat. Selulosa triasetat
yang terbentuk akan larut dalam media asetilasi sedangkan serbuk selulosa
mikrobial yang tidak bereaksi akan mengendap. Setelah proses asetilasi selesai
dilakukan pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terkonversi dari media
asetilasi. Pemisahan selulosa mikrobial yang tidak terasetilasi dilakukan dengan
cara sentrifugasi. Sisa serbuk selulosa mikrobial akan mengendap sedangkan
selulosa triasetat terdapat dalam supernatan. Campuran hasil asetilasi

disentrifus

pada suhu 20 oC selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm.
Selulosa triasetat yang larut dalam supernatan selanjutnya dipisahkan
dengan cara menuangkannya kedalam larutan asam asetat 10%. Endapan selulosa
triasetat yang diperoleh disaring dan direndam dalam larutan magnesium karbonat
1% selama 2 jam untuk menghilangkan sisa asam. Selanjutnya endapan selulosa
triasetat dicuci bersih dengan air , dan dikeringkan dengan oven pada suhu 50 oC
selama 6 jam. Selulosa triasetat kering yang diperoleh selanjutnya ditimbang dan
diukur kadar airnya. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan
antara bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang
digunakan (Lampiran 1g). Diagram alir proses aktivasi dan proses asetilasi pada
tahap penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik dapat dilihat pada
Gambar 6.

38

Serbuk kering selulosa mikr obial
(5 gram)

Asam Asetat glasial
(40 ml)

Anhidrida asetat 15 ml
Asam asetat 22,5 ml
Asam sulfat 0,05 ml

Aktivasi
(50 oC 0, 2,4,6,8 jam)
(suhu kamar, 8,12,16 jam)

Asetilasi
( 4 jam, 50 oC )

Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit, 20 oC )

Cairan
asam

Asam asetat (10%)

Pengendapan

Lar. MgCO 3 1%

Perendaman
(suhu kamar, 2 jam)

Cairan

Pencucian

Cairan

Air

Pengeringan
(6 jam, 50 oC)

Pengukuran
kadar air
perolehan

Selulosa Triasetat

Gambar 6. Diagram alir penentuan kondisi aktivasi selulosa mikrobial terbaik
pada pembuatan selulosa triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)

39

Penentuan Faktor yang Berpengaruh pada Proses Asetilasi
Proses asetilasi selulosa mikrobial dilakukan

secara heterogen dengan

menggunakan anhidrida asetat sebagai pereaksi, asam sulfat pekat sebagai katalis
dan asam asetat sebagai media asetilasi (Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4
variabel bebas yang diujikan pada tahap asetilasi selulosa mikrobial yaitu (1)
rasio

anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan

konsentrasi katalis

H2SO4, (3) waktu reaksi dan (4) suhu asetilasi.

(2)

Variabel

respon yang diamati adalah perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat yang
dihasilkan.
Sebelum dilakukan proses asetilasi terlebih dahulu dilakukan proses
aktivasi selulosa mikrobial. Aktivasi selulosa mikrobial dilakukan berdasarkan
kondisi aktivasi terbaik yang diperoleh pada tahap penentuan kondisi aktivasi
selulosa mikrobial yaitu sebanyak 5 gram selulosa mikrobial kering (ukuran 10
mesh) dimasukkan kedalam labu erlenmeyer. Kemudian ditambahkan 40 ml asam
asetat glasial dan dibiarkan selama 6 jam pada suhu 50 oC. Selanjutnya dilakukan
proses asetilasi.
Asetilasi dilakukan dengan cara menambahkan anhidrida asetat, asam
asetat dan asam sulfat kedalam selulosa mirobial teraktivasi. Anhidrida asetat
ditambahkan sebanyak 2, 3, dan 4 kali jumlah selulosa mikrobial yang digunakan
atau 10 ml, 15 ml dan 20 ml untuk setiap 5 g selulosa mikrobial kering yang
digunakan. Asam asetat glasial ditambahkan sebanyak 22,5 ml. Katalis asam
sulfat ditambahkan sebanyak 0,025 ml, 0,050 ml dan 0,075 ml atau 0,5%, 1%, dan
1,5%. Proses pencampuran anhidrida asetat, asam sulfat dan asam asetat dengan
selulosa mikrobial teraktivasi dilakukan dengan menggunakan pengaduk

40

bermagnet. Setelah diperoleh campuran yang rata dilanjutkan proses asetilasi di
dalam penangas air bergoyang dengan kecepatan 150 rpm pada suhu 40, 50, dan
60 oC selama 240, 300, dan 360 menit. Setelah proses asetilasi selesai, campuran
selulosa triasetat yang diperoleh segera didinginkan dan disentrifus pada suhu 20
o

C selama 15 menit dengan kecepatan 3000 rpm. Selulosa mikrobial yang tidak

bereaksi akan terdapat pada bagian endapan sedangkan selulosa triasetat yang
terbentuk terdapat pada supernatan.
Pemisahan selulosa triasetat yang larut dalam supernatan dilakukan
dengan cara pengendapan. Pengendapan selulosa triasetat dilakukan dengan cara
menuangkan supernatan kedalam larutan asam asetat 10%. Endapan selulosa
triasetat yang diperoleh selanjutnya disaring dan direndam dalam larutan
magnesium karbonat 1% untuk menghilangkan sisa asam.

Selanjutnya selulosa

triasetat dicuci bersih dengan air , dan dikeringkan dengan oven pada suhu 50 oC
selama 6 jam. Selulosa triasetat kering yang diperoleh selanjutnya ditimbang dan
diukur kadar airnya untuk mengetahui bobot kering selulosa triasetat yang
dihasilkan. Perolehan selulosa triasetat dihitung sebagai perbandingan antara
bobot kering selulosa triasetat dengan bobot kering selulosa mikrobial yang
digunakan (Lampiran 1g). Selanjutnya dilakukan pengukuran kadar asetil selulosa
triasetat. Kadar asetil selulosa triasetat yang dihasilkan dihitung dengan metoda
titrasi ASTM D 871-96 (Lampiran 1e ). Diagram alir proses asetilasi dapat dilihat
pada Gambar 7.

41

Serbuk selulosa mikrobial
(ukuran 10 mesh, 5 g)

Asam Asetat glasial
(40 ml)

Anhidrida asetat 10, 15, 20 ml
As. Sulfat 0.025, 0.05, 0.075 ml
Asam asetat 22.5 ml

Aktivasi
(50 oC , 6 jam)

Asetilasi
( 240, 300, 360 menit )
( 40, 50, 60 oC )

Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit, 20 oC )

Asam asetat 10 %
200 ml

Pengendapan

Cairan
asam

Lar. MgCO3 1%

Perendaman
(suhu kamar, 2 jam)

Cairan

Air

Pencucian

Cairan

Pengeringan
(6 jam, 50 oC)

Selulosa Triasetat

Karakterisasi:
- perolehan
- kadar asetil

Gambar 7. D iagram alir proses pembuatan selulosa triasetat dari selulosa
mikrobial (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)

42

Selanjutnya dilakukan penentuan pengaruh variabel bebas terhadap respon
perolehan dan kadar asetil. Penentuan faktor-faktor yang berpengaruh dilakukan
dengan menggunakan uji analisis keragaman untuk masing-masing respon yang
diamati.

Variabel yang berpengaruh nyata selanjutnya

digunakan sebagai

variabel bebas pada tahap pembentukan model.

Pembentukan dan Pengujian Model
Model yang dibuat dalam penelitian ini adalah model empiris berupa
model regresi. Terdapat dua model regresi yang dibuat pada penelitian ini yaitu
model regresi perolehan selulosa triasetat dan model regresi kadar asetil selulosa
triasetat yang dihasilkan pada proses asetilasi. Pengujian terhadap model regresi
yang dihasilkan meliputi uji penyimpangan model atau lack of fit, uji determinan
(R2 ), uji signifikansi model, dan uji asumsi residual (Box et al., 1978; Box dan
Draper, 1987 ; Gaspersz, 1995).

Penentuan Kondisi Optimum Proses Asetilasi
Penentuan kondisi optimum proses asetilasi pada pembuatan selulosa
triasetat dari selulosa mikrobial dilakukan dengan menggunakan analisis kanonik,
analisis permukaan respon, analisis plot kontur

dan ridge analysis. Kondisi

proses optimum yang diperoleh selanjutnya diverifikasi di laboratorium.

Rancangan Percobaan
Percobaan dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan ResponRancangan Komposit Pusat. Terdapat 4 variabel bebas yang dicobakan pada

43

proses asetilasi yaitu (1) konsentrasi

H2SO4 pekat (katalis) yang dikodekan

sebagai X1 , (2) rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial yang digunakan
yang dikodekan sebagai X2 , (3) waktu asetilasi yang dikodekan sebagai X3 , dan
(4) suhu asetilasi yang dikodeka n sebagai X4. Faktor, kode dan taraf kode yang
dicobakan pada proses asetilasi dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Faktor, kode dan taraf kode pada percobaan asetilasi
No

Faktor

Kode

Taraf kode
rendah tengah tinggi
-1
0
+1
0.5
1
1.5

1

Katalis H 2SO4 pekat (% v/bk) (K)

X1

2

Rasio anhidrida asetat terhadap

X2

2

3

4

selulosa mikrobial (%v/bk) (P)
3

Waktu ,menit (W)

X3

240

300

360

4

Suhu ( oC) (S)

X4

40

50

60

Nilai faktor yang dikodekan dihitung dengan cara seperti be rikut :
X1 = (K – 1,5)
0,5

X2 = (P - 3)
1

X1 = nilai kode konsentrasi katalis

X3 = (W- 300)
60

X4 = (W-50)
10

K = nilai konsentrasi katalis aktual (%v/bk)

X2 = nilai kode rasio pereaksi

P = nilai rasio pereaksi aktual (%v/bk)

X3 = nilai kode waktu reaksi

W = nilai waktu reaksi aktual (menit)

X4 = nilai kode suhu reaksi

S = nilai suhu reaksi aktual ( oC)

Terdapat dua respon yang diamati pada proses asetilasi yaitu perolehan
selulosa triasetat dan kadar asetil selulosa triasetat . Pada tahap penentuan faktor
yang berpengaruh dilakukan percobaan faktorial terdiri dari 16 unit percobaan

44

faktorial

dan 4 unit percobaan titik pusat.

Pembuatan model regresi linier

perolehan dan kadar asetil selulosa triasetat dilakukan dengan menggunakan
respon pada percobaan faktorial dan titik pusat.
dengan 4 faktor ini dapat dilihat pada

Matriks rancangan percobaan

Tabel 5.

Tabel 5 . Matriks rancangan percobaan 4 faktor proses asetilasi
Percobaan

No

Faktorial

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Titik
pusat

Konsentrasi
Asam sulfat
(%)

Rasio
Pereaksi

Waktu
(menit)

Suhu
(oC)

X1
0.5
0.5
0.5
0.5
1.5
1.5
1.5
1.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1
1
1
1

X2
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
3
3
3
3

X3
240
240
360
360
240
240
360
360
240
240
360
360
240
240
360
360
300
300
300
300

X4
40
40
40
40
40
40
40
40
60
60
60
60
60
60
60
60
50
50
50
50

Nilai kode
X1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
0
0
0
0

X2
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
0
0
0
0

X3
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
0
0
0
0

Respon

X4
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0

Pada percobaan pembuatan model kuadratik dengan 2 variabel bebas
dilakukan percobaan dengan nilai faktor dapat putar α sebesar ± 1,414. Proses
asetilasi dilakukan pada konsentrasi katalis tetap yaitu 1,5% dan suhu 50 oC. Pada
tahap pembuatan model kuadratik terdapat 4 satuan percobaan faktorial, 4 satuan
percobaan titik pusat dan 4 satuan percobaan titik bintang.

Faktor, kode dan

45

taraf kode pada percobaan asetilasi dengan 2 faktor dapat dilihat pada Tabel 6,
sedangkan matriks percobaannya dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 6 . Faktor , kode dan taraf kode pada proses asetilasi dengan 2 faktor
No

1

Faktor

Kode

Rasio Anhidrida Asetat

Taraf kode
-1,414

-1

0

+1

+1,414

X1

2,293

2,5

3

3,5

3,707

X2

215,16

240

300

360

384,84

terhadap selulosa
mikrobial (v/bk)

2

Waktu (menit)

Tabel 7 . Matriks rancangan percobaan 2 faktor proses asetilasi
Taraf faktor aktual
No

1

Rasio pereaksi
X1
2,5

Waktu(menit)
X2
240

2

3,5

3

Taraf fraktor
yang dikodekan
X1
X2
-1

-1

240

1

-1

2,5

360

-1

1

4

3,5

360

1

1

5

3,0

300

0

0

6

3,0

300

0

0

7

3,0

300

0

0

8

3,0

300

0

0

5

2,293

300

-1.414

0

6

3,707

300

1.414

0

7

3,0

215.16

0

-1.414

8

3,0

384.84

0

1.414

Respon

46

Penelitian II. Optimasi P roses Hidrolisis Selulosa Triasetat menjadi
Selulosa Diasetat
Penelitian optimasi proses hidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa
diasetat dilakukan dengan menggunakan Metoda Permukaan Respon - Rancangan
Komposit

Pusat.

Pengolahan

data

yang

dihasilkan

dilakukan

dengan

menggunakan perangkat lunak SAS dan Statistica . Proses hidrolisis selulosa
triasetat dilakukan dengan menggunakan air sebagai pereaksi dan asam sulfat
sebagai katalis (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953). Terdapat 4 variabel bebas
yang dicobakan pada tahap hidrolisis yaitu rasio air terhadap selulosa mikrobial,
konsentrasi asam sulfat (katalis), waktu dan

suhu proses hidrolisis.

Variabel

respon yang diamati adalah kadar asetil selulosa diasetat yang dihasilkan.
Larutan selulosa triasetat yang akan dihidrolisis dibuat berdasarkan
kondisi optimum proses pembuatan selulosa triasetat yang diperoleh pada
penelitian tahap pertama yaitu

sebanyak 5 gram serbuk selulosa mikrobial

direndam dalam 40 ml asam asetat pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selanjutnya
ditambahkan anhidrida asetat sebanyak 16,75 ml, asam asetat 22,5 ml dan asam
sulfat 0,075 ml. Proses asetilasi dilakukan pada suhu 50 oC selama 323 menit.

Penentuan Taraf Faktor Suhu dan Waktu Hidrolisis
Sebelum dilakukan optimasi proses hidrolisis dengan menggunakan
Metoda Permukaan Respon - Rancangan Komposit Pusat terlebih dahulu
dilakukan percobaan untuk menentukan nilai taraf rendah, tengah dan tinggi untuk
faktor suhu dan waktu hidrolisis.

Percobaan dilakukan

dengan cara

menghidrolisis selulosa triasetat pada suhu 40, 50, 60, 70 oC selama 2, 4, 6, 8

47

dan 10 jam. Katalis

asam sulfat ditambahkan sebanyak 0,075 ml (1,5 % dari

bobot kering selulosa mikrobial yang digunakan) sedangkan air ditambahkan
sebanyak 5 ml (rasio air terhadap selulosa mikrobial sebesar 1). Pengukuran kadar
asetil selulosa diasetat yang dihasilkan dilakukan dengan metoda
96 (Lampiran 1g).

ASTM D 871-

Selulosa diasetat yang diharapkan dapat diperoleh pada

penelitian ini adalah selulosa diasetat yang mempunyai kadar asetil berkisar 37 –
42%. Penentuan nilai taraf rendah dan tinggi dilakukan berdasarkan nilai kadar
asetil selulosa diasetat yang diperoleh yaitu kondisi hidrolisis yang dapat
menghasilkan selulosa diasetat de ngan kadar asetil berkisar 37 – 42%.

Proses Hidrolisis Selulosa Triasetat (modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)
Sebanyak 5 g serbuk selulosa mikrobial direndam dalam 40 ml asam
asetat glasial pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selanjutnya ditambahkan anhidrida
asetat sebanyak 16,75 ml (rasio anhidrida asetat terhadap selulosa mikrobial
sebesar 3,35), asam asetat 22,5 ml dan asam sulfat 0,075 ml (konsentrasi katalis
1,5%). Proses asetilasi dilakukan pada suhu 50 oC selama 323 menit. Larutan
selulosa tr iasetat yang diperoleh selanjutnya dihidrolisis.
Proses hidrolisis selulosa triasetat dilakukan dengan cara menambahkan
air sebanyak 1,70, 3,35, 5, 6,65, 8,30 ml (rasio air dengan selulosa mikrobial
sebesar 0,34, 0,67, 1, 1,33, 1.66).

Pencampuran air de ngan larutan selulosa

triasetat tidak dapat dilakukan secara langsung tetapi dilakukan setelah terlebih
dahulu air dicampur dengan asam asetat dengan perbandingan antara air dengan
asam asetat sebesar 1:2 atau hingga diperoleh larutan asam asetat 66,67%. Katalis
asam sulfat ditambahkan sebanyak 0,025, 0,050, 0,075, 0,100, 0,125 ml (0,5%,

48

1%, 1,5%, 2%, 2,5%). Pencampuran air dan katalis dengan larutan selulosa
triasetat dilakukan dengan menggunakan pengaduk bermagnet. Selanjutnya proses
hidrolisis selulosa triasetat dilakukan dalam penangas air bergoyang pada suhu
30, 40, 50, 60, dan 70 oC selama 120, 360, 600, 840 dan 1080 menit. Penghentian
proses hidrolisis dilakukan dengan menambahkan
dalam asam asetat.

20 ml larutan MgCO3 1%

Selanjutnya dilakukan sentrifugasi terhadap cairan hasil

hidrolisis pada kecepatan 3000 rpm selama 15 menit pada suhu 20 oC. Untuk
memisahkan selulosa diasetat dari larutannya dilakukan proses pengendapan
dengan cara menuangkan larutan hasil hidrolisis kedalam larutan asam asetat 10
% diatas pengaduk bermagnet. Gumpalan selulosa diasetat yang

diperoleh

selanjutnya direndam dalam larutan MgCO 3 1%. Perendaman dilakukan selama 2
jam pada suhu kamar. Selanjutnya selulosa diasetat dicuci dengan air hingga
bersih dan dikeringkan pada suhu 50 oC selama 6 jam. Selulosa diasetat kering
yang diperoleh disimpan dalam wadah yang tertutup rapat. Pengukuran kadar
asetil selulosa diasetat hasil hidrolisis dilakukan dengan metoda ASTM D 871-96
(Lampiran 1g). Diagram alir proses pembuatan selulosa diasetat dapat dilihat pada
Gambar 8.
Penentuan Faktor yang Berpengaruh
Terdapat 4 variabel bebas yang dicobakan pada tahap hidrolisis ini yaitu
1. Rasio air terhadap selulosa mikrobial dengan taraf 0,34 , 0,67 , 1 , 1,33 , 1,66
2. Konsentrasi asam sulfat (katalis) dengan taraf 0,5%, 1%, 1,5%, 2% , 2,5%
3. Waktu hidrolisis dengan taraf 120, 360, 600, 840, 1080 menit
4. Suhu hidrolisis dengan taraf 30, 40, 50, 60, 70 oC.
Variabel respon yang diamati adalah kadar asetil selulosa diasetat .

49

Serbuk selulosa mikrobial
(ukuran 10 mesh, 5 g)
Asam Asetat glasial
(40 ml)
Anhidrida asetat 16,75 ml
As. Sulfat 0.075 ml
Asam asetat 22.5 ml

Aktivasi
(50 oC , 6 jam)
Asetilasi
(323 menit, 50 oC )
Larutan selulosa triasetat
dalam asam asetat

Air 1,70, 3,35, 5, 6,65, 8,30 ml
(Rasio dg selulosa 0,34, 0,67, 1,

Hidrolisis

1,33, 1,66)

Suhu 30, 40, 50, 60, 70 oC
Waktu 120,360, 600, 840,1080 menit

Asam sulfat 0,5%, 1%, 1,5%,
2% , 2,5%

20 ml larutan MgCO3 1%
dalam asam asetat

Penghentian hidrolisis

Sentrifugasi
(3000 rpm, 15 menit
Asam asetat encer
(10 %)

Pengendapan

Lar. MgCO 3 1%
dalam air

Perendaman
(suhu kamar, 2 jam)

Air

Cairan
asam

Pencucian

Pengeringan
(6 jam, 50 oC)
Pengukuran
kadar asetil
Selulosa Diasetat

Gambar 8. Diagram alir penelitian pembuatan selulosa diasetat
(modifikasi Malm dan Tanghe, 1953)

50

Pembentukan dan Pengujian Model
Model regresi kadar asetil selulosa diasetat dibuat berdasarkan data kadar
asetil selulosa diasetat yang dihasilkan pada proses hidrolisis. Pada tahap pertama
dilakukan pembentukan model linier dengan menggunakan data kadar asetil hasil
hidrolisis pada rancangan titik faktoria l dan titik pusat. Tahap kedua dilakukan
pembentukan model kuadratik dengan menggunakan tambahan data pada titik
bintang. Pengujian terhadap model

regresi yang dihasilkan meliputi uji

penyimpangan model (lack of fit), uji R2 , uji signifikan model, da n uji asumsi
residual (Box et al., 1978 ; Box dan Draper, 1987 ; Gaspersz, 1995 ; Montgomery
et al., 2001 ; Edgar et al. , 2001) .

Penentuan Kondisi Optimum Proses Hidrolisis
Penentuan kondisi optimum proses
menggunakan analisis kanonik

hidrolisis dilakukan dengan

dan analisis plot kontur

permukaan respon.

Kondisi optimum proses hidrolisis selulosa triasetat yang diperoleh selanjutnya
diverifikasi di laboratorium.

Rancangan Percobaan
Percobaan

hidrolisis

dilakukan

dengan

Permukaan Respons – Rancangan Komposit Pusat.

menggunakan

Metoda

Terdapat 4 variabel bebas

yang dicobakan yaitu (1) rasio air terhadap selulosa mikrobial yang dikodekan
sebagai X1 , (2) waktu hidrolisis yang dikodekan sebagai X2 , (3) jumlah H2SO4
pekat (katalis) yang

dikodekan sebagai X3 , dan (4) suhu

hidrolisis yang

51

dikodekan sebagai X4. Faktor, kode dan taraf kode yang dicobakan

dapat dilihat

pada Tabel 8.

Tabel 8. Faktor, kode dan taraf kode pada proses hidrolisis
No

1

Faktor

Kode

Rasio air dengan selulosa

Taraf kode
-a

rendah

tengah tinggi

+a

-2

-1

0

+1

+2

X1

0.34

0.67

1

1.33

1.66

mikrobial (v/bk) (P)

2

Waktu (menit) (W)

X2

120

360

600

840

1080

3

Konsentrasi H2SO4 pekat

X3

0.5

1

1.5

2

2.5

X4

30

40

50

60

70

(% v/bk) (K)

4

Suhu

(oC) (S)

Konversi nilai taraf aktual menjadi nilai taraf kode dilakukan

dengan cara

seperti berikut :
X1 = (P -1)
0.33

X 2 = (W-600)
240

X 3 = (K- 1.5)
0,5

X4 = (S-50)
10

X1 = nilai kode rasio pereaksi

P = rasio air aktual (v/bk)

X2 = nilai kode waktu reaksi

W = waktu reaksi aktual (menit)

X3 = nilai kode konsentrasi katalis K = konsentrasi katalis aktual (%v/bk)
X4 = nilai kode suhu reaksi

Pada tahap pemilihan

S = suhu reaksi aktual ( oC)

faktor yang berpengaruh

dilakukan percobaan

dengan rancangan titik faktorial 4 faktor dan titik pusat sebanyak 3 ulangan.
Rancangan percobaan untuk pendugaan model

linier terdiri dari 16 unit

percobaan faktorial dan 6 unit percobaan titik pusat (center points).

Untuk

pembentukan model kuadratik dilanjutkan percobaan rancangan titik bintang (star

52

point) dengan faktor dapat putar (a) sebesar ±2

k/4

diman