PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N .../Pengaruh...asam itakonat (IA) dan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN

N,N’-METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP

KARAKTERISTIK HIDROGEL κ-KARAGINAN

Disusun oleh :

CITA KURNIAWATI

M0307005

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli, 2012


commit to user

Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si

Dipertahankan di depan Tim

Anggota Tim Penguji :

1. Drs. Mudjijono, Ph.D

NIP. 19540418 198601 1001

2. Dr. Desi Suci Handayani, M.Si

NIP. 19721207 199903

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

ii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini dibimbing oleh :

Pembimbing I

Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si

NIP. 19740813 200003 1001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada:

Hari : Senin

Tanggal : 30 Juli 2012

Drs. Mudjijono, Ph.D

19540418 198601 1001

1.....................................................

Dr. Desi Suci Handayani, M.Si

19721207 199903 2001

2.....................................................

Disahkan oleh

Ketua Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Dr. Eddy Heraldy, M. Si

NIP. 19640305 200003 1002

1.....................................................

2.....................................................


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “PENGARUH

PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-METILENBISAKRILAMIDA

TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL κ-KARAGINAN” ini adalah

benar-benar karya saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan

untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang

sepengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2012

Cita Kurniawati


commit to user

iv

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-

METILENBISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL κ-

KARAGINAN

CITA KURNIAWATI

Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian mengenai penentuan pengaruh penambahan asam itakonat (IA) dan N,N’-metilenbisakrilamida (MBA) terhadap karakteristik hidrogel κ-karaginan. Hidrogel κ-karaginan disintesis melalui graftingkopolimerisasi asam itakonat (IA) ke dalam κ-karaginan, menggunakan kalium persulfat (KPS) sebagai inisiator radikal bebas dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) sebagai agen pengikat silang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan monomer IA dan agen pengikat silang MBA terhadapswelling capacity dan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan serta untuk mengetahui pengaruh pH media swelling terhadap swelling capacity hidrogel κ-karaginan. Gugus-gugus fungsi di dalam hidrogel κ-karaginan diidentifikasidengan spektra FTIR. Pengaruh penambahan IA dan MBA diamati melalui kemampuan swelling hidrogel κ-karaginan dan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan yang diidentifikasi menggunakan TG-DTA. Hidrogel κ-karaginandengan penambahan MBA diuji swelling dengan variasi pH media swelling, yaitu dari 3 hingga 12.

Karakterisasi dengan menggunakan FTIR mengindikasikan terbentuknyahidrogel κ-karaginan, yang ditandai dengan munculnya serapan C=O ester pada daerah 1726 cm-1 dan hilangnya serapan C=C pada daerah 1627 cm-1. Uji swellingdari hidrogel menunjukkan bahwa swelling capacity hidrogel κ-karaginan tanpa adanya MBA lebih tinggi daripada hidrogel κ-karaginan dengan MBA. Penambahan IA menyebabkan kenaikan swelling capacity hidrogel κ-karaginandengan titik optimum pada massa asam itakonat 1 gram. Uji swelling pada variasi pH dari media swelling menunjukkan bahwa swelling capacity optimum pada kondisi asam dicapai pada pH 4, sedangkan pada kondisi basa dicapai pada pH 10. Karakterisasi menggunakan TG-DTA menunjukkan penambahan MBA tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap ketahanan termal hidogel κ-karaginan. Penambahan IA menyebabkan penurunan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan.

Kata kunci: κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel, swelling.


commit to user

v

EFFECT OF ITACONIC ACID AND N,N’-METHYLENEBISACRYLAMIDE

ADDITION TO THE CHARACTERISTICS OF κ-CARRAGEENAN

HYDROGEL

CITA KURNIAWATI

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The research of determination of the effect of itaconic acid (IA) and N, N'-methylenebisacrylamide (MBA) addition to the characteristics of κ-carrageenan hydrogel has done. Hydrogel from κ-carrageenan synthesized by grafting copolymerization of itaconic acid (IA) onto κ-karaginan, using potassium persulfate (KPS) as a free radical initiator and N,N'-methylenebisacrylamide(MBA) as crosslinking agent. The aims of this study are to determine the effect of IA and MBA addition on the swelling capacity and thermal resistance of κ-carrageenan hydrogel and to determine the effect of pH of swelling medium to the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogels. The functional groups within the κ-carrageenan hydrogels was identified by FTIR spectra. The effect of adding IA and MBA was observed through swelling capacity and thermal resistance of κ-carrageenan hydrogel. Swelling capacity was identified by swelling measurementsand thermal resistance was identified by TG-DTA thermogram. Swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel with MBA addition was determined in various pH of swelling medium from 3 to 12.

FTIR spectra indicated the formation of κ-carrageenan hydrogel, which is marked by the presence of C=O of esther absorption on 1726 cm-1 and the absence of C=C stretching on 1627 cm-1. Swelling measurements showed that the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel without MBA is higher than κ-carrageenan hydrogel with MBA. The addition of IA increased the swelling capacity of κ-carrageenan hydrogel with the optimum point on the 1 gram itaconic acid mass. Swelling measurements on the variation of pH from swelling medium showed that the optimum swelling capacity is achieved under acidic conditions at pH 4, whereas under alkaline conditions is achieved at pH 10. TG-DTA showedthe addition of MBA does not have a significant influence on thermal resistance of κ-carrageenan hydogel, while the addition of IA decrease thermal resistance of κ-carrageenan hydrogel.

Keywords : κ-carrageenan, itaconic acid, hydrogel, swelling.


commit to user

vi

MOTTO

“Takut akan TUHAN adalah permulaan pengetahuan, tetapi orang bodoh

menghina hikmat dan didikan”

(Amsal 1:7)

“Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya, bahkan Ia memberikan

kekekalan dalam hati mereka”

(Pengkhotbah 3:11a)

“Serahkanlah segala kekuatiranmu kepada-Nya, sebab Ia yang memelihara kamu”

(1 Petrus 5:7)

“Jadilah kamu manusia yang pada kelahiranmu semua orang tertawa bahagia,

tetapi hanya kamu sendiri yang menangis; dan pada kematianmu semua orang

menangis sedih, tetapi hanya kamu sendiri yang tersenyum”

(Mahatma Gandhi)

“Kemenangan yang seindah – indahnya dan sesukar – sukarnya yang boleh

direbut oleh manusia ialah menundukan diri sendiri”

(Ibu Kartini)

“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit

kembali setiap kali kita jatuh”

(Confusius)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Segala puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus.

Karya ini penulis persembahkan kepada:

Ayah dan Ibu tercinta, atas segala doa, kasih sayang serta dukungan yang tak

pernah putus mengiringi setiap langkahku.

Mas Andre dan Mas Bela tersayang, atas segala doa dan dukungannya.

Dyta, saudara sekaligus sahabat tersayang, atas segala doa, dukungan dan

semangat yang membangkitkan.

Sahabat-sahabat terbaikku, atas segala tawa, tangis, canda, bantuan, dukungan,

nasihat, semangat dan kebersamaan selama ini.

Almamater UNS


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi Tuhan Yang Mahaesa yang telah memberikan

karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun menyelesaikan karya ini. Penulis

menyadari bahwa terselesaikannya karya ini tidak lepas dari bantuan dan

dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si, selaku Ketua Jurusan Kimia

Fakultas MIPA UNS

2. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si, selaku

Pembimbing Skripsi

3. Ibu Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.S, Ph.D selaku Pembimbing

Akademik

4. Bapak Drs. Mudjijono, Ph.D selaku Penguji I yang telah

memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

5. Ibu Dr. Desi Suci Handayani, M.Si selaku Penguji II yang telah

memberikan saran dan ketersediaannya untuk menjadi penguji

6. Kedua orang tua dan keluarga atas doa dan dukungannya

7. Teman-teman seperjuangan Ariadne Eldisinta Luna Putri dan Siwi

Aji Wijayanti atas semangat dan dukungannya

8. Berbagai pihak yang tidak bisa disebut satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan bimbingan, kritik dan saran

sebagai bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun

penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu

pengetahuan yang telah ada.

Surakarta, Juli 2012

Cita Kurniawati


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL……………..………………………………………….. i

HALAMAN PENGESAHAN………………………………………………. ii

HALAMAN PERNYATAAN……………………………………………….. iii

HALAMAN ABSTRAK…………………………………………………….. iv

HALAMAN ABSTRACT………………………………………………….... v

HALAMAN MOTTO………………………………………………………... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………………... vii

KATA PENGANTAR……………………………………………………….. viii

DAFTAR ISI………………………………………………………………… ix

DAFTAR TABEL…………………………………………………………… xii

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………… xiii

DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………… xv

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah…………………………………………... 1

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah……………………….……………..…… 3

2. Batasan Masalah……………………………………………… 4

3. Rumusan Masalah…………………………………………..… 4

C. Tujuan Penelitian………………………………………………..... 5

D. Manfaat Penelitian………………………………………..…......... 5

BAB II. LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Polimer……………………………………………………….. 6

2. Hidrogel……………………………………………………… 7

3. Grafting Kopolimerisasi……………………………………... 8

4. κ-Karaginan………………………………………………….. 9

5. Asam Itakonat………………………………………………... 10

6. N, N’-metilenbisakrilamida………………………………….. 11


commit to user

x

7. Kalium Persulfat……………………………………………... 12

8. Swelling……………………………………………………… 13

B. Kerangka Pemikiran…………………...………………………….. 13

C. Hipotesis………………………………………………………...… 14

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian……..……………………………………...…... 16

B. Tempat dan Waktu Penelitian…………………………………….. 16

C. Alat dan Bahan

1. Alat…………………………………………………………... 16

2. Bahan………………………………………………………… 17

D. Prosedur Penelitian

1. Sintesis hidrogel tanpa MBA………………………………… 17

2. Sintesis hidrogel dengan MBA………………………………. 17

3. Karakterisasi hidrogel

a. Identifikasi hidrogel dengan Fourier Transform Infra Red

(FTIR)……………………………………………………. 18

b. Penentuan swelling capacity dengan Uji Swelling……… 18

c. Analisis termal menggunakan Thermogravimetri-

Differential Thermal Analysis…………………………… 18

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data………………………….. 18

BAB IV. PEMBAHASAN

A. Sintesis Hidrogel dari κ-Karaginan……………………………… 20

B. Karakterisasi Hidrogel κ-Karaginan

1. Karakterisasi menggunakan FTIR…………………………… 22

2. Analisis Termal Menggunakan TG-DTA……………………. 26

3. Swelling capacity

a. Pengaruh penambahan MBA…………………………….. 28

b. Pengaruh penambahan asam itakonat……………………. 29

c. Pengaruh perubahan pH………………………………….. 31

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………….. 32

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………... 33


commit to user

xi

LAMPIRAN…………………………………………………………………. 37


commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat………………………………………….. 11

Tabel 2. Sifat-Sifat N,N′-Metilenbisakrilamida…………………………...... 12

Tabel 3. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR... 24

Tabel 4. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR... 25

Tabel 5. Data Penentuan Pengaruh Penambahan MBA…………………….. 41

Tabel 6. Data Penentuan Pengaruh Penambahan Asam Itakonat…………… 41

Tabel 7. Data Penentuan Pengaruh Perubahan pH………………………….. 41


commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Mekanisme Hidrasi Hidrogel………………..………………… 8

Gambar 2. Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)

g-Poli(B)…………………..…………………………………… 9

Gambar 3. Struktur κ-Karaginan…...……………………………………… 10

Gambar 4. Struktur Asam Itakonat………...………………………………. 11

Gambar 5. Struktur N, N’-Metilenbisakrilamida…...……………………... 12

Gambar 6. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dengan Massa

Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan

(f) 2,5 g………………………………………………………... 20

Gambar 7. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA dengan Massa

Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan

(f) 2,5 g………………………………………………………… 21

Gambar 8. Spektra FTIR (a) κ-Karaginan, (b) Asam Itakonat dan (c)

Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat………………………………... 23

Gambar 9. Spektra FTIR (a) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA

dan (b) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA………… 24

Gambar 10 Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-

Karaginan-Itakonat dengan MBA……………………………... 25

Gambar 11. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-

Karaginan-Itakonat Tanpa MBA……………………………... 26

Gambar 12. Kurva TG-DTA dari κ-Karaginan……………………………... 26

Gambar 13. Kurva TG-DTA dari Asam Itakonat…………………………… 27

Gambar 14. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat…………. 27

Gambar 15. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat…………. 28

Gambar 16. Kurva Pengaruh Penambahan MBA terhadap Swelling

Capacity Hidrogel κ-Karaginan………………………………... 29

Gambar 17. Kurva Pengaruh Penambahan Massa Asam Itakonat terhadap

Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat……………. 30


commit to user

xiv

Gambar 18. Kurva Pengaruh pH terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-

Karaginan-Itakonat…………………………………………….. 31


commit to user

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Bagan Alir Cara Kerja………………………………………... 37

Lampiran 2. Pembuatan Larutan HCl dan NaOH………………………….. 40

Lampiran 3. Data Pengukuran Uji Swelling................................................... 41

Lampiran 4. Contoh Penghitungan Swelling Capacity…………………….. 42

Lampiran 5. Spektra FTIR…………………………………………………. 43

Lampiran 6. Termogram TG-DTA…………………………………………. 47

Lampiran 7. Contoh Perhitungan Penurunan % Berat……………………... 49


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Beberapa tahun terakhir ini, penelitian mengenai hidrogel telah banyak

dilakukan. Hal ini dikarenakan hidrogel dapat dimanfaatkan di berbagai bidang

seperti kesehatan, farmasi, bioteknologi, pertanian serta industri makanan.

Menurut Saboktakin (2010), hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang

terikat silang, di mana strukturnya terdiri dari homo atau hetero kopolimer yang

mempunyai sifat hidrofilik, dengan kemampuannya untuk menyerap sejumlah

besar air. Kiatkamjornwong et al. (2002) menyatakan bahwa hidrogel mempunyai

daya absorpsi dengan kemampuan beberapa kali lipat dibandingkan dengan

beratnya sendiri dan tidak mudah melepaskannya.

Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik untuk diteliti karena

dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Di samping itu, adanya

bahan alami akan lebih menjamin biodegradabilitas dari suatu material. Oleh

karena sifatnya yang biokompatibel, biodegradabel dan non-toksik, maka

polisakarida dapat dijadikan sebagai bahan pilihan penyusun hidrogel.

Karaginan merupakan suatu polisakarida hasil ekstraksi getah rumput laut

dalam air atau larutan alkali dari alga merah (Rhodophyceae). Menurut

Wuriningtyas dan Chandra (2008), produksi karaginan di Indonesia sekitar 4000 -

4500 ton, untuk ekspor sekitar 3200 - 3500 ton dan sisanya dipasarkan di dalam

negeri. Karaginan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan

untuk pembuatan hidrogel. Dafader et al. (2009) telah berhasil mensintesis

hidrogel dari κ-karaginan dan akrilamida melalui radiasi gamma. Sintesis hidrogel

juga telah dilakukan oleh Sadeghi et al. (2012) dengan cara grafting campuran

asam akrilat (AA) dan N-isopropilakrilamida (NIPAM) ke dalam κ-karaginan.

Willke dan Vorlop (2001) menyatakan bahwa asam itakonat (IA)

merupakan suatu senyawa hidrofil yang berasal dari fermentasi karbohidrat oleh

jamur. Asam organik tak jenuh dikarbonat ini dapat dengan mudah dimasukkan ke


commit to user

2

dalam polimer, dan dapat berfungsi sebagai pengganti asam akrilik atau

metakrilat. Asam itakonat dapat dimanfaatkan dalam pembuatan hidrogel.

Betancourt et al. (2009) telah memanfaatkan asam itakonat dalam mensintesis

hidrogel melalui polimerisasi dengan etilen glikol. Jiang et al. (2010) juga telah

berhasil mensintesis hidrogel dari poliuretan dan asam itakonat.

Menurut Pourjavadi et al. (2005), salah satu metode untuk mensintesis

hidrogel adalah dengan grafting kopolimerisasi monomer vinil ke dalam

polisakarida. Grafting kopolimerisasi dari monomer seperti akrilonitril, asam

akrilat dan akrilamida ke dalam polisakarida seperti pati, selulosa dan turunannya

telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.

Polimerisasi memerlukan suatu zat yang dapat menginisiasi terjadinya

reaksi polimerisasi yang disebut inisiator. Bhattacharya et al. (2009) membedakan

inisiator berdasarkan sistem kerjanya dalam menginisiasi reaksi polimerisasi,

yaitu yang bekerja secara redoks, yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas

dan yang bekerja secara enzimatis.

Selain inisiator, grafting kopolimerisasi juga memerlukan suatu agen

pengikat silang yang berfungsi untuk menghasilkan ikatan silang dalam struktur

polimer. Menurut Saptono (2008), ikatan silang sangat berperan dalam

menentukan elastisitas. Ikatan silang berfungsi sebagai pengikat bentuk (shape

memory) yang memungkinkan terjadinya deformasi elastis dalam jumlah sangat

besar. Tanpa adanya ikatan silang, deformasi plastis akan lebih mudah terjadi.

Agen pengikat silang akan menentukan derajat ikat silang dalam suatu polimer, di

mana derajat ikat silang akan mempengaruhi swelling capacity dan kemampuan

absorbsinya. Swelling capacity juga dipengaruhi oleh lingkungan seperti suhu dan

kelembaban udara. Faktor lain yang juga dapat mempengaruhi swelling capacity

adalah ukuran partikel, luas permukaan dan besar pori material absorben serta pH

media swelling.

Berdasarkan uraian di atas, maka diperlukan suatu penelitian untuk

mengetahui pengaruh penambahan monomer dan agen pengikat silang terhadap

karakteristik hidrogel dari karaginan.


commit to user

3

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi masalah

a. Pembentukan radikal bebas sulit dikendalikan pada saat proses inisiasi

kimia melalui reaksi asam itakonat dengan oksidator kalium persulfat.

Pengendalian pembentukan radikal bebas dapat dilakukan dengan

terminasi dan menggunakan inisiasi radiasi menggunakan foton γ dari

kobalt-60, di mana inisiasi ini lebih terkontrol. Namun inisiasi radiasi sulit

dilakukan karena keterbatasan dalam penyediaan alat serta besarnya biaya

yang harus dikeluarkan untuk proses iradiasi.

b. Reaksi asam itakonat dan κ-karaginan dapat dilakukan pada suhu rendah

sehingga tidak memerlukan energi yang besar untuk pemanasan. Namun

penggunaan inisiator dalam reaksi tersebut memerlukan suhu yang tinggi.

Pemanasan dengan suhu tinggi dapat mengatasi hal tersebut, tetapi apabila

pemanasan dilakukan dengan suhu yang terlalu tinggi dapat terjadi

kerusakan pada reaktan.

c. Karakterisasi hidrogel hasil sintesis dapat dilakukan dengan menggunakan

FTIR, AFM, TG-DTA dan uji swelling. Data yang diperoleh dapat

memberikan gambaran mengenai gugus-gugus fungsi, permukaan,

ketahanan termal dan kemampuan swelling hidrogel κ-karaginan. Tetapi

karakterisasi menggunakan AFM sulit untuk dilakukan karena kesulitan

melakukan preparasi sampel dan biaya yang harus dikeluarkan cukup

besar.

d. Swelling capacity dipengaruhi oleh kondisi pH media swelling dan ukuran

partikel. Uji swelling yang dilakukan pada hidrogel κ-karaginan dengan

ukuran partikel yang berbeda dapat mengetahui pengaruh ukuran partikel

terhadap swelling capacity, namun hal ini sulit dilakukan karena ukuran

partikel hidrogel κ-karaginan yang hampir sama. Pengaruh pH media

swelling terhadap swelling capacity hidrogel κ-karaginan dapat diketahui

dengan melakukan uji swelling hidrogel κ-karaginan pada pH media

swelling yang berbeda. Namun uji swelling ini memerlukan media


commit to user

4

swelling dengan pH asam hingga basa, sehingga harus dilakukan

pembuatan media swelling dengan pH asam dan basa.

2. Batasan Masalah

a. Pembentukan radikal bebas dinisiasi melalui reaksi asam itakonat dengan

oksidator kalium persulfat dikendalikan dengan terminasi melalui

penambahan metanol, etanol dan hidroquinon. Karena penambahan

metanol lebih sering digunakan dalam sintesis hidrogel, maka di dalam

penelitian ini digunakan metanol (Kurniadi, 2010; Pourjavadi et al., 2005;

Sadeghi dan Yarahmadi, 2011).

b. Suhu thermostatic bath optimum untuk sintesis hidrogel adalah 50 - 80 ºC

(Kurniadi, 2010; Jiang et al., 2010; Isiklan et al., 2010) sedangkan suhu

optimum kalium persulfat dalam mengisiasi adalah 70 ºC (Pourjavadi et

al., 2005) sehingga suhu thermostatic bath yang digunakan sebesar 70 ºC.

c. Analisis yang digunakan adalah FTIR, TG-DTA dan uji swelling, di mana

data yang diperoleh dapat menggambarkan karakteristik hidrogel dari κ-

karaginan (Sadeghi et al., 2011).

d. Pengaruh kondisi swelling yang dipelajari adalah pH media swelling, di

mana media swelling dengan pH asam dibuat dari larutan HCl dan media

swelling dengan pH basa dibuat dari larutan NaOH (Pourjavadi, et al.,

2005).

3. Rumusan Masalah

a. Bagaimana pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling

capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan?

b. Bagaimana pengaruh penambahan N,N’-metilenbisakrilamida terhadap

terhadap swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-

karaginan?

c. Bagaimanakah pengaruh pH media swelling terhadap swelling capacity

hidrogel dari κ-karaginan?


commit to user

5

C. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai penelitian ini adalah:

a. Mengetahui pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling

capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan.

b. Mengetahui pengaruh penambahan N,N’-metilenbisakrilamida terhadap

swelling capacity dan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan.

c. Mengetahui pengaruh kondisi pH media swelling terhadap swelling

capacity hidrogel dari κ-karaginan.

D. Manfaat penelitian

Dalam penelitian ini manfaat yang diharapkan adalah:

a. Dapat memberikan pengetahuan mengenai pembuatan hidrogel dari κ-

karaginan.

b. Dapat memberikan informasi pemanfaatan bahan alam sebagai bahan

dasar pembuatan hidrogel.


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Polimer

Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari pengulangan unit

yang kecil dan sederhana. Unit ulang dari polimer biasanya sama atau hampir

sama dengan monomernya. Polimer yang terbentuk bisa lurus, membentuk

cabang, dan membentuk ikatan silang. Panjang rantai suatu polimer ditentukan

melalui jumlah unit ulang dalam rantai, biasanya dinyatakan dengan derajat

polimerisasi (DP).

Proses polimerisasi oleh Flory dan Carothers dalam Radiman (2004)

dibagi menjadi dua kelompok besar, yaitu polimerisasi kondensasi (step-reaction

polymerization) dan polimerisasi adisi (chain-reaction polymerization).

Polimerisasi kondensasi merupakan polimerisasi bertahap yang didasarkan pada

reaksi antara dua pusat aktif sehingga terbentuk senyawa baru dan hasil samping.

Bila molekul pereaksi memiliki dua gugus fungsi atau lebih, reaksi dapat berjalan

lebih lanjut membentuk rantai polimer yang panjang. Polimerisasi adisi

didasarkan pada pemutusan ikatan rangkap pada substrat. Pada polimerisasi adisi

biasanya terjadi reaksi rantai dengan melibatkan radikal bebas atau ion di

dalamnya. Polimerisasi ionik, polimerisasi radikal, dan polimerisasi Ziegler-Natta

termasuk ke dalam polimerisasi adisi (Stevens, 2001).

Radiman (2004) mengklasifikasi polimer dalam beberapa kategori.

Berdasarkan asalnya, polimer dibagi menjadi tiga macam, yaitu polimer alam,

polimer sintetik, dan polimer semisintetik. Polimer alam merupakan polimer yang

terbentuk di alam seperti protein dan polisakarida. Polimer alam biasanya dapat

terdegradasi dengan mudah. Polimer sintetik merupakan polimer buatan, hasil

sintesis manusia. Polimer semisintetik adalah polimer hasil sintetik manusia,

tetapi bahan dasarnya berasal dari polimer alam. Contoh polimer semisintetik

adalah selulosa asetat yang berasal dari selulosa.


commit to user

7

2. Hidrogel

Hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang terikat silang, di mana

terdiri dari kopolimer hidrofilik yang memiliki kemampuan untuk menyerap

sejumlah besar air. Seperti pernyataan Rosiak dalam Tamat et al. (2005), bahwa

hidrogel mempunyai kemampuan mengembang (swelling) dalam air, tetapi tidak

larut dalam air serta mempunyai kemampuan mempertahankan bentuk asalnya.

Karadag et al. (2001) menyebutkan bahwa hidrogel dapat diaplikasikan secara

luas dalam biomedicine, bioengineering, farmasi, pengobatan pada hewan,

industri makanan, dan agrikultura. Hidrogel digunakan sebagai sistem pelepasan

terkontrol pada obat, produksi organ buatan dan lensa kontak, serta sebagai

absorben dalam aplikasi lingkungan untuk menghilangkan zat-zat yang tidak

diinginkan seperti air limbah dalam sanitasi, agrikultura dan industri.

Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi oleh adanya gugus hidroksil,

gugus karboksilat, gugus amida, atau gugus hidrosulfit, sedangkan ketidaklarutan

dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga dimensi dari hidrogel. Kemampuan

hidrogel untuk mengembang dalam air merupakan hasil dari keseimbangan antara

kekuatan sebar pada rantai hidrat dengan kekuatan kohesi yang tidak mencegah

penetrasi air ke dalam hidrogel (Kroschwitz, 1992).

Tamat et al. (2005) membedakan hidrogel berdasarkan asal-usulnya

menjadi hidrogel alami dan hidrogel sintetik. Komponen utama hidrogel sintetik

adalah monomer/polimer sintetik. Ditinjau dari sifat biologisnya, hidrogel dapat

bersifat biodegradabel (dapat dicerna oleh alam), non-biodegradabel (tidak dapat

dicerna oleh alam) dan bio-erodibel (dapat terkikis oleh alam). Hidrogel

biodegradabel umumnya berasal dari senyawa alami, misalnya karbohidrat dan

derivatnya yang mudah dicerna oleh enzim. Sementara itu, hidrogel non-

biodegradabel biasanya terbentuk dari senyawa sintetik. Hidrogel bio-erodibel

adalah salah satu jenis hidrogel yang turut terkikis dalam proses pemakaiannya.

Menurut Elliot (2004), ikatan utama hidrogel adalah gugus hidrofilik

karena terdiri dari gugus asam karboksilat (-COOH) yang mudah menyerap air.

Ketika hidrogel dimasukkan dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara

polimer dengan molekul air. Interaksi yang terjadi adalah hidrasi. Mekanisme


commit to user

8

hidrasi yang terjadi adalah ion dari zat terlarut dalam polimer seperti COO- dan

Na+ akan tertarik dengan molekul polar air seperti pada Gambar 1. Adanya ikatan

silang dalam hidrogel menyebabkan polimer tidak larut dalam air atau pelarut.

Gambar 1. Mekanisme Hidrasi Hidrogel (Elliott, 2004)

3. Grafting Kopolimerisasi

Kopolimerisasi merupakan suatu reaksi polimerisasi yang menggunakan

lebih dari satu jenis monomer. Seperti halnya polimerisasi biasa, mekanisme

kopolimerisasi dapat berlangsung melalui reaksi radikal bebas, reaksi

menggunakan inisiator ionik (kopolimerisasi anionik maupun kationik), dan

reaksi dengan katalis koordinasi seperti katalis Ziegler-Natta.

Menurut Radiman (2004), kopolimer (hasil kopolimerisasi) dibedakan

menjadi empat jenis. Jika dua unit monomer terikat berselang-seling dalam rantai

polimer maka produknya disebut kopolimer alterasi, sedangkan bila distribusinya

acak dikenal sebagai kopolimer acak. Jenis kopolimer ketiga adalah kopolimer

blok, yaitu jika terbentuk blok A dan blok B bersama. Jenis kopolimer keempat

disebut grafting kopolimer yang dapat terjadi jika satu unit ulang tercangkok

dengan rantai utama hanya mengandung satu macam kesatuan berulang.

Salah satu cara untuk mensintesa hidrogel dalam tahap preparasi adalah

melalui grafting kopolimerisasi. Tipe hidrogel yang paling banyak tersedia di

pasar komersial adalah grafting kopolimer pati–asam akrilat yang dipreparasi

melalui polimerisasi larutan (Kiatkamjornwong, 2007).

Athawale dalam Anah et al. (2010) menyatakan grafting kopolimer adalah

rantai makromolekular dengan satu spesies blok atau lebih yang disambungkan ke

rantai utama sebagai rantai sisi. Batang tubuh polimer utama, yaitu polimer (A)


commit to user

9

yang memiliki cabang-cabang rantai polimer (B) yang berasal dari titik yang

berbeda dan tercangkok pada sepanjang rantai utama, secara umum ditulis sebagai

poli(A)-grafting-poli(B) atau poli(A)-g-poli(B) seperti pada Gambar 2 (Mehr,

2005).

Gambar 2. Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-g-Poli(B) (Anah et al., 2010)

4. κ-Karaginan

Karaginan merupakan hasil ekstraksi getah rumput laut dalam air atau

larutan alkali dari alga merah (Rhodophyceae), yang termasuk senyawa golongan

polisakarida galaktan sulfat. Karaginan merupakan penyusun utama dinding sel

tanaman alga merah. Velde dan Ruiter (2005) menyebutkan bahwa struktur dasar

karaginan adalah ester sulfat kalium, natrium, kalsium, magnesium, atau amonium

dari polimer D-galaktosa yang terikat secara α-1,3 dan β-1,4. Berdasarkan

strukturnya, karaginan dibagi menjadi tiga jenis yaitu kappa (κ), iota (ι), dan

lamda (λ). Ketiga jenis karaginan tersebut mempunyai sifat kimia dan fisika yang

berbeda. Faktor penyebabnya adalah perbedaan jumlah dan letak gugus sulfat.


commit to user

10

κ-Karaginan merupakan kopolimer linier yang disusun oleh residu D-

galaktosa-4-sulfat dengan ikatan α pada posisi 1,3 dan residu 3,6-anhidro-D-

galaktosa dengan ikatan β pada posisi 1,4. Beberapa satuan yang berikatan pada

posisi 1,4 kadang-kadang sebagai 3,6-anhidro-D-galaktosa-2-sulfat, D-galaktosa-

2,6-disulfat atau D-galaktosa-6-sulfat. κ-Karaginan disusun oleh 38,1 % D-

galaktosa, 28,1 % 3,6-anhidro-D-galaktosa, dan 25-28 % sulfat sebagai OSO3Na.

Struktur κ-Karaginan ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Struktur κ-Karaginan (Velde dan Ruiter, 2005)

5. Asam Itakonat

Asam itakonat pertama kali ditemukan pada tahun 1837 oleh Baup sebagai

hasil dekomposisi termal dari asam sitrat. Kemudian pada tahun 1932, Kinoshita

berhasil melakukan biosintesis asam itakonat dari karbohidrat dengan bantuan

fungi, Aspergillus itaconicus. Asam itakonat dihasilkan dari sumber daya alam

terbarukan, yakni dengan fermentasi molase, produk sampingan dari industri gula

(Bruna et al., 2005).

Willke dan Vorlop (2001) menyatakan bahwa asam itakonat (IA)

merupakan asam organik tak jenuh dikarbonat. Asam ini dapat dengan mudah

dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai pengganti asam akrilik

atau metakrilat. Asam itakonat digunakan sebagai komonomer dalam resin dan

juga dalam pembuatan serat sintetis, sebagai pelapis, perekat, pengental dan

pengikat.


commit to user

11

Gambar 4. Struktur Asam Itakonat (Bruna et al., 2005)

Struktur asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 4. Asam itakonat (IA)

merupakan suatu monomer vinil yang mengandung dua gugus karboksilat. Asam

itakonat dapat juga disebut dengan metilen butanedioat, asam metilen suksinat,

asam 3-karboksi-3-butanoat atau asam propilendikarboksilat. Tate (1981)

menyebutkan bahwa asam itakonat stabil pada keadaan asam, netral maupun

setengah basa pada suhu moderat. Sifat-sifat dari asam itakonat disajikan dalam

Tabel 1.

Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat

Parameter Nilai

Rumus molekul C5O4H4

Berat molekul 130,1

Titik leleh 167-168 °C

Titik didih 268 °C

Kelarutan dalam air 83,103 g/L

Densitas 1,632 g/L (20 °C)

pH 2 (pada larutan air 80 mg/L)

pKa 3,84 dan 5,55

(Willke dan Vorlop, 2001)

6. N, N’-Metilenbisakrilamida

Reaksi pembentukan ikatan silang pada saat polimerisasi sangat penting

untuk menghasilkan jejaring polimer yang dapat menyerap air. Kemampuan

polimer dalam menyerap air sangat bergantung pada derajat ikat silang. N,N′-

metilenbisakrilamida (MBA) dapat bereaksi dengan gugus fungsi karboksil pada


commit to user

12

rantai polimer sehingga terbentuk jejaring polimer. Sifat-sifat MBA dapat dilihat

dalam Tabel 2.

Tabel 2. Sifat-Sifat N,N′-Metilenbisakrilamida

Parameter Nilai

Rumus molekul C7H10N2O2

Berat molekul 154,17

Titik leleh 185 °C

Kelarutan dalam air 0,01-0,1 g/100 mL pada 18 °C

Densitas 1,235

(SNF Floerger, 2012)

Struktur MBA ditunjukkan oleh Gambar 5. MBA memiliki dua ikatan

rangkap yang reaktif, sehingga dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda

selama polimerisasi berlangsung (Salim dan Suwardi, 2009).

NH NH

O O

Gambar 5. Struktur N, N’-Metilenbisakrilamida (Wikipedia, 2012)

7. Kalium Persulfat (KPS)

Inisiator dibedakan berdasarkan sistem kerjanya dalam menginisiasi reaksi

polimerisasi. Menurut Bhattacharya et al. (2009), inisiator dibedakan menjadi

inisiator yang bekerja secara redoks, inisiator yang bekerja dengan pembentukan

radikal bebas maupun inisiator yang bekerja secara enzimatis. Untuk melakukan

grafting kopolimerisasi asam itakonat ke dalam karaginan diperlukan suatu

inisiator yang bekerja dengan pembentukan radikal bebas.

Kalium persulfat merupakan garam dengan rumus kimia K2S2O8 yang

berupa padatan kristal berwarna putih dan tidak berbau. Kalium persulfat biasa

digunakan sebagai inisiator radikal. Kalium persulfat bersifat higroskopis dan

harus disimpan di tempat yang kering.


commit to user

13

Kalium persulfat dapat dibuat dengan cara elektrolisis dari

campuran larutan kalium sulfat dan hidrogen sulfat dengan kepadatan arus tinggi.

Reaksinya : 2KHSO4K2S2O8 + H2

8. Swelling

Salah satu aplikasi dari hidrogel adalah sebagai absorben. Prinsip kerja

kebanyakan polimer adalah ikat silang (cross-linking) hidrofilik melalui proses

penggelembungan (swelling). Ketika air ditambahkan ke dalam polimer terjadi

interaksi antara polimer dengan pelarut yang melibatkan hidrasi dan pembentukan

ikatan hidrogen.

Kemampuan hidrogel dalam proses penggelembungan karena menyerap

air disebut swelling capacity. Swelling capacity dapat disebut juga sebagai

kapasitas absorpsi air. Menurut Buchholz et al. dalam Kurniadi (2010), kapasitas

absorpsi air (water absorption capacity/WAC) merupakan sifat penting dari

polimer absorben. Ada beberapa cara untuk mengukur WAC di antaranya metode

volumetrik yaitu dengan mengukur perubahan volume air sebelum dan sesudah

absorpsi, metode gravimetric dengan mengukur perubahan berat polimer

absorben, metode spektroskopi dengan mengukur perubahan spectrum UV

polimer dan metode microwave dengan dengan mengukur perubahan energi

absorpsinya.

Swelling dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain faktor kimia dan

fisika. Faktor kimia seperti penambahan monomer, agen pengikat silang dan

perubahan pH media swelling dapat mempengaruhi swelling capacity. Sedangkan

faktor fisik seperti ukuran partikel, luas permukaan dan besar pori juga akan

menyebvabkan perubahan pada swelling capacity.

B. Kerangka Pemikiran

Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik digunakan karena dapat

meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Oleh karena sifatnya

biokompatibel, biodegradabel dan non-toksik, maka polisakarida dapat menjadi

pilihan bahan penyusun hidrogel.


commit to user

14

κ-karaginan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan

untuk pembuatan hidrogel. Gugus hidroksil dan sulfat pada karaginan bersifat

hidrofilik sedangkan gugus 3,6-anhidro-D-galaktosa lebih hidrofobik. κ-karaginan

berasal memiliki gugus-gugus yang memungkinkan untuk terjadinya grafting

kopolimerisasi.

Asam itakonat yang merupakan suatu asam organik tak jenuh dikarbonat

dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai

pengganti asam akrilik atau metakrilat. Asam itakonat memiliki dua gugus

karboksil yang bersifat hidrofilik. Penambahan asam itakonat akan meningkatkan

swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan, karena meningkatnya hidrofilitas

(Pourjavadi et al., 2005).

Penambahan MBA sebagai agen pengikat silang dilakukan agar terbentuk

ikatan silang dalam hidrogel. Peningkatan konsentrasi MBA akan menurunkan

swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan, karena terjadinya titik-titik ikatan

silang menyebabkan kepadatan jaringan polimer semakin besar sehingga ruang

tempat air masuk menjadi lebih kecil (Pourjavadi et al., 2005).

Pembuatan hidrogel dapat dilakukan melalui grafting kopolimerisasi asam

itakonat ke dalam karaginan dengan penambahan inisiator dan agen pengikat

silang. Gugus-gugus fungsi hidrogel dianalisis dengan FTIR, swelling capacity

diperoleh melalui uji swelling, dan ketahanan termalnya dianalisis dengan TG-

DTA.

Kondisi pH media swelling akan mempengaruhi swelling capacity

hidrogel dari κ-karaginan, karena pada pH yang berbeda akan terjadi perbedaan

interaksi antara hidrogel dengan lingkungan. Hal ini yang akan menyebabkan

kenaikan maupun penurunan swelling capacity hidrogel dari κ-karaginan (El-

Sayed et al., 2011).

C. Hipotesis

1. Penambahan asam itakonat akan meningkatkan swelling capacity dan

menurunkan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan.


commit to user

15

2. Penambahan N,N’-metilenbisakrilamida akan menurunkan swelling capacity

dan meningkatkan ketahanan termal hidrogel dari κ-karaginan.

3. Kondisi pH media swelling akan berpengaruh terhadap swelling capacity

hidrogel dari κ-karaginan.


commit to user

16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental di

dalam laboratorium. Tahap pertama adalah sintesis hidrogel dengan merefluks

asam itakonat dalam beberapa variasi massa dan κ-karaginan dalam media

akuades dengan penambahan kalium persulfat kemudian dihilangkan kandungan

airnya. Tahap kedua adalah penentuan pengaruh penambahan agen pengikat

silang dengan menambahkan N,N’-metilenbisakrilamida dalam sintesis hidrogel

pada variasi massa asam itakonat. Selanjutnya dilakukan karakterisasi hidrogel

dengan FTIR, TG-DTA dan uji swelling.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia FMIPA Universitas

Sebelas Maret pada bulan Januari-Juni 2012.

C. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Seperangkat alat refluks

b. Termometer Alkohol 100 oC

c. Neraca analitik (Sartorius)

d. Peralatan gelas (Pyrex)

e. Stirrer dan Hot plate

f. Lumpang porselen

g. Oven (Hammer)

h. Pompa vakum

i. Seperangkat alat Fourier Tranform Infra Red (FT-IR) Shimadzu type FT-IR-

820431 PC

j. Seperangkat alat Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis Shimadzu

type DTG 60H


commit to user

17

2. Bahan

a. κ-karaginan

b. Asam itakonat (E. Merck)

c. Kalium persulfat (E. Merck)

d. Metanol

e. Natrium hidroksida (E. Merck)

f. Asam klorida 37 % (E. Merck)

g. N,N’-metilenbisakrilamida (E. Merck)

h. Akuades

i. Kertas saring

j. Kertas pH universal

D. Prosedur Penelitian

1. Sintesis hidrogel tanpa MBA

Larutan asam itakonat (IA) dibuat dengan massa IA sebesar 0; 0,5; 1; 1,5;

2 dan 2,5 g masing-masing dalam volume 5 mL. Kemudian 1,0 gram κ-karaginan

dimasukkan ke dalam labu leher tiga beserta 35 mL akuades. Labu leher tiga

ditempatkan pada thermostatic bath dengan suhu 70 °C dan campuran diaduk

dengan magnetic stirer hingga homogen, lalu ditambahkan larutan IA. Campuran

distirer selama 15 menit dan setelah ditambahkan 0,2 g kalium persulfat yang

dilarutkan dalam 5 mL akuades, lalu direaksikan selama 60 menit. Setelah reaksi

selesai, hasil reaksi dibiarkan hingga mencapai suhu ruang lalu dituang pada

cawan dengan penambahan metanol 10 mL dan ditunggu hingga 24 jam,

kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 50 °C selama 10 jam. Hidrogel

kering dihaluskan hingga menjadi bentuk serbuk.

2. Sintesis hidrogel dengan MBA

Larutan asam itakonat (IA) dibuat dengan massa IA sebesar 0; 0,5; 1; 1,5;

2 dan 2,5 g masing-masing dalam volume 5 mL. Kemudian 1,0 gram κ-karaginan

dimasukkan ke dalam labu leher tiga beserta 35 mL akuades. Labu leher tiga

ditempatkan pada thermostatic bath dengan suhu 70 °C dan campuran diaduk


commit to user

18

dengan magnetic stirer hingga homogeny, lalu ditambahkan larutan IA dan 0,1 g

MBA dalam 5 mL akuades. Campuran distirer selama 15 menit dan setelah

ditambahkan 0,2 g kalium persulfat yang dilarutkan dalam 5 mL akuades, lalu

direaksikan selama 60 menit. Setelah reaksi selesai, hasil reaksi dibiarkan hingga

mencapai suhu ruang lalu dituang pada cawan dengan penambahan metanol 10

mL dan ditunggu hingga 24 jam kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan

suhu 50 °C selama 10 jam. Hidrogel kering dihaluskan hingga menjadi bentuk

serbuk.

3. Karakterisasi hidrogel

a. Identifikasi hidrogel dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Sampel dicampur dengan KBr, dibentuk pelet, ditempatkan pada wadah

sampel kemudian dianalisis dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR).

Pembacaan dilakukan dari 4000 – 400 cm-1 dengan resolusi setiap 2 cm-1.

b. Penentuan swelling capacity dengan Uji Swelling

Sampel (Wo) ditimbang (0,05 g) dan dibungkus dengan kertas saring yang

telah ditimbang beratnya (Wk), kemudian dimasukkan ke dalam 30 mL media

swelling. Setelah 24 jam, sampel diangkat dan diangin-anginkan hingga 15 menit

kemudian ditimbang (Wt).

Swelling capacity (g/g) = (Wt-Wo-Wk)/Wo

c. Analisis termal menggunakan Thermogravimetric-Differential Thermal

Analysis

Sampel ditimbang dan dimasukkan ke dalam pan aluminum kemudian

dianalisis dengan atmosfer N2 (gas nitrogen), heating rate 10 °C/menit dan gas

flow 50 mL/menit.

E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data

Data yang diperoleh dari analisa IR terhadap κ-karaginan, asam itakonat,

hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat


commit to user

19

dengan MBA adalah untuk mengamati perubahan gugus fungsi. Kemudian analisa

termal pada κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa

MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dengan TG-DTA.

Uji swelling dilakukan pada hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan

hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA untuk mengetahui pengaruh

penambahan agen pengikat silang terhadap swelling capacity. Selanjutnya uji

swelling dilakukan pada hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA dengan

berbagai massa asam itakonat untuk mengetahui pengaruh penambahan asam

itakonat terhadap swelling capacity. Untuk mengetahui pengaruh kondisi pH

terhadap swelling capacity, uji swelling dilakukan pada media swelling dengan pH

berbeda dari 3-12.


commit to user

20

BAB IV

PEMBAHASAN

A. Sintesis Hidrogel dari κ-Karaginan

Grafting kopolimerisasi pada κ-karaginan melalui proses polimerisasi

radikal bebas dengan inisiator kalium persulfat (K2S2O8) dalam kondisi tekanan

rendah yang dikondisikan menggunakan pompa vakum dilakukan untuk

mensintesis hidrogel dari κ-karaginan.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Gambar 6. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g

Gambar 6 menunjukkan hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa penambahan

agen pengikat silang (N,N’-metilenbisakrilamida atau MBA). Hidrogel yang

dihasilkan terlihat keruh, rapuh dan mudah patah.


commit to user

21

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Gambar 7. Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA dengan Massa Asam Itakonat: (a) 0 g; (b) 0,5 g; (c) 1 g; (d) 1,5 g; (e) 2 g dan (f) 2,5 g

Sedangkan Gambar 7 menunjukkan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan

penambahan MBA. Hidrogel κ-karaginan-itakonat yang diberi MBA menjadi

lebih keras dan lebih keruh namun mudah patah daripada hidrogel κ-karaginan-

itakonat tanpa MBA. Penambahan MBA berpengaruh terhadap sifat kelarutannya

di dalam air, yaitu hidrogel κ-karaginan-itakonat yang ditambah MBA lebih tidak

mudah larut dalam air.

Penggunaan κ-karaginan sebagai kerangka utama grafting karena

ketersediaannya yang melimpah di alam serta tersusun dari komponen-komponen

yang dapat dimodifikasi dengan cara grafting. Monomer yang ditambahkan

berupa asam itakonat yang memiliki gugus polar yaitu gugus karboksilat yang

dapat meningkatkan hidrofilitas. Hidrofilitas ini berpengaruh pada sifat

penyerapan air, di mana semakin besar hidrofilitasnya maka semakin besar pula

daya serapnya terhadap air. Asam itakonat juga memiliki ikatan rangkap yang

memungkinkan terjadinya kopolimerisasi grafting.

Reaksi kopolimerisasi grafting asam itakonat pada κ-karaginan

berlangsung pada media air. Hal ini dikarenakan asam itakonat dan κ-karaginan

dapat larut dengan baik dalam air. Air memiliki konstanta pemindahan rantai nol,


commit to user

22

yang menunjukkan bahwa air dapat mencegah terjadinya produk reaksi kompleks

yang diinisiasi oleh reaksi pemindahan rantai.

Tahap polimerisasi dimulai dengan pembentukan radikal yang terbentuk

dari pemanasan kalium persulfat pada suhu 70 °C. Radikal ini dapat menginisiasi

κ-karaginan menjadi reaktif. Unit lain atau monomer akan teraktivasi pula dan

bergabung melalui ikatan antar gugus reaktifnya, lalu secara kontinu bergeser ke

ujung rantai yang bebas (propagasi). Terminasi polimerisasi atau kopolimerisasi

dapat terjadi bila polimer atau kopolimer aktif bergabung membentuk rantai tak

aktif (a dead chain). Molekul pengikat silang (MBA) dapat masuk ke dalam

rantai-rantai secara simultan dan membentuk ikatan yang permanen antara rantai-

rantai tersebut (Kurniadi, 2010).

B. Karakterisasi Hidrogel κ-Karaginan

1. Karakterisasi Menggunakan FTIR

Karakterisasi gugus fungsi dari hidrogel κ-karaginan-itakonat dilakukan

dengan uji FTIR pada daerah bilangan gelombang 4000-400 cm-1. Uji FTIR

dilakukan pada sampel κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat

tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA.

Spektra asam itakonat ditunjukkan oleh Gambar 8 (a), di mana terdapat

gugus-gugus spesifik pada 1307 (uluran C-O), 1408 (O-H tekuk), 1703 (uluran

C=O) dan 3635-2534 cm-1 (uluran O-H) yang mengarah pada gugus –COOH dan

1627 cm-1 yang mengarah pada C=C. Gambar 8 (b) menunjukkan spektra FTIR

dari κ-karaginan, di mana pada serapan 1072 (uluran C-O-C simetris) dan 1259

cm-1 (uluran C-O-C asimetris) membuktikan adanya ikatan glikosidik, sedangkan

ester sulfat ditunjukkan dengan adanya puncak pada 1377 (uluran O=S=O

asimetris), 1161 (uluran O=S=O simetris) dan 950-844 cm-1 (uluran S-O-C), yang

merupakan ciri khas dari κ-karaginan. Pita serapan yang melebar pada daerah

3100-3600 cm-1 disebabkan adanya vibrasi ulur dari gugus –OH.


commit to user

23

Gambar 8. Spektra FTIR (a) κ-Karaginan, (b) Asam Itakonat dan (c) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Gambar 8 (c) pada 1726 cm-1 menunjukkan adanya serapan C=O ester dari

hidrogel κ-karaginan-itakonat. Perbedaan serapan C=O karboksilat dengan C=O

ester, selain pada bilangan gelombangnya, juga ditandai dengan puncak yang

lebih tajam pada serapan C=O ester. Terbentuknya ester juga ditandai dengan


commit to user

24

munculnya serapan C-O pada daerah 1192-1068 cm-1. Selain itu, hilangnya

serapan C=C pada 1627 cm-1 membuktikan terbentuknya kopolimer. Data analisis

FTIR dari κ-karaginan, asam itakonat dan hidrogel κ-karaginan-itakonat

ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR

Bilangan Gelombang (cm-1)Jenis Vibrasi

κ-karaginan Asam Itakonat Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

3429,43 3635,82-2534,46 3414-2615,47 O-H ulur

2954,95-2850,79 2951,09-2931,8 3005,1-2958,8 C-H ulur

- 1703,14 1726,29 C=O ulur

- 1627,92 - C=C ulur

1259,52-1072,42 1307,74 1192,01-1068,56 C-O ulur

731,02 725,23 734,88 -CH2- rocking

Gambar 9. Spektra FTIR (a) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA dan (b) Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan MBA


commit to user

25

Gambar 9 menunjukkan bahwa hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA

(a) dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA (b) terdapat perbedaan

spektra, karena penambahan MBA menyebabkan munculnya serapan C-N pada

1523 cm-1. Spektra tersebut menunjukkan adanya perbedaan daerah serapan

karena pengaruh gugus-gugus pada MBA. Perbedaan daerah serapan antara

hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat

dengan MBA dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Data Hasil Analisis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat dengan FTIR

Bilangan Gelombang (cm-1)Jenis Vibrasi

Hidrogel tanpa MBA Hidrogel dengan MBA

3412,08-2733,13 3414-2615,47 O-H ulur ( dan N-H ulur)

3105,39-2931,80 3005,1-2958,8 C-H ulur

1705,07 1726,29 C=O ulur

1217,08-1039,63 1192,01-1068,56 C-O ulur

734,88 771,53 -CH2- rocking

- 1523,76 C-N ulur

Reaksi yang mungkin terjadi pada sintesis hidrogel κ-karaginan-itakonat

dengan MBA dan sintesis hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA secara

berurutan ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11.

O

OH

CH2OH

O

O

OH

H2C

+

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

NH

NH

C

OO

C

CH2

C

C

O

OR

CH2

OH

CH

CO

NH

NH

CO

HC

CH2

C

C

O

O

OH

OR

OO

SO4

O

Gambar 10. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-Karaginan-

Itakonat dengan MBA


commit to user

26

O

OH

CH2OH

O

O

OH

H2C

+

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

CH2

C

C

O

OR

CH2

OH

C

CH2

C

C

O

O

OH

OR

OO

SO4

H2C

O

Gambar 11. Reaksi yang Mungkin Terjadi pada Sintesis Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat Tanpa MBA

2. Analisis Termal Menggunakan TG-DTA

Uji termal dengan menggunakan TG-DTA dilakukan pada empat sampel,

yaitu κ-karaginan, asam itakonat, hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan

hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA.

Gambar 12. Kurva TG-DTA dari κ-Karaginan

Gambar 12 menunjukkan bahwa terjadi penurunan berat dari κ-karaginan

pada suhu 27 °C sampai 120 °C dengan penurunan berat sebesar 15 % yang

disebabkan adanya penguapan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu

220 °C sampai 320 °C terjadi penurunan berat sebesar 25 % karena terjadinya

dekomposisi κ-karaginan secara endotermis. Sedangkan pada suhu 480 °C sampai

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

DTA

(mik

rovo

lt)

% B

erat

Suhu (°C)

TGA

DTA


commit to user

27

600 °C dengan penurunan berat sebesar 24 % terjadi degradasi κ-karaginan secara

endotermis.

Gambar 13. Kurva TG-DTA dari Asam Itakonat

Gambar 13 menunjukkan bahwa asam itakonat mengalami penurunan

berat yang cukup besar pada suhu 180 °C sampai 240 °C dengan penurunan berat

sebesar 89 % karena terjadi degradasi asam itakonat secara endotermis.

Gambar 14. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

-40

-30

-20

-10

0

10

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

DTA

(mik

rovo

lt)

% B

erat

Suhu (°C)

TGA

DTA

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

DTA

(mik

rovo

lt)

% B

erat

Suhu (°C)

TGA

DTA


commit to user

28

Gambar 14 menunjukkan bahwa hidrogel κ-karaginan-itakonat mengalami

penurunan berat pada suhu 27 °C sampai 120 °C dengan penurunan berat sebesar

6 % karena terjadi penguapan H2O secara endotermis. Kemudian pada suhu

160 °C sampai 200 °C terjadi penurunan berat sebesar 27 % yang disebabkan

terjadinya degradasi asam itakonat secara endotermis. Selanjutnya terjadi

penurunan berat sebesar 14 % pada suhu 220 °C sampai 320 °C karena

dekomposisi κ-karaginan secara endotermis. Sedangkan pada suhu 480 °C sampai

600 °C dengan penurunan berat sebesar 9 % terjadi degradasi κ-karaginan secara

endotermis.

Gambar 15. Kurva TG-DTA dari Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Penambahan MBA pada hidrogel κ-Karaginan-Itakonat tidak berpengaruh

secara signifikan terhadap kestabilan termal hidrogel. Hal ini dapat dilihat dari

Gambar 15, di mana kurva TG-DTA dari hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa

MBA dan hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan MBA memiliki kemiripan.

3. Swelling capacity

a. Pengaruh penambahan MBA

Penambahan MBA sebagai agen pengikat silang dilakukan untuk

mengetahui pengaruh penambahan MBA terhadap swelling capacity hidrogel κ-

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

% b

erat

Suhu (°C)

tanpa MBA

dengan MBA


commit to user

29

karaginan-itakonat. Penentuan pengaruh ini dilakukan dengan membandingkan

swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat tanpa MBA dan dengan MBA

pada pH 7 (netral).

Gambar 16. Kurva Pengaruh Penambahan MBA terhadap Swelling CapacityHidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Pengaruh penambahan agen pengikat silang (MBA) ditunjukkan oleh

Gambar 16, di mana terlihat bahwa penambahan MBA pada hidrogel memberikan

swelling capacity yang lebih rendah dibandingkan dengan hidrogel yang tidak

diberi penambahan MBA. Hal ini terjadi sebagai akibat dari bertambahnya titik-

titik ikatan silang selama polimerisasi yang menyebabkan pembentukan jaringan

juga bertambah sehingga ruangan untuk tempat air yang masuk menjadi

berkurang, yang sesuai dengan penelitian Pourjavadi et al. (2005). Penambahan

agen pengikat silang sendiri berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik hidrogel, di

mana melalui penambahan agen pengikat silang akan membuat hidrogel tidak

mudah larut dalam air.

b. Pengaruh penambahan asam itakonat

Penambahan monomer asam itakonat dilakukan untuk mengetahui

pengaruh penambahan asam itakonat terhadap swelling capacity hidrogel κ-

karaginan-itakonat. Penentuan pengaruh ini dilakukan dengan membandingkan

0

10

20

30

40

0 1 2 3

Swel

ling

Capa

city

(g/g

)

Massa Asam Itakonat (g)

tanpa MBA

dengan MBA


commit to user

30

swelling capacity dari hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan massa asam itakonat

sebesar 0-2,5 g. Swelling dilakukan pada pH 7 (netral).

Gambar 17. Kurva Pengaruh Penambahan Massa Asam Itakonat terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Gambar 17 menunjukkan pengaruh penambahan massa itakonat terhadap

swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat. Swelling capacity meningkat

seiring dengan meningkatnya massa itakonat, namun kemudian menurun seiring

dengan peningkatan massa itakonat selanjutnya. Swelling capacity maksimum

terjadi pada hidrogel dengan massa itakonat 1 gram. Pourjavadi et al. (2005)

menyatakan kenaikan swelling capacity pada awal kenaikan massa monomer

terjadi karena semakin tinggi hidrofilitas dari hidrogel. Semakin tingginya

hidrofilitas hidrogel ini karena semakin banyak gugus hidrofil dalam hidrogel,

yaitu terjadi penambahan gugus karboksil yang berasal dari asam itakonat.

Penurunan swelling capacity terjadi karena semakin banyak asam itakonat akan

memperbesar kemungkinan terjadinya homopolimerisasi dan meningkatkan

viskositas media yang membatasi pergerakan dari radikal bebas dan molekul

monomer.

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Swel

ling

Capa

city

(g/g

)

Massa Asam Itakonat (g)


commit to user

31

c. Pengaruh perubahan pH

Perubahan pH media swelling dapat mempengaruhi interaksi antara

hidrogel κ-karaginan-itakonat dengan lingkungan (media swelling), sehingga

mempengaruhi swelling capacity hidrogel κ-karaginan-itakonat. Penentuan

pengaruh perubahan pH ini dilakukan dengan membandingkan swelling capacity

hidrogel κ-karaginan-itakonat pada pH 3-12. Larutan pH 3-6 dibuat dari larutan

HCl dan larutan pH 8-13 dibuat dari larutan NaOH.

Gambar 18. Grafik Pengaruh pH terhadap Swelling Capacity Hidrogel κ-Karaginan-Itakonat

Pada Gambar 18, hidrogel menunjukkan perubahan swelling capacity pada

berbagai pH. Swelling capacity maksimum terjadi pada pH 4 dan pH 10. Di pH 3-

4, sebagian besar karboksilat terprotonasi menyebabkan swelling capacity

meningkat. Akan tetapi, pada pH 5-7 terjadi interaksi antar spesi ionik (ikatan

silang ionik) dan ikatan hidrogen yang menyebabkan terjadinya suatu ikatan

silang yang diikuti dengan penurunan swelling capacity. Pada pH 8-10, gugus

karboksilat terionisasi dan tolakan elektrostasik antar gugus karboksilat

menyebabkan peningkatan swelling capacity. Pada pH yang lebih tinggi (>10)

terjadi penurunan swelling capacity karena adanya “charge screening effect” dari

kelebihan Na+ di dalam media swelling yang akan melingkupi anion karboksilat

serta menghambat tolakan anion-anion, seperti yang diungkapkan oleh El-Sayed

et al. (2011).

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Swel

ling

Capa

city

(g/g

)

pH


commit to user

32

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Penambahan asam itakonat meningkatkan swelling capacity hidrogel dari κ-

karaginan dalam air dengan swelling capacity optimum sebesar 19,44 g/g

yang diperoleh pada penambahan asam itakonat sebanyak 1 g. Penambahan

asam itakonat juga menurunkan ketahanan termal hidrogel κ-karaginan.

2. Penambahan N,N’-metilenbisakrilamida menurunkan swelling capacity,

namun tidak berpengaruh secara signifikan terhadap ketahanan termal

hidrogel dari κ-karaginan.

3. Swelling capacity optimum hidrogel dari κ-karaginan terjadi pada pH 4 dan 10

dengan swelling capacity sebesar 27,49 g/g dan 25,13 g/g.

B. Saran

1. Perlu dilakukan identifikasi lebih lanjut dengan Scanning Electron

Microscopy (SEM) dan Surface Area Analyzer (SAA) untuk mengetahui

permukaan hidrogel.

2. Perlu dilakukan penelitian tentang aplikasi hidrogel sebagai absorben logam.

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N .../Pengaruh...asam itakonat (IA) dan...

Documents

Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N .../Pengaruh...asam itakonat (IA) dan...