Pengaruh Penggunaan Ball Mill Terhadap Ukuran Partikel Pada Pembuatan Kitosan Nano Dengan Menggunakan Ultrasonic Bath
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kitosan
Kitosan adalah jenis polimer alami yang dihasilkan dari proses deasetilasi kitin.
Kitosan mempunyai sifat yang khas yakni bioaktifis, biodegradasi dan tidak beracun.
Kitosan merupakan jenis polimer alam yang mempunyai rantai tidak linier dan
mempunyai rumus (C6H11NO4)n. Mempunyai sifat tidak berbau,berwarna putih dan
terdiri dari dua jenis polimer yaitu poli (2-deoksi,2-asetilamin,2-glukosa) dan poli(2deoksi,2- amino glukosa) yang berikatan secara beta (1,4). Kitosan larut dalam pelarut
organik, HCl encer, HNO3 encer, dan H3PO4 0,5%, tetapi tidak larut dalam basa kuat
dan H2SO4. Sifat kelarutan kitosan ini dipengaruhi oleh bobot molekul dan derajat
deasetilasi. Bobot molekul kitosan beragam, bergantung pada degradasi yang terjadi
selama proses deasetilasi (Sugita 2010).
CH2OH
CH2OH
O
O
*
O
O
OH
NH2
O
OH
n
NH2
Gambar 2.1 struktur kitosan
Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi maupun
ezimatik. Proses kimiawi menggunakan basa misalnya NaOH, dan dapat
menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi, yaitu mencapai 85-93%.
Namun proses kimiawi menghasilkan kitosan dengan bobot molekul yang beragam
dan deasetilasinya juga sangat acak , sehingga sifat fisik dan kimia kitosan tidak
seragam. Selain itu proses kimiawi juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan,
sulit dikendalikan, dan melibatkan banyak reaksi samping yang dapat menurunkan
rendemen. Proses enzimatik dapat menutupi kekurangan proses kimiawi. Pada
dasarnya deasetilasi secara enzimatik bersifat selektif dan tidak merusak struktur rantai
kitosan, sehingga menghasilkan kitosan dengan karakteristik yang lebih seragam agar
dapat memperluas bidang aplikasinya (Sugita, 2009).
Tabel 2.1 Spesifikasi Kitosan Komersil
Parameter
Ukuran partikel
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Warna larutan
N-deasetilasi (%)
Kelas viskositas (cps)
• Rendah
• Medium
• Tinggi pelarut organic
• Sangat tinggi
(Sugita, 2009)
Ciri
Serpihan sampai serbuk
≤ 10,0
≤ 2,0
Tidak berwarna
≥ 70,0
< 200
200799
8002000
˃ 2000
2.2 Mikro Kitosan
Mikro kitosan merupakan biopolimer hasil modifikasi kitosan dengan
karakteristik tingkat kristal yang tinggi dan dapat dibentuk menurut skala besar
molekulnya melalui berbagai metode. Menurut Struszczyk dan Kivekäs dalam
Säkkinen (2003) Mikro kitosan telah banyak dipelajari dan diaplikasikan kedalam
beberapa bentuk aplikasi yang diantaraya berfungsi sebagai devirat obat-obatan serta
dalam formulasi menurunkan kolesterol Mikro kitosan secara khusus memiliki
manfaat sebagai media obat atau zat aktif. Sebagai tingkatan kristal yang tinggi dalam
kitosan, salah satu karakteristik yang dimiliki Mikro kitosan berupa kemampuan
kapasitasnya yang tinggi dalam mempertahankan air. Karakteristik ini menguntungkan
dalam hal pengembangan formulasi lepas lambat karena dapat memfasilitasi
pembentukan gel yang akan mengontrol pelepasan obat.
Kemampuan Mikro kitosan untuk membentuk ikatan hidrogen secara teoritis
dapat menghasilkan mukoadhesion efisien dengan kitosan mikrokri mikro kitosan
stalin. Sifat-sifat yang dimiliki mikro kitosan disebutkan membuatnya sangat menarik
untuk studi sebagai hidrofilik tingkat media zat aktif dalam mengendalikan pelepasan
obat dari formulasi yang juga dimaksudkan untuk mukoadhesif dalam perut.
(Säkkinen et al. 2003).
2.3 Nano Kitosan
Nano kitosan yaitu kitosan yang memiliki pertikel yang berbentuk padat dengan ukuran
sekitar 10 – 1000 nm. Kitosan dalam bentuk nanopartikel ini pun bersifat netral, tidak toksik,
dan memiliki stabilitas yang konstan. Nanopartikel ini digunakan dalam berbagai rute (aplikasi
parental, mucosal misal oral, nasal, dan ocular mucosa) yang sangat tidak invasive. Dalam
sistem pengantaran obat, nanopartikel berperan sebagai pembawa (carrier) dengan cara
melarutkan, menjebak, mengenkapsulasi, atau menempelkan obat di dalam matriksnya. Barubaru ini, nanopartikel yang berasal dari bahan polimer digunakan sebagai sistem pengantaran
obat yang potensial karena kemampuan penyebarannya di dalam organ tubuh selama waktu
tertentu, dan kemampuannya untuk mengantarkan protein atau peptida (Mohanraj dan Chen
2006).
Nano partikel dari bahan polimer yang biodegradable dan kompatibel
merupakan salah satu perkembangan baik untuk pembawa obat karena nanopartikel
diduga terserap secara utuh di dalam system pencernaan setelah masuk ke dalam tubuh
(Wu et al. 2005 dalam Wahyono 2010). Tujuan utama dalam melakukan rancangan
nanopartikel sebagai sistem pengantar obat adalah untuk mengatur ukuran partikel,
sifat-sifat permukaan, dan pelepasan zat aktif pada tempat yang spesifik di dalam
tubuh sebagi sasaran pengobatan. Aplikasi nanoteknologi membuat revolusi baru
dalam dunia industri dan diyakini pemenang persaingan global di masa yang akan
datang adalah negara-negara yang dapat menguasai nanoteknologi. Ruang lingkup
nanoteknologi meliputi usaha dan konsep untuk menghasilkan material atau bahan
berskala nanometer, mengeksplorasi dan merekayasa karakteristik material atau bahan
tersebut, serta mendesain ulang material atau bahan tersebut ke dalam bentuk, ukuran
dan fungsi yang diinginkan.
2.4 Kegunaan Kitosan dan turunannya.
Kegunaan kitosan terus meningkat, hal ini terutama disebabkan kitosan dapat
digunakan secara langsung seperti sumber serat (dietary fiber), suplemen mencegah
kegemukan, anti mikroba mencegah infeksi pada luka dan sebagainya. Saat ini, kitin dan
kitosan menjadi salah satu bahan kimia dan bahan baku industri yang menjadi unggulan.
Modifikasi molekul kitin dan kitosan melalui reaksi transformasi
Kimia dari kitin dan kitosan, sudah banyak menghasilkan senyawa turunan kitin dan
kitosan sehingga aplikasi dan kegunaan senyawa tersebut sangat luas, seperti bagi industri
farmasi, kesehatan, kosmetik, makanan, pengolah limbah dan air, fotografi, kayu dan kertas.
Kitin dan kitosan dapat digunakan di berbagai macam aplikasi industri diantaranya, seperti
pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Kegunaan dari kitosan dan turunannya.
Bidang Aplikasi Industri
Kesehatan / Farmasi
Kosmetik
Teknologi
Industri makanan
Pertanian
Kegunaan
Pembersih luka, pembawa obat
(kapsul), pengantar gen, perbaikan
jaringan, digunakan pada tulang
dan gigi, dan radioterafi.
Menjaga
kelembapan
kulit,
melindungi kulit ari, pengobatan
jerawat, reduksi elektrik statis
rambut,dan pewarnaan kulit.
Biokatalis,
pengolahan
air,
pencetakan
molekul,
reduski
logam, stabilasi nano partikel,
photografi, tekstil, nanomaterial,
biosensor, dan katalis heterogen.
Dietari fiber, pengawet makanan
(antioksidan, anti mikroba), dan
pengemulsi.
Elisitor gen, antibakteri, pelapis
biji, dan menjaga bunga yang telah
dipotong tetap segar.
Sumber : Aranaz et al.,2010.
Pemanfaatan kitosan dan turunannya dalam bidang kosmetik dipergunakan sebagai
krem muka, tangan dan kulit (face, hand and body cream) fungsi untuk pelembab, pasta gigi,
bedak (make up powder), pelapis kulit dan wajah dari sinar matahari (lotion), busa pembersih.
(Goosen,1997). Gugus amina (-NH2) dan hidroksil (-OH) pada rantai kitosan, menyebabkan
kitosan bersifat polielektrolit kationik (pKa = 6,5) dan bersifat sebagai basa, hal yang sangat
jarang terjadi secara alami. Sifat basa ini menjadikan kitosan :
a. Dapat larut dalam media asam encer membentuk larutan yang kental sehingga dapat
digunakan dalam pembuatan gel. Dalam beberapa variasi konfigurasi seperti butiran,
membran, pelapis kapsul, serat dan spons.
b. Membentuk kompleks yang tidak larut dalam air dengan polianion yang dapat juga
digunakan untuk pembuatan butiran gel, kapsul dan membran.
c. Dapat digunakan sebagai pengkhelat ion logam berat dimana gelnya menyediakan sistem
produksi terhadap efek destruksi dari ion (Meryati, 2005).
Sifat kitosan sebagai polimer alami mempunyai sifat menghambat absorbsi lemak,
penurun kolesterol, pelangsing tubuh, atau pencegahan penyakit lainnya. Kitosan mampu
menurunkan tingkat kolesterol dalam serum dengan efektif dan tanpa menimbulkan efek
samping (Rismana,2001). Kitosan dan beberapa tipe modifikasinya dilaporkan penggunaannya
untuk aplikasi biomedi, seperti pelembab kulit, penyembuh luka, anti koagulan, jahitan pada
luka, obat-obatan, bahan vaksin, dan dietary fiber. Baru-baru ini, penggunaan kitosan dan
derivatnya telah banyak dikembangkan sebagai proses mineralisasi, atau pembentukan tulang
stimulin endoktrin (Irawan, 2007).
Kegunaan turunan kitosan dalam bentuk N-alkil kitosan antara lain, perbaikan
jaringan biologis (acaffolds), sensor, bahan bakar sel (membran), model studi interaksi
membran biologis, pelapisan untuk anti bakteri, penyusun DNA, produk kosmetik, bahan
pembawa obat, dan pelapisan membran. Palmitil kitosan kira-kira 10 % telah digunakan untuk
kapsul sebagai pelepas obat secara terkontrol
(Aranaz et al.,2010).
2.5 Gliserol
Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas 3 atom karbon. Jadi tiap atom karbon
mempunyai gugus –OH. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua, tiga molekul asam
lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida. Adapun
rumus molekul gliserin dapat ditunjukkan pada Gambar 2.2 :
CH2OH
|
CHOH
|
CH2OH
Gambar 2.2 Rumus Molekul Gliserol
Sifat fisik dari gliserol :
- Merupakan cairan tidak berwarna
- Tidak berbau
- Cairan kental dengan rasa yang manis
- Densitas 1,261
- Titik lebur 18,2C
- Titik didih 290 C
Gliserol juga digunakan sebagai penghalus pada krim cukur, sabun, dalam obat batuk dan
syrup atau untuk pelembab (Hart, 1983).
Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas tiga atom karbon. Jadi tiap
karbon mempunyai gugus –OH. Gliserol dapat diperoleh dengan jalan penguapan hati-hati,
kemudian dimurnikan dengan distilasi pada tekanan rendah. Pada umumnya lemak apabila
dibiarkan lama di udara akan menimbulkan rasa dan bau yang tidak enak. Hal ini disebabkan
oleh proses hidrolisis yang menghasilkan asam lemak bebas. Di samping itu dapat pula terjadi
proses oksidasi terhadap asam lemak tidak jenuh yang hasilnya akan menambah bau dan rasa
yang tidak enak. Oksidasi asam lemak tidak jenuh akan menghasilkan peroksida dan
selanjutnya akan terbentuk aldehida. Inilah yang menyebabkan terjadinya bau dan rasa yang
tidak enak atau tengik. Gliserol yang diperoleh dari hasil penyabunan lemak atau minyak
adalah suatu zat cair yang tidak berwarna dan mempunyai rasa yang agak manis. Gliserol larut
baik dalam air dan tidak larut dalam eter. Gliserol digunakan dalam industri farmasi dan
kosmetika sebagai bahan dalam preparat yang dihasilkan. Di samping itu gliserol berguna bagi
kita untuk sintesis lemak di dalam tubuh. Gliserol yang diperoleh dari hasil penyabunan lemak
atau minyak adalah suatu zat cair yang tidak berwarna dan mempunyai rasa yang agak manis,
larut dalam air dan tidak larut dalam eter (Poedjiadi, 2006).
2.6 Ultrasonic Bath
Ultrasonic menggunakan gelombang suara dengan frekuensi tinggi untuk proses agitasi dalam
larutan. Kavitasi gelembung disebabkan oleh proses agitasi pada kontaminan yang terdapat
dalam
substrat.
Proses
ini
juga
berguna
dalam
blind-hole,
peretakan
dan
peredaman.(Todd,R.H. 1970)
Degradasi yang berarti sebuah proses penurunan ireversibel dari panjang rantai yang
disebabkan oleh pembelahan, dan tidak tentu dalam setiap perubahan kimia yang mengacu
pada rantai polimer. Sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa laju degradasi dan
Mlim tidak sensitif terhadap sifat polimer ketika disonikasi dalam kondisi yang sama. Encina
dkk, menemukan bahwa tingkat degradasi poli (vinil pirolidon) meningkat sepuluh kali lipat
ketika polimer disiapkan dengan sejumlah kecil peroksida pada rantai tersebut dan
pembelahan rantai dapat terjadi secara istimewa di titik-titik lemah dalam rantai.(Suslick,
K.1999)
Proses degradasi bergantung kepada berat molekul, yaitu molekul dengan rantai lebih
panjang lebih utama dihilangkan dan polidispersitas polimer berubah. Dengan demikian,
degradasi dapat digunakan sebagai proses tambahan sebagai parameter dalam mengontrol
distribusi berat molekul. Dalam keseluruhan polimer dengan rantai karbon dipelajari pada saat
ini, produk utama degradasi diperoleh ketika bahan radikal yang timbul dari kerusakan ikatan
homolytic sepanjang rantai. Bukti radikal makromolekul muncul dari proses percobaan
penangkapan radikal serta dari penggunaan resonansi spin elektron spektroskopi (Tabata,
M.1980).
Proses degradasi lebih cepat dengan berat molekul lebih rendah pada temperatur yang
lebih rendah dalam larutan dengan pelarut yang memiliki volatilitas yang lebih rendah juga.
Pola ini mengikuti pengaruh dari parameter pada pengurangan gelembung pengkavitasi.
Sonikasi pada suhu yang lebih tinggi atau dalam pelarut yang mudah menguap menghasilkan
uap lebih banyak masuk ke gelembung dan terjadi penurunan pelunakan, sehingga tingkat
kekerasan nya berkurang. Dalam larutan encer, rantai polimer tidak terjerat dan bebas untuk
bergerak dalam daerah aliran sekitar gelembung. Seperti yang diharapkan, degradasi lebih
efisien pada intensitas ultrasonik yang lebih tinggi, karena semakin banyak jumlah gelembung
dengan jari-jari yang lebih besar. (Suslick, K.1999)
Kebanyakan dari senyawa polimer organik dipersiapkan dari monomer dengan ikatan
rangkap reaktif yang mengalami proses pertumbuhan rantai atau raeksi addisi. Proses kavitasi
dapat menghasilkan radikal dengan konsentrasi tinggi. Oleh karena itu, penerapan ultrasonic
sangat terkendali dengan adanya metode inisiasi. Air itu sendiri sangat rentan terhadap
kavitasi, dalam proses awal secara sonokimia menghasilkan radikal H• dan OH• yang
digunakan oleh Henglein,A (1954) untuk menyiapkan larutan poliakrilonitril
2.7 Natrium Tripoliphosfat
Natrium tripolifosfat atau sodium tripolyphospate (TPP) biasa dikenal juga dengan
nama triphosphate atau pentasodium tripolyphosohate (Na5P3O10) merupakan rantai
lurus hasil derivatisasi dari asam fosforat. Natrium Tripolifosfat memiliki bobot
molekul sebesar 367,86 dengan komposisi Na 31,25%, O 43,49%, dan P 25,26%
(O’neil dkk,2006).
Natrium tripolifosfat dihasilkan dengan memanaskan campuran stoikiometri
disodium fosfat (Na2HPO4) dan monosodium fosfat (NaH2PO4) dibawah kondisi
terkontrol. Natrium tripolifosfat adalah garam tak berwarna yang terdapat baik dalam
bentuk anhidrat maupun dalam bentuk heksahidrat, serta sedikit higroskopik.
Kelarutan natrium tripolifosfat (g/100 mL) pada suhu 25oC adalah 20g dan pada suhu
100oC adalah 86,5g. Larutan natrium tripolifosfat konsentrasi 1% memiliki pH 9,7 –
9,8. Apabila natrium tripolifosfat dipanaskan dalam waktu yang panjang, maka
senyawa tersebut akan kembali menjadi bentuk ortopospat. Stabilitas senyawa ini
lebih tinggi daripada metafosfat, tetapi lebih tidak stabil bila dibandingkan dengan
tetrasodium pirosfat (O’Neil dkk., 2006). Dalam teknologi farmasi, tripolifosfat (TPP)
digunakan sebagai bahan dalam pembuatan nano kitosan dan sistem mikropartikel.
Pada tahun 1989, Bodemeier dkk., pertama kali meneliti tentang enkapsulasi obat
dengan gelasi ionotropik yang disebabkan oleh pembentukan inter dan intramolekuler
sambung silang antara kitosan yang bermuatan positif dengan tripolifosfat yang
bersifat polianionik. Kitosan memiliki bobot jenis grup amina yang tinggi pada bagian
belakangnya dan gugus amina tersebut terprotonasi untuk membentuk –NH3+ dalam
larutan asam.
Muatan positif kitosan tersebut dapat mengalami sambung silang secara
Kimiawi dengan dialdehid seperti glutaraldehid dan ethylene glycol diglycidyl ether,
atau sambung silang secara fisika dengan anion multivalen turunan dari natrium
tripolifosfat (TPP), sitrat, dan sulfat (Kafshgari dkk., 2011).
TPP dipilih sebagai senyawa sambung silang pada gelasi ionik Kitosan karena
sifatnya yang non toksik, mampu membentuk gel dengan cepat, lebih stabil, dan
memiliki karakter penembusan membran yang lebih baik (Yu-Hsin Lin dkk., 2008).
Selain itu, proses gelasi ionik kitosan dengan TPP sebagai senyawa sambung silang
mudah untuk dilakukan scale-up penjerapan dalam proses pembentukan partikel.
Nanopartikel kitosan dipreparasi dengan TPP sebagai senyawa sambung silang
anionik homogen dan kitosan yang memiliki muatan permukaan positif yang membuat
keduanya sesuai untuk aplikasi pada adesi mukosa (Gan dan Wang, 2007).
Proses modifikasi kitosan dengan TPP ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu
konsentrasi kitosan, pH TPP dan waktu terjadinya sambung silang (Ko dkk., 2003).
Kitosan dengan pKa 6,5 merupakan polikationik, ketika dilarutkan dalam asam, amina
bebas dari kitosan akan terprotonasi menghasilkan –NH3+. TPP dilarutkan dalam air
hingga diperoleh ion hidroksil dan ion tripolifosfat. Ion tersebut dapat bergabung
dengan struktur dari kitosan. Pada penelitian Bhumkar dan Pokharkar (2006)
dinyatakan bahwa derajat sambung silang kitosan dan TPP dipengaruhi oleh
keberadaan sisi kationik dan senyawa anionik sehingga pH TPP memiliki peran
penting selama proses sambung silang. Proses sambung silang dapat dilakukan pada
dua kondisi pH, yaitu pH 3 dan pH 9. Pada pH 3 hanya dihasilkan ion tripolifosfat
yang akan berinteraksi dengan –NH3+ dari kitosan sehingga pada kondisi tersebut
diperoleh kitosan-TPP yang didominasi oleh interaksi ionik. Sedangkan pada pH 9,
dihasilkan ion hidroksil dan tripolifosfat. Kedua ion tersebut berkompetisi untuk
berinteraksi dengan –NH3+. Pada kondisi tersebut sambung silang kitosan didominasi
oleh deprotonasi oleh ion hidroksil (Bhumkar dan Pokharkar, 2006)
2.7 Particle Size Size Analyzer
Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran suatu
partikel yaitu:
1. Metode ayakan (Sieve analyses)
2. Laser Diffraction (LAS)
3. Metode sedimentasi
4. Electronical Zone Sensing (EZS)
5. Analisa gambar (mikrografi)
6. Metode kromatografi
7. Ukuran aerosol submikron dan perhitungan.
Sieve analyses (analisi ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan dalam
bidang mikromeritik yaitu ilmu yang mempelajari tentang ilmu dan teknologi partikel
kecil. Metode yang paling umum digunakan adalah analisa gambar (mikrografi).
Metode ini meliputi metode mikroskopi dan metode holografi. Alat yang sering
digunakan biasanya SEM, TEM dan AFM. Namun seiring dengan dengan
berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era nanotekmologi, para
peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metode ini dinilai lebih akurat
untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambar maupun metode ayakan,
terutama untuk sampel – sampel dalam orde nanometer maupun submicron
(Lusi,2011)
Contoh alat yang menggunakan metode LAS adalah Particle Size Analyzer (PSA),
Metode LAS bisa dibagi dalam dua metode yaitu :
1. Metode Basah : metode ini menggunakan media pendispersi untuk mendispersi
material uji.
2. Metode kering : metode ini memanfaatkan udara atau aliran udara untuk
melarutkan partikel dan membawanya ke sensing zone. Metode ini baik
digunakan untuk ukuran yang kasar, dimana hubungannya antar partikel lemah
dan kemungkinan untuk beraglomerasi kecil.
Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui ukuran
partikel :
1. Lebih akurat, pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat jika
dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD. Hal
ini dikarenakan partikel didispersikan kedalam media sehingga ukuran partikel
yang terukur adalah ukuran dari single particle.
2. Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan
keseluruhan kondisi sample.
3. Rentang pengukuran dari 0.6 nanometer hingga 7 mikrometer.
Gambar 2.3 Instrumentasi PSA
Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan metode basah.
Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode kering ataupun
pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar. Terutama untuk
sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya memiliki
kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan
kedalam media sehingga pertikel tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan
demikian ukut=ran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle. Selain itu
hasil pengukuran dalam bentuk distribusi , sehingga hasil pengukuran dapat
diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel. Beberapa analisa
yang dilakukan antara lain :
1. Menganalisa ukuran partikel
2. Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sampel
3. Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industry keramik dan
sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.
4. Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel pengotor
bagi industri WTP (Water Treatment Plant)
5. Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi
yang digunakan produk-produk industri beverage. (Nanortim,2010)
2.8 Ball Mill
Sebuah pabrik bola adalah jenis penggiling digunakan untuk menggiling dan
berbaur bahan untuk digunakan dalam mineral proses, cat, kembang api, keramik dan
laser sintering selektif.
Gambar 2.4 Bulatan Ball Mill
2.8.1 Prinsip Ball Mill
2.8.1.1 Konstruksi Sunting
Sebuah pabrik bola terdiri dari shell silinder berongga berputar pada porosnya.
Sumbu shell dapat berupa horizontal atau pada sudut kecil untuk horisontal. Hal ini
sebagian diisi dengan bola. Media grinding adalah bola, yang dapat dibuat dari baja
(krom baja), stainless steel atau karet. Permukaan dalam shell silinder biasanya
dilapisi dengan bahan tahan abrasi seperti baja mangan atau karet. Kurang memakai
berlangsung di karet berjajar pabrik, seperti ban berkendara Sepro Grinding Mill.
Panjang pabrik kira-kira sama dengan diameternya.
2.8.2 Cara Kerja Ball Mill
Dalam kasus pabrik bola terus beroperasi, material menjadi tanah diberi makan
dari kiri melalui 60 ° kerucut dan produk dibuang melalui 30 ° kerucut ke kanan.
Sebagai berputar shell, bola yang diangkat di sisi kenaikan shell dan kemudian mereka
kaskade turun (atau drop down pada feed), dari dekat bagian atas shell. Dengan
demikian, partikel padat di antara bola yang digiling dan dikurangi ukurannya dengan
dampak.
2.8.3 Aplikasi Ball Mill
Ball mill digunakan untuk menggiling bahan seperti batu bara, pigmen, dan
felspar untuk tembikar. Grinding dapat dilakukan baik basah atau kering tetapi dapat
dilakukan pada kecepatan rendah. Blending bahan peledak adalah contoh dari sebuah
aplikasi untuk bola karet.
Sebuah pabrik bola, jenis penggiling, adalah perangkat silinder yang digunakan
dalam penggilingan (atau pencampuran) bahan-bahan seperti bijih, bahan kimia, bahan
baku keramik dan cat. Pabrik bola berputar di sekitar sumbu horisontal, sebagian diisi
dengan bahan yang akan digiling ditambah media grinding. Bahan yang berbeda
digunakan sebagai media, termasuk bola keramik, kerikil batu dan bola stainless steel.
Efek Cascading internal yang mengurangi bahan menjadi bubuk halus. Pabrik bola
industri dapat beroperasi terus menerus, makan di salah satu ujung dan dibuang di
ujung lain. Besar untuk menengah pabrik bola secara mekanis diputar pada sumbu
mereka, tapi yang kecil biasanya terdiri dari silinder tertutup kontainer yang duduk di
dua drive shaft (puli dan sabuk digunakan untuk mengirimkan gerakan berputar).
Sebuah fungsi tumbler batu pada prinsip yang sama. Pabrik bola juga digunakan
dalam kembang api dan pembuatan bubuk hitam, tetapi tidak dapat digunakan dalam
penyusunan beberapa campuran piroteknik seperti flash powder karena kepekaan
mereka untuk dampak. Pabrik bola berkualitas tinggi berpotensi mahal dan dapat
menggiling partikel campuran untuk sekecil 5 nm, sangat besar meningkatkan luas
permukaan dan reaksi tarif. Grinding bekerja pada prinsip kecepatan kritis. Kecepatan
kritis dapat dipahami sebagai kecepatan yang setelah itu bola baja (yang bertanggung
jawab untuk grinding partikel) mulai berputar sepanjang arah perangkat silinder;
sehingga menyebabkan tidak lebih grinding. Pabrik bola yang digunakan secara luas
dalam proses paduan mekanik [2] di mana mereka tidak hanya digunakan untuk
menggiling tapi untuk pengelasan dingin juga, dengan tujuan menghasilkan paduan
dari bubuk.
High-energy Ball milling
Laboratory scale ball mill
Pabrik bola adalah bagian kunci dari peralatan untuk menggiling bahan hancur,
dan itu secara luas digunakan dalam jalur produksi untuk serbuk seperti semen, silikat,
bahan tahan api, pupuk, keramik kaca, dll serta bijih ganti dari kedua besi dan logam
non-ferrous. Ball mill dapat menggiling berbagai bijih dan bahan lain baik basah atau
kering. Ada dua jenis ball mill, jenis parut dan jenis overfall karena cara yang berbeda
dari materi pemakaian. Ada banyak jenis media yang cocok untuk digunakan
menggiling dalam ball mill, masing-masing bahan memiliki sifat sendiri yang spesifik
dan keuntungan. Sifat utama media grinding adalah ukuran, densitas, kekerasan, dan
komposisi dengan penjelasan sebagai berikut :
a. Ukuran: Semakin kecil partikel media, semakin kecil ukuran partikel dari
produk akhir. Pada saat yang sama, partikel grinding media harus secara
substansial lebih besar dari potongan-potongan terbesar dari bahan yang
akan digiling.
b. Kepadatan: Media harus lebih padat dari bahan yang tanah. Hal ini
menjadi masalah jika media grinding mengapung di atas material yang
akan tanah.
c. Kekerasan: Media grinding harus cukup untuk menggiling bahan tahan
lama, tapi mana mungkin seharusnya tidak begitu sulit itu juga memakai
bawah gelas yang dengan cepat.
d. Komposisi: Berbagai aplikasi grinding memiliki persyaratan khusus.
Beberapa persyaratan ini didasarkan pada fakta bahwa beberapa media
grinding akan di produk jadi. Lainnya didasarkan pada bagaimana media
akan bereaksi dengan bahan yang tanah.
Di mana warna produk jadi penting, warna dan material dari media grinding
harus dipertimbangkan. Dimana kontaminasi rendah adalah penting, media grinding
dapat dipilih untuk kemudahan pemisahan dari produk jadi (yaitu: debu baja yang
dihasilkan dari media stainless steel dapat magnetis dipisahkan dari produk nonferrous). Sebuah alternatif untuk pemisahan adalah dengan menggunakan media dari
bahan yang sama sebagai produk yang tanah.
Produk yang mudah terbakar memiliki kecenderungan untuk menjadi eksplosif
dalam bentuk bubuk. Media baja dapat memicu, menjadi sumber pengapian untuk
produk ini. Entah Media basah-grinding, atau non-memicu seperti keramik atau
memimpin harus dipilih. Beberapa media, seperti besi, dapat bereaksi dengan bahan
korosif. Untuk alasan ini, media stainless steel, keramik, dan batu gerinda dapat setiap
digunakan bila zat korosif hadir selama grinding.
Ruang penggilingan juga dapat diisi dengan perisai gas inert yang tidak
bereaksi dengan bahan yang dasar, untuk mencegah oksidasi atau ledakan reaksi yang
bisa terjadi dengan udara ambien di dalam pabrik.
2.8.4 Kuntungan Dari Ball Mill
Varietas Sunting
Selain pabrik bola umum ada jenis kedua pabrik bola disebut ball mill planet. Pabrik
bola planet yang lebih kecil dari pabrik bola umum dan terutama digunakan di
laboratorium untuk menggiling bahan sampel ke ukuran yang sangat kecil. Sebuah
pabrik bola planet terdiri dari setidaknya satu grinding jar yang diatur eksentris pada
disebut matahari roda. Arah gerakan roda matahari berlawanan dengan yang dari botol
grinding (rasio: 1: -2 atau 1: -1 atau yang lain). Bola grinding dalam stoples
penggilingan dikenakan gerakan rotasi ditumpangkan, yang disebut pasukan Coriolis.
Perbedaan kecepatan antara bola dan penggilingan guci menghasilkan interaksi antara
gaya gesek dan dampaknya, yang melepaskan energi dinamis tinggi. Interaksi antara
kekuatan-kekuatan ini menghasilkan tingkat tinggi dan sangat efektif pengurangan
ukuran ball mill planet. (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Ball_mill)
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kitosan
Kitosan adalah jenis polimer alami yang dihasilkan dari proses deasetilasi kitin.
Kitosan mempunyai sifat yang khas yakni bioaktifis, biodegradasi dan tidak beracun.
Kitosan merupakan jenis polimer alam yang mempunyai rantai tidak linier dan
mempunyai rumus (C6H11NO4)n. Mempunyai sifat tidak berbau,berwarna putih dan
terdiri dari dua jenis polimer yaitu poli (2-deoksi,2-asetilamin,2-glukosa) dan poli(2deoksi,2- amino glukosa) yang berikatan secara beta (1,4). Kitosan larut dalam pelarut
organik, HCl encer, HNO3 encer, dan H3PO4 0,5%, tetapi tidak larut dalam basa kuat
dan H2SO4. Sifat kelarutan kitosan ini dipengaruhi oleh bobot molekul dan derajat
deasetilasi. Bobot molekul kitosan beragam, bergantung pada degradasi yang terjadi
selama proses deasetilasi (Sugita 2010).
CH2OH
CH2OH
O
O
*
O
O
OH
NH2
O
OH
n
NH2
Gambar 2.1 struktur kitosan
Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi maupun
ezimatik. Proses kimiawi menggunakan basa misalnya NaOH, dan dapat
menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi, yaitu mencapai 85-93%.
Namun proses kimiawi menghasilkan kitosan dengan bobot molekul yang beragam
dan deasetilasinya juga sangat acak , sehingga sifat fisik dan kimia kitosan tidak
seragam. Selain itu proses kimiawi juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan,
sulit dikendalikan, dan melibatkan banyak reaksi samping yang dapat menurunkan
rendemen. Proses enzimatik dapat menutupi kekurangan proses kimiawi. Pada
dasarnya deasetilasi secara enzimatik bersifat selektif dan tidak merusak struktur rantai
kitosan, sehingga menghasilkan kitosan dengan karakteristik yang lebih seragam agar
dapat memperluas bidang aplikasinya (Sugita, 2009).
Tabel 2.1 Spesifikasi Kitosan Komersil
Parameter
Ukuran partikel
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Warna larutan
N-deasetilasi (%)
Kelas viskositas (cps)
• Rendah
• Medium
• Tinggi pelarut organic
• Sangat tinggi
(Sugita, 2009)
Ciri
Serpihan sampai serbuk
≤ 10,0
≤ 2,0
Tidak berwarna
≥ 70,0
< 200
200799
8002000
˃ 2000
2.2 Mikro Kitosan
Mikro kitosan merupakan biopolimer hasil modifikasi kitosan dengan
karakteristik tingkat kristal yang tinggi dan dapat dibentuk menurut skala besar
molekulnya melalui berbagai metode. Menurut Struszczyk dan Kivekäs dalam
Säkkinen (2003) Mikro kitosan telah banyak dipelajari dan diaplikasikan kedalam
beberapa bentuk aplikasi yang diantaraya berfungsi sebagai devirat obat-obatan serta
dalam formulasi menurunkan kolesterol Mikro kitosan secara khusus memiliki
manfaat sebagai media obat atau zat aktif. Sebagai tingkatan kristal yang tinggi dalam
kitosan, salah satu karakteristik yang dimiliki Mikro kitosan berupa kemampuan
kapasitasnya yang tinggi dalam mempertahankan air. Karakteristik ini menguntungkan
dalam hal pengembangan formulasi lepas lambat karena dapat memfasilitasi
pembentukan gel yang akan mengontrol pelepasan obat.
Kemampuan Mikro kitosan untuk membentuk ikatan hidrogen secara teoritis
dapat menghasilkan mukoadhesion efisien dengan kitosan mikrokri mikro kitosan
stalin. Sifat-sifat yang dimiliki mikro kitosan disebutkan membuatnya sangat menarik
untuk studi sebagai hidrofilik tingkat media zat aktif dalam mengendalikan pelepasan
obat dari formulasi yang juga dimaksudkan untuk mukoadhesif dalam perut.
(Säkkinen et al. 2003).
2.3 Nano Kitosan
Nano kitosan yaitu kitosan yang memiliki pertikel yang berbentuk padat dengan ukuran
sekitar 10 – 1000 nm. Kitosan dalam bentuk nanopartikel ini pun bersifat netral, tidak toksik,
dan memiliki stabilitas yang konstan. Nanopartikel ini digunakan dalam berbagai rute (aplikasi
parental, mucosal misal oral, nasal, dan ocular mucosa) yang sangat tidak invasive. Dalam
sistem pengantaran obat, nanopartikel berperan sebagai pembawa (carrier) dengan cara
melarutkan, menjebak, mengenkapsulasi, atau menempelkan obat di dalam matriksnya. Barubaru ini, nanopartikel yang berasal dari bahan polimer digunakan sebagai sistem pengantaran
obat yang potensial karena kemampuan penyebarannya di dalam organ tubuh selama waktu
tertentu, dan kemampuannya untuk mengantarkan protein atau peptida (Mohanraj dan Chen
2006).
Nano partikel dari bahan polimer yang biodegradable dan kompatibel
merupakan salah satu perkembangan baik untuk pembawa obat karena nanopartikel
diduga terserap secara utuh di dalam system pencernaan setelah masuk ke dalam tubuh
(Wu et al. 2005 dalam Wahyono 2010). Tujuan utama dalam melakukan rancangan
nanopartikel sebagai sistem pengantar obat adalah untuk mengatur ukuran partikel,
sifat-sifat permukaan, dan pelepasan zat aktif pada tempat yang spesifik di dalam
tubuh sebagi sasaran pengobatan. Aplikasi nanoteknologi membuat revolusi baru
dalam dunia industri dan diyakini pemenang persaingan global di masa yang akan
datang adalah negara-negara yang dapat menguasai nanoteknologi. Ruang lingkup
nanoteknologi meliputi usaha dan konsep untuk menghasilkan material atau bahan
berskala nanometer, mengeksplorasi dan merekayasa karakteristik material atau bahan
tersebut, serta mendesain ulang material atau bahan tersebut ke dalam bentuk, ukuran
dan fungsi yang diinginkan.
2.4 Kegunaan Kitosan dan turunannya.
Kegunaan kitosan terus meningkat, hal ini terutama disebabkan kitosan dapat
digunakan secara langsung seperti sumber serat (dietary fiber), suplemen mencegah
kegemukan, anti mikroba mencegah infeksi pada luka dan sebagainya. Saat ini, kitin dan
kitosan menjadi salah satu bahan kimia dan bahan baku industri yang menjadi unggulan.
Modifikasi molekul kitin dan kitosan melalui reaksi transformasi
Kimia dari kitin dan kitosan, sudah banyak menghasilkan senyawa turunan kitin dan
kitosan sehingga aplikasi dan kegunaan senyawa tersebut sangat luas, seperti bagi industri
farmasi, kesehatan, kosmetik, makanan, pengolah limbah dan air, fotografi, kayu dan kertas.
Kitin dan kitosan dapat digunakan di berbagai macam aplikasi industri diantaranya, seperti
pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Kegunaan dari kitosan dan turunannya.
Bidang Aplikasi Industri
Kesehatan / Farmasi
Kosmetik
Teknologi
Industri makanan
Pertanian
Kegunaan
Pembersih luka, pembawa obat
(kapsul), pengantar gen, perbaikan
jaringan, digunakan pada tulang
dan gigi, dan radioterafi.
Menjaga
kelembapan
kulit,
melindungi kulit ari, pengobatan
jerawat, reduksi elektrik statis
rambut,dan pewarnaan kulit.
Biokatalis,
pengolahan
air,
pencetakan
molekul,
reduski
logam, stabilasi nano partikel,
photografi, tekstil, nanomaterial,
biosensor, dan katalis heterogen.
Dietari fiber, pengawet makanan
(antioksidan, anti mikroba), dan
pengemulsi.
Elisitor gen, antibakteri, pelapis
biji, dan menjaga bunga yang telah
dipotong tetap segar.
Sumber : Aranaz et al.,2010.
Pemanfaatan kitosan dan turunannya dalam bidang kosmetik dipergunakan sebagai
krem muka, tangan dan kulit (face, hand and body cream) fungsi untuk pelembab, pasta gigi,
bedak (make up powder), pelapis kulit dan wajah dari sinar matahari (lotion), busa pembersih.
(Goosen,1997). Gugus amina (-NH2) dan hidroksil (-OH) pada rantai kitosan, menyebabkan
kitosan bersifat polielektrolit kationik (pKa = 6,5) dan bersifat sebagai basa, hal yang sangat
jarang terjadi secara alami. Sifat basa ini menjadikan kitosan :
a. Dapat larut dalam media asam encer membentuk larutan yang kental sehingga dapat
digunakan dalam pembuatan gel. Dalam beberapa variasi konfigurasi seperti butiran,
membran, pelapis kapsul, serat dan spons.
b. Membentuk kompleks yang tidak larut dalam air dengan polianion yang dapat juga
digunakan untuk pembuatan butiran gel, kapsul dan membran.
c. Dapat digunakan sebagai pengkhelat ion logam berat dimana gelnya menyediakan sistem
produksi terhadap efek destruksi dari ion (Meryati, 2005).
Sifat kitosan sebagai polimer alami mempunyai sifat menghambat absorbsi lemak,
penurun kolesterol, pelangsing tubuh, atau pencegahan penyakit lainnya. Kitosan mampu
menurunkan tingkat kolesterol dalam serum dengan efektif dan tanpa menimbulkan efek
samping (Rismana,2001). Kitosan dan beberapa tipe modifikasinya dilaporkan penggunaannya
untuk aplikasi biomedi, seperti pelembab kulit, penyembuh luka, anti koagulan, jahitan pada
luka, obat-obatan, bahan vaksin, dan dietary fiber. Baru-baru ini, penggunaan kitosan dan
derivatnya telah banyak dikembangkan sebagai proses mineralisasi, atau pembentukan tulang
stimulin endoktrin (Irawan, 2007).
Kegunaan turunan kitosan dalam bentuk N-alkil kitosan antara lain, perbaikan
jaringan biologis (acaffolds), sensor, bahan bakar sel (membran), model studi interaksi
membran biologis, pelapisan untuk anti bakteri, penyusun DNA, produk kosmetik, bahan
pembawa obat, dan pelapisan membran. Palmitil kitosan kira-kira 10 % telah digunakan untuk
kapsul sebagai pelepas obat secara terkontrol
(Aranaz et al.,2010).
2.5 Gliserol
Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas 3 atom karbon. Jadi tiap atom karbon
mempunyai gugus –OH. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua, tiga molekul asam
lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida. Adapun
rumus molekul gliserin dapat ditunjukkan pada Gambar 2.2 :
CH2OH
|
CHOH
|
CH2OH
Gambar 2.2 Rumus Molekul Gliserol
Sifat fisik dari gliserol :
- Merupakan cairan tidak berwarna
- Tidak berbau
- Cairan kental dengan rasa yang manis
- Densitas 1,261
- Titik lebur 18,2C
- Titik didih 290 C
Gliserol juga digunakan sebagai penghalus pada krim cukur, sabun, dalam obat batuk dan
syrup atau untuk pelembab (Hart, 1983).
Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas tiga atom karbon. Jadi tiap
karbon mempunyai gugus –OH. Gliserol dapat diperoleh dengan jalan penguapan hati-hati,
kemudian dimurnikan dengan distilasi pada tekanan rendah. Pada umumnya lemak apabila
dibiarkan lama di udara akan menimbulkan rasa dan bau yang tidak enak. Hal ini disebabkan
oleh proses hidrolisis yang menghasilkan asam lemak bebas. Di samping itu dapat pula terjadi
proses oksidasi terhadap asam lemak tidak jenuh yang hasilnya akan menambah bau dan rasa
yang tidak enak. Oksidasi asam lemak tidak jenuh akan menghasilkan peroksida dan
selanjutnya akan terbentuk aldehida. Inilah yang menyebabkan terjadinya bau dan rasa yang
tidak enak atau tengik. Gliserol yang diperoleh dari hasil penyabunan lemak atau minyak
adalah suatu zat cair yang tidak berwarna dan mempunyai rasa yang agak manis. Gliserol larut
baik dalam air dan tidak larut dalam eter. Gliserol digunakan dalam industri farmasi dan
kosmetika sebagai bahan dalam preparat yang dihasilkan. Di samping itu gliserol berguna bagi
kita untuk sintesis lemak di dalam tubuh. Gliserol yang diperoleh dari hasil penyabunan lemak
atau minyak adalah suatu zat cair yang tidak berwarna dan mempunyai rasa yang agak manis,
larut dalam air dan tidak larut dalam eter (Poedjiadi, 2006).
2.6 Ultrasonic Bath
Ultrasonic menggunakan gelombang suara dengan frekuensi tinggi untuk proses agitasi dalam
larutan. Kavitasi gelembung disebabkan oleh proses agitasi pada kontaminan yang terdapat
dalam
substrat.
Proses
ini
juga
berguna
dalam
blind-hole,
peretakan
dan
peredaman.(Todd,R.H. 1970)
Degradasi yang berarti sebuah proses penurunan ireversibel dari panjang rantai yang
disebabkan oleh pembelahan, dan tidak tentu dalam setiap perubahan kimia yang mengacu
pada rantai polimer. Sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa laju degradasi dan
Mlim tidak sensitif terhadap sifat polimer ketika disonikasi dalam kondisi yang sama. Encina
dkk, menemukan bahwa tingkat degradasi poli (vinil pirolidon) meningkat sepuluh kali lipat
ketika polimer disiapkan dengan sejumlah kecil peroksida pada rantai tersebut dan
pembelahan rantai dapat terjadi secara istimewa di titik-titik lemah dalam rantai.(Suslick,
K.1999)
Proses degradasi bergantung kepada berat molekul, yaitu molekul dengan rantai lebih
panjang lebih utama dihilangkan dan polidispersitas polimer berubah. Dengan demikian,
degradasi dapat digunakan sebagai proses tambahan sebagai parameter dalam mengontrol
distribusi berat molekul. Dalam keseluruhan polimer dengan rantai karbon dipelajari pada saat
ini, produk utama degradasi diperoleh ketika bahan radikal yang timbul dari kerusakan ikatan
homolytic sepanjang rantai. Bukti radikal makromolekul muncul dari proses percobaan
penangkapan radikal serta dari penggunaan resonansi spin elektron spektroskopi (Tabata,
M.1980).
Proses degradasi lebih cepat dengan berat molekul lebih rendah pada temperatur yang
lebih rendah dalam larutan dengan pelarut yang memiliki volatilitas yang lebih rendah juga.
Pola ini mengikuti pengaruh dari parameter pada pengurangan gelembung pengkavitasi.
Sonikasi pada suhu yang lebih tinggi atau dalam pelarut yang mudah menguap menghasilkan
uap lebih banyak masuk ke gelembung dan terjadi penurunan pelunakan, sehingga tingkat
kekerasan nya berkurang. Dalam larutan encer, rantai polimer tidak terjerat dan bebas untuk
bergerak dalam daerah aliran sekitar gelembung. Seperti yang diharapkan, degradasi lebih
efisien pada intensitas ultrasonik yang lebih tinggi, karena semakin banyak jumlah gelembung
dengan jari-jari yang lebih besar. (Suslick, K.1999)
Kebanyakan dari senyawa polimer organik dipersiapkan dari monomer dengan ikatan
rangkap reaktif yang mengalami proses pertumbuhan rantai atau raeksi addisi. Proses kavitasi
dapat menghasilkan radikal dengan konsentrasi tinggi. Oleh karena itu, penerapan ultrasonic
sangat terkendali dengan adanya metode inisiasi. Air itu sendiri sangat rentan terhadap
kavitasi, dalam proses awal secara sonokimia menghasilkan radikal H• dan OH• yang
digunakan oleh Henglein,A (1954) untuk menyiapkan larutan poliakrilonitril
2.7 Natrium Tripoliphosfat
Natrium tripolifosfat atau sodium tripolyphospate (TPP) biasa dikenal juga dengan
nama triphosphate atau pentasodium tripolyphosohate (Na5P3O10) merupakan rantai
lurus hasil derivatisasi dari asam fosforat. Natrium Tripolifosfat memiliki bobot
molekul sebesar 367,86 dengan komposisi Na 31,25%, O 43,49%, dan P 25,26%
(O’neil dkk,2006).
Natrium tripolifosfat dihasilkan dengan memanaskan campuran stoikiometri
disodium fosfat (Na2HPO4) dan monosodium fosfat (NaH2PO4) dibawah kondisi
terkontrol. Natrium tripolifosfat adalah garam tak berwarna yang terdapat baik dalam
bentuk anhidrat maupun dalam bentuk heksahidrat, serta sedikit higroskopik.
Kelarutan natrium tripolifosfat (g/100 mL) pada suhu 25oC adalah 20g dan pada suhu
100oC adalah 86,5g. Larutan natrium tripolifosfat konsentrasi 1% memiliki pH 9,7 –
9,8. Apabila natrium tripolifosfat dipanaskan dalam waktu yang panjang, maka
senyawa tersebut akan kembali menjadi bentuk ortopospat. Stabilitas senyawa ini
lebih tinggi daripada metafosfat, tetapi lebih tidak stabil bila dibandingkan dengan
tetrasodium pirosfat (O’Neil dkk., 2006). Dalam teknologi farmasi, tripolifosfat (TPP)
digunakan sebagai bahan dalam pembuatan nano kitosan dan sistem mikropartikel.
Pada tahun 1989, Bodemeier dkk., pertama kali meneliti tentang enkapsulasi obat
dengan gelasi ionotropik yang disebabkan oleh pembentukan inter dan intramolekuler
sambung silang antara kitosan yang bermuatan positif dengan tripolifosfat yang
bersifat polianionik. Kitosan memiliki bobot jenis grup amina yang tinggi pada bagian
belakangnya dan gugus amina tersebut terprotonasi untuk membentuk –NH3+ dalam
larutan asam.
Muatan positif kitosan tersebut dapat mengalami sambung silang secara
Kimiawi dengan dialdehid seperti glutaraldehid dan ethylene glycol diglycidyl ether,
atau sambung silang secara fisika dengan anion multivalen turunan dari natrium
tripolifosfat (TPP), sitrat, dan sulfat (Kafshgari dkk., 2011).
TPP dipilih sebagai senyawa sambung silang pada gelasi ionik Kitosan karena
sifatnya yang non toksik, mampu membentuk gel dengan cepat, lebih stabil, dan
memiliki karakter penembusan membran yang lebih baik (Yu-Hsin Lin dkk., 2008).
Selain itu, proses gelasi ionik kitosan dengan TPP sebagai senyawa sambung silang
mudah untuk dilakukan scale-up penjerapan dalam proses pembentukan partikel.
Nanopartikel kitosan dipreparasi dengan TPP sebagai senyawa sambung silang
anionik homogen dan kitosan yang memiliki muatan permukaan positif yang membuat
keduanya sesuai untuk aplikasi pada adesi mukosa (Gan dan Wang, 2007).
Proses modifikasi kitosan dengan TPP ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu
konsentrasi kitosan, pH TPP dan waktu terjadinya sambung silang (Ko dkk., 2003).
Kitosan dengan pKa 6,5 merupakan polikationik, ketika dilarutkan dalam asam, amina
bebas dari kitosan akan terprotonasi menghasilkan –NH3+. TPP dilarutkan dalam air
hingga diperoleh ion hidroksil dan ion tripolifosfat. Ion tersebut dapat bergabung
dengan struktur dari kitosan. Pada penelitian Bhumkar dan Pokharkar (2006)
dinyatakan bahwa derajat sambung silang kitosan dan TPP dipengaruhi oleh
keberadaan sisi kationik dan senyawa anionik sehingga pH TPP memiliki peran
penting selama proses sambung silang. Proses sambung silang dapat dilakukan pada
dua kondisi pH, yaitu pH 3 dan pH 9. Pada pH 3 hanya dihasilkan ion tripolifosfat
yang akan berinteraksi dengan –NH3+ dari kitosan sehingga pada kondisi tersebut
diperoleh kitosan-TPP yang didominasi oleh interaksi ionik. Sedangkan pada pH 9,
dihasilkan ion hidroksil dan tripolifosfat. Kedua ion tersebut berkompetisi untuk
berinteraksi dengan –NH3+. Pada kondisi tersebut sambung silang kitosan didominasi
oleh deprotonasi oleh ion hidroksil (Bhumkar dan Pokharkar, 2006)
2.7 Particle Size Size Analyzer
Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran suatu
partikel yaitu:
1. Metode ayakan (Sieve analyses)
2. Laser Diffraction (LAS)
3. Metode sedimentasi
4. Electronical Zone Sensing (EZS)
5. Analisa gambar (mikrografi)
6. Metode kromatografi
7. Ukuran aerosol submikron dan perhitungan.
Sieve analyses (analisi ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan dalam
bidang mikromeritik yaitu ilmu yang mempelajari tentang ilmu dan teknologi partikel
kecil. Metode yang paling umum digunakan adalah analisa gambar (mikrografi).
Metode ini meliputi metode mikroskopi dan metode holografi. Alat yang sering
digunakan biasanya SEM, TEM dan AFM. Namun seiring dengan dengan
berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era nanotekmologi, para
peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metode ini dinilai lebih akurat
untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambar maupun metode ayakan,
terutama untuk sampel – sampel dalam orde nanometer maupun submicron
(Lusi,2011)
Contoh alat yang menggunakan metode LAS adalah Particle Size Analyzer (PSA),
Metode LAS bisa dibagi dalam dua metode yaitu :
1. Metode Basah : metode ini menggunakan media pendispersi untuk mendispersi
material uji.
2. Metode kering : metode ini memanfaatkan udara atau aliran udara untuk
melarutkan partikel dan membawanya ke sensing zone. Metode ini baik
digunakan untuk ukuran yang kasar, dimana hubungannya antar partikel lemah
dan kemungkinan untuk beraglomerasi kecil.
Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui ukuran
partikel :
1. Lebih akurat, pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat jika
dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD. Hal
ini dikarenakan partikel didispersikan kedalam media sehingga ukuran partikel
yang terukur adalah ukuran dari single particle.
2. Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan
keseluruhan kondisi sample.
3. Rentang pengukuran dari 0.6 nanometer hingga 7 mikrometer.
Gambar 2.3 Instrumentasi PSA
Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan metode basah.
Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode kering ataupun
pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar. Terutama untuk
sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya memiliki
kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan
kedalam media sehingga pertikel tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan
demikian ukut=ran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle. Selain itu
hasil pengukuran dalam bentuk distribusi , sehingga hasil pengukuran dapat
diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel. Beberapa analisa
yang dilakukan antara lain :
1. Menganalisa ukuran partikel
2. Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sampel
3. Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industry keramik dan
sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.
4. Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel pengotor
bagi industri WTP (Water Treatment Plant)
5. Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi
yang digunakan produk-produk industri beverage. (Nanortim,2010)
2.8 Ball Mill
Sebuah pabrik bola adalah jenis penggiling digunakan untuk menggiling dan
berbaur bahan untuk digunakan dalam mineral proses, cat, kembang api, keramik dan
laser sintering selektif.
Gambar 2.4 Bulatan Ball Mill
2.8.1 Prinsip Ball Mill
2.8.1.1 Konstruksi Sunting
Sebuah pabrik bola terdiri dari shell silinder berongga berputar pada porosnya.
Sumbu shell dapat berupa horizontal atau pada sudut kecil untuk horisontal. Hal ini
sebagian diisi dengan bola. Media grinding adalah bola, yang dapat dibuat dari baja
(krom baja), stainless steel atau karet. Permukaan dalam shell silinder biasanya
dilapisi dengan bahan tahan abrasi seperti baja mangan atau karet. Kurang memakai
berlangsung di karet berjajar pabrik, seperti ban berkendara Sepro Grinding Mill.
Panjang pabrik kira-kira sama dengan diameternya.
2.8.2 Cara Kerja Ball Mill
Dalam kasus pabrik bola terus beroperasi, material menjadi tanah diberi makan
dari kiri melalui 60 ° kerucut dan produk dibuang melalui 30 ° kerucut ke kanan.
Sebagai berputar shell, bola yang diangkat di sisi kenaikan shell dan kemudian mereka
kaskade turun (atau drop down pada feed), dari dekat bagian atas shell. Dengan
demikian, partikel padat di antara bola yang digiling dan dikurangi ukurannya dengan
dampak.
2.8.3 Aplikasi Ball Mill
Ball mill digunakan untuk menggiling bahan seperti batu bara, pigmen, dan
felspar untuk tembikar. Grinding dapat dilakukan baik basah atau kering tetapi dapat
dilakukan pada kecepatan rendah. Blending bahan peledak adalah contoh dari sebuah
aplikasi untuk bola karet.
Sebuah pabrik bola, jenis penggiling, adalah perangkat silinder yang digunakan
dalam penggilingan (atau pencampuran) bahan-bahan seperti bijih, bahan kimia, bahan
baku keramik dan cat. Pabrik bola berputar di sekitar sumbu horisontal, sebagian diisi
dengan bahan yang akan digiling ditambah media grinding. Bahan yang berbeda
digunakan sebagai media, termasuk bola keramik, kerikil batu dan bola stainless steel.
Efek Cascading internal yang mengurangi bahan menjadi bubuk halus. Pabrik bola
industri dapat beroperasi terus menerus, makan di salah satu ujung dan dibuang di
ujung lain. Besar untuk menengah pabrik bola secara mekanis diputar pada sumbu
mereka, tapi yang kecil biasanya terdiri dari silinder tertutup kontainer yang duduk di
dua drive shaft (puli dan sabuk digunakan untuk mengirimkan gerakan berputar).
Sebuah fungsi tumbler batu pada prinsip yang sama. Pabrik bola juga digunakan
dalam kembang api dan pembuatan bubuk hitam, tetapi tidak dapat digunakan dalam
penyusunan beberapa campuran piroteknik seperti flash powder karena kepekaan
mereka untuk dampak. Pabrik bola berkualitas tinggi berpotensi mahal dan dapat
menggiling partikel campuran untuk sekecil 5 nm, sangat besar meningkatkan luas
permukaan dan reaksi tarif. Grinding bekerja pada prinsip kecepatan kritis. Kecepatan
kritis dapat dipahami sebagai kecepatan yang setelah itu bola baja (yang bertanggung
jawab untuk grinding partikel) mulai berputar sepanjang arah perangkat silinder;
sehingga menyebabkan tidak lebih grinding. Pabrik bola yang digunakan secara luas
dalam proses paduan mekanik [2] di mana mereka tidak hanya digunakan untuk
menggiling tapi untuk pengelasan dingin juga, dengan tujuan menghasilkan paduan
dari bubuk.
High-energy Ball milling
Laboratory scale ball mill
Pabrik bola adalah bagian kunci dari peralatan untuk menggiling bahan hancur,
dan itu secara luas digunakan dalam jalur produksi untuk serbuk seperti semen, silikat,
bahan tahan api, pupuk, keramik kaca, dll serta bijih ganti dari kedua besi dan logam
non-ferrous. Ball mill dapat menggiling berbagai bijih dan bahan lain baik basah atau
kering. Ada dua jenis ball mill, jenis parut dan jenis overfall karena cara yang berbeda
dari materi pemakaian. Ada banyak jenis media yang cocok untuk digunakan
menggiling dalam ball mill, masing-masing bahan memiliki sifat sendiri yang spesifik
dan keuntungan. Sifat utama media grinding adalah ukuran, densitas, kekerasan, dan
komposisi dengan penjelasan sebagai berikut :
a. Ukuran: Semakin kecil partikel media, semakin kecil ukuran partikel dari
produk akhir. Pada saat yang sama, partikel grinding media harus secara
substansial lebih besar dari potongan-potongan terbesar dari bahan yang
akan digiling.
b. Kepadatan: Media harus lebih padat dari bahan yang tanah. Hal ini
menjadi masalah jika media grinding mengapung di atas material yang
akan tanah.
c. Kekerasan: Media grinding harus cukup untuk menggiling bahan tahan
lama, tapi mana mungkin seharusnya tidak begitu sulit itu juga memakai
bawah gelas yang dengan cepat.
d. Komposisi: Berbagai aplikasi grinding memiliki persyaratan khusus.
Beberapa persyaratan ini didasarkan pada fakta bahwa beberapa media
grinding akan di produk jadi. Lainnya didasarkan pada bagaimana media
akan bereaksi dengan bahan yang tanah.
Di mana warna produk jadi penting, warna dan material dari media grinding
harus dipertimbangkan. Dimana kontaminasi rendah adalah penting, media grinding
dapat dipilih untuk kemudahan pemisahan dari produk jadi (yaitu: debu baja yang
dihasilkan dari media stainless steel dapat magnetis dipisahkan dari produk nonferrous). Sebuah alternatif untuk pemisahan adalah dengan menggunakan media dari
bahan yang sama sebagai produk yang tanah.
Produk yang mudah terbakar memiliki kecenderungan untuk menjadi eksplosif
dalam bentuk bubuk. Media baja dapat memicu, menjadi sumber pengapian untuk
produk ini. Entah Media basah-grinding, atau non-memicu seperti keramik atau
memimpin harus dipilih. Beberapa media, seperti besi, dapat bereaksi dengan bahan
korosif. Untuk alasan ini, media stainless steel, keramik, dan batu gerinda dapat setiap
digunakan bila zat korosif hadir selama grinding.
Ruang penggilingan juga dapat diisi dengan perisai gas inert yang tidak
bereaksi dengan bahan yang dasar, untuk mencegah oksidasi atau ledakan reaksi yang
bisa terjadi dengan udara ambien di dalam pabrik.
2.8.4 Kuntungan Dari Ball Mill
Varietas Sunting
Selain pabrik bola umum ada jenis kedua pabrik bola disebut ball mill planet. Pabrik
bola planet yang lebih kecil dari pabrik bola umum dan terutama digunakan di
laboratorium untuk menggiling bahan sampel ke ukuran yang sangat kecil. Sebuah
pabrik bola planet terdiri dari setidaknya satu grinding jar yang diatur eksentris pada
disebut matahari roda. Arah gerakan roda matahari berlawanan dengan yang dari botol
grinding (rasio: 1: -2 atau 1: -1 atau yang lain). Bola grinding dalam stoples
penggilingan dikenakan gerakan rotasi ditumpangkan, yang disebut pasukan Coriolis.
Perbedaan kecepatan antara bola dan penggilingan guci menghasilkan interaksi antara
gaya gesek dan dampaknya, yang melepaskan energi dinamis tinggi. Interaksi antara
kekuatan-kekuatan ini menghasilkan tingkat tinggi dan sangat efektif pengurangan
ukuran ball mill planet. (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Ball_mill)