Tujuan Penelitian Rekayasa Proses Fibrilasi Selulosa Untuk Penguat Dan Pengisi Komposit Polimer

6 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Ekstraksi Selulosa dari Bahan Ber-lignoselulosa

Sumber selulosa terutama berasal dari serat kayu, baik dari jenis kayu hardwood maupun kayu soft wood. Proses memisahkan serat dari komponen selain serat, disebut dengan pulping. Proses pulping dapat dilakukan dengan cara mekanis, menggunakan bahan kimia, menggunakan panas atau kombinasinya. Kayu diproses untuk menghilangkan lignin pemutihan menggunakan NaOH proses soda, NaOH dan Na 2 S proses kraft, atau Na 2 SO 3 dan Na 2 CO 3 proses netral sulfit. Produk yang dihasilkan setelah lignin dipisahkan dari serat kayu disebut pulp. Proses pemutihan dilanjutkan dengan proses pemutihan bleaching menggunakan natrium klorit untuk menghasilkan pulp dengan kandungan - selulosa yang tinggi Setiawan 2010. Pulping soda merupakan metode pulping kimia yang pertama kali dikembangkan yaitu sejak tahun 1851 Sixta 2006 dengan menggunakan sodium hidroksida soda sebagai larutan pemasak. Dalam proses pulping soda, lignin dipisahkan dari selulosa dan terlarut dalam larutan pemasak. Pada akhir proses pulping, fasa cair yang berwarna hitam karena mengandung lignin dipisahkan dari fasa padatan yang mengandung serat terurai yang disebut dengan pulp. Pulping soda merupakan merupakan metode utama untuk proses pulping bahan ber- lignoselulosa non kayu Doherty dan Rainey 2006. Kelebihan proses pulping soda adalah pada akhir proses, bahan kimia yang digunakan dapat diperoleh kembali dengan biaya murah dan teknologi pengendalian limbah cair yang efektif telah berhasil dikembangkan. Selain itu proses pulping soda menghasilkan lignin bebas belerang dan dimungkinkan diperoleh gel asam salisilat sebagai produk samping yang bernilai ekonomis Doherty dan Rainey 2006. Proses pemutihan pulp yang dilakukan dalam pabrik pembuatan kertas, umumnya dilakukan secara bertahap menggunakan bahan kimia berbasis klorin. Namun limbah cair yang dihasilkan dalam proses tersebut mengandung senyawa aromatik dan senyawa alifatik berklorin yang bersifat racun, mutagenik dan karsinogenik Ziaie-Shirkolaee 2009. Proses pemutihan pulp menggunakan teknologi ramah lingkungan dikembangkan dengan menggunakan oksigen, ozon, enzim atau peroksida alkali. Hidrogren peroksida merupakan bahan kimia anorganik dengan sifat oksidator kuat yang dapat digunakan sebagai zat pemucat pengelantang dalam industri pulp. Proses pemutihan pulp menggunakan hidrogen peroksida tergolong ramah lingkungan karena hasil dekomposisinya adalah air, oksigen dan panas yang tidak berbahaya. Kelebihan lainnya adalah hidrogen peroksida bersifat stabil pada suhu ruang.

2.2 Struktur Selulosa

Di dalam dinding sel tumbuhan terdapat tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin. Struktur mikrofibril selulosa menyusun inti dinding sel dan berfungsi memberikan kekuatan pada dinding sel. Hemiselulosa berada disekeliling selulosa, berperan menunjang kekuatan dan sebagai penghubung antara selulosa dan lignin. Dengan struktur polimer bercabang, 7 hemiselulosa dapat mencegah terjadinya aglomerasi mikrofibril selulosa Sorek et al. 2014. Sedangkan lignin merupakan matriks tempat melekatnya selulosa dan hemiselulosa Davison et al. 2013. Selulosa merupakan homopolisakarida dengan molekul penyusun berupa C 6 H 10 O 5 n, tersusun dalam rantai lurus yang terhubung dengan formasi -1,4 membentuk struktur fibril fibril elementer selulosa. Ikatan hidrogen di antara gugus hidroksil dan atom oksigen, baik dalam rantai glukosa yang sama atau antar rantai glukosa yang berseberangan, menyebabkan selulosa dapat membentuk struktur makrofibril selulosa Ding et al. 2013, Li et al. 2014. Mikrofibril selulosa menggambarkan struktur selulosa dengan ketebalan 10-25 nm untuk selulosa dari bakteri dan alga Brett 2000 atau 3-10 nm untuk selulosa dari tanaman tingkat tinggi Thomas et al. 2013, Zhang 2013. Lebar lateral size dari rantai glukosa adalah sekitar 0,3 nm Ioelovich 2008. Rantai molekul selulosa membentuk mikrofibril yang terdiri dari bagian kristalin, parakristalin dan amorf Kulasinski et al. 2014. Ragam keberadaan agregat kristalin dalam molekul selulosa menyebabkan selulosa memiliki beberapa alomorf, molekul selulosa yang terbentuk secara alami adalah alomorf I  Nishiyama et al. 2002. Susunan molekul selulosa yang teratur, di-interupsi oleh susunan tidak teratur setiap rentang 60 nm, yang memungkinkan terjadinya lipatan rantai selulosa De-Souza et al. 2002. Kekuatan selulosa dipengaruhi oleh struktur kristal tersebut. Struktur kristal selulosa menunjukkan modulus elastisitas sebesar 120-140 GPa Tashiro dan Kobayashi 1990 sehingga menyebabkan kekakuan pada rantai selulosa. Modulus elastisitas selulosa dipengaruhi oleh kristalinitas dan interaksi antara bagian selulosa kristalin dan selulosa amorf Cabrera et al. 2011. Kekuatan selulosa juga ditunjukkan dengan keteguhan tarik tensile strength kristal selulosa yang tinggi, yaitu antara 0,8 – 10 GPa Zimmermann et al. 2004. Sifat mekanik ini menyamai serat aramid yang dikenal sebagai serat sintetis yang sangat kuat. Indeks kristalinitas selulosa dapat ditentukan dengan beberapa teknik, yaitu difraksi sinar X atau XRD Evans et al. 1995; Gumuskaya et al. 2003; Zhao et al. 2007, Spektroskop infra merah atau FTIR Evans et al. 1995; Gumuskaya et al. 2003, nuclear magnetic resonance atau NMR Evans et al. 1995; Zhao et al, 2007. Di antara teknik tersebut, XRD memiliki kelebihan, di antaranya: XRD mengukur fraksi molekul yang tersusun dalam pola teratur yang berulang Mann 1962 dan memberikan data kristalin selulosa yang lebih terperinci Terinte et al. 2011. Difraksi sinar X menunjukkan sinyal kuat dari fraksi kristalin selulosa. Sinyal tersebut dapat digunakan untuk menentukan parameter kristalografis, misalnya jarak antar unit sel kristal Zugenmaier 2001. Selain menggunakan metode XRD untuk memahami kristalinitas selulosa, pengamatan gugus fungsional dalam rantai selulosa menggunakan metode FTIR juga dapat membantu untuk memahami keteraturan susunan molekul selulosa. Bodirlau dan Teaca 2009 mengungkapkan bahwa FTIR merupakan teknik yang berguna untuk meng-analisis perubahan komponen kimia dan struktur yang terjadi dalam komponen kayu akibat berbagai perlakuan. Dalam suatu penelaahan singkat mini review, Alonso-Simon et al. 2011 mengungkapkan bahwa FTIR merupakan metode yang cepat, mudah dan powerful untuk meng-analisis perubahan pada komponen dinding sel, dengan pendugaan ikatan silang dan gugus fungsional. Abidi et al. 2014 menggunakan FTIR untuk mengamati perubahan