PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user iv...

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

commit to user

i

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN

N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP

KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN

Disusun oleh :

SIWI AJI WIJAYANTI

M0307022

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

ii


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

“PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN N,N’-METILEN

BISAKRILAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI

KITOSAN” 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

SIWI AJI WIJAYANTI


commit to user

iv

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT DAN

N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP

KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN

SIWI AJI WIJAYANTI

Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Pengaruh penambahan asam itakonat dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) terhadap karakteristik hidrogel dari kitosan telah dipelajari dalam penelitian ini. Karakteristik hidrogel dari kitosan yang dianalisis adalah kapasitas swelling dan tingkat kestabilan termal. Hidrogel dibuat menggunakan metodegrafting kopolimerisasi, dengan menggunakan refluks dalam kondisi vakum selama 1 jam pada suhu 60 ºC.

Penentuan gugus-gugus fungsi yang terdapat pada hidrogel diidentifikasi menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Ketahanan termal hidrogel dengan dan tanpa crosslinking agent dibandingkan dan diidentifikasi menggunakan Thermogravimetric Analysis (TGA) dan Differential Thermal Analysis (DTA). Kapasitas swelling hidrogel dengan penambahan MBA dibandingan dengan hidrogel tanpa MBA. Hidrogel dengan penambahan MBA diuji kapasitas swelling dengan variasi pH media, yaitu dari 2 hingga 12.

Hasil karakterisasi dengan menggunakan FT-IR mengindikasikan telah terjadi ikatan silang antara asam itakonat dengan MBA. Hal ini ditunjukkan dengan adanya bilangan gelombang pada 1543,05 cm-1 (serapan –NH tekuk) dan serapan yang lebih tajam pada 1307,74 cm-1 (serapan C-N) yang semakin banyak. Uji swelling dari hidrogel menunjukkan bahwa kapasitas swelling hidrogel tanpa adanya crosslinking agent lebih tinggi daripada hidrogel dengan crosslinking agent. Kapasitas swelling juga meningkat dengan penambahan asam itakonat. Uji swelling pada variasi pH dari media menunjukkan bahwa kapasitas swellingoptimum diperoleh pada kondisi asam dengan pH 3 sedangkan pada kondisi basa dicapai pada pH 9. Karakterisasi menggunakan TGA/DTA menunjukkan kestabilan termal hidrogel meningkat dengan penambahan crosslinking agent(MBA), reaksi yang terjadi selama proses dekomposisi merupakan reaksi endotermis.

Kata kunci : kitosan, hidrogel, asam itakonat, kapasitas swelling, MBA.


commit to user

v

EFFECT OF ITACONIC ACID AND N,N’-METHYLENE BISACRYLAMIDE

ADDITION ON CHARACTERISTICS OF HYDROGEL FROM CHITOSAN

SIWI AJI WIJAYANTI

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The effect of adding itakonat acid and N, n'-methylene bisakrilamida(MBA) on the characteristics of chitosan hydrogel has been studied in this research. Characteristics of the chitosan hydrogel was analyzed and the degree ofswelling capacity of the thermal stability. Hydrogel was made using the method ofgrafting copolymerization, using a reflux in a vacuum for 1 hour at 60 ºC.

Determination of the function groups contained in the hydrogel was identified using Fourier Transform Infra Red (FTIR). Thermal stability of the hydrogel with and without crosslinking agent were compared and identified usingThermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Thermal Analysis (DTA). Swelling capacity of hydrogels with the addition of MBA compared withhydrogel without the MBA. Hydrogels with the addition of MBA was tested the swelling capacity with a variety of media pH, ie from 2 to 12.

The results of characterization by using FT-IR indicate crosslinking has occurred between itakonat acid with an MBA. This is shown by the wave number at 1543.05 cm-1 (-NH bending absorption) and a sharper absorption at 1307.74 cm-1 (CN absorption). Swelling test of hydrogel showed that swelling capacity ofhydrogels in the absence of crosslinking agent is higher than the hydrogel withcrosslinking agent. Swelling test on the variation of pH of swelling mediumshowed that the optimum capacity is obtained in acidic conditions with pH 3, while in base conditions achieved at pH 9. Characterization using a TGA / DTAshows that the thermal stability of the hydrogel increased with the addition ofcrosslinking agent (MBA), a reaction that occurs during the decomposition process is an endothermic reaction.

Keywords: chitosan, hydrogels, itaconic acid, swelling capacity, MBA.


commit to user

vi

MOTTO

“Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi

(pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu; Allah mengetahui,

sedang kamu tidak mengetahui”

(QS. Al Baqarah 2:216)

” Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah sungguh-sungguh (urusan) yang lain.

Dan hanya kepada Rabbmulah kamu berharap ”

(Q.S 94 : 6-8)

Ikhlas dan bersabarlah dalam menghadapi ujian, karena kelak akan kau katakan

“Aku tak akan sampai pada titik ini tanpa melewati ujian itu”. Maka bersyukur

adalah cara terbaik untuk menghadapi segala sesuatu

(Penulis)

Segala sesuatu mungkin tidak akan semudah yang kita katakan dan bisa jadi tidak

sesulit yang kita bayangkan, maka lakukanlah apa yang benar-benar ada saat

ini dengan sebaik-baiknya

(Penulis)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Syukur Alhamdulillah..

Karya ini penulis persembahkan kepada:

Alm. Bapak tercinta,,

Ibu dan Ayah tercinta, terimakasih atas kasih sayang, nasihat, doa, semangat,

dan dukungan yang selalu mengalir untukku,,

Mas Teguh, Mas Agus, Mba Indri atas doa dan dukungan yang tak pernah

putus,,

Diffenda Arbitri, Natura Kinanti, dan Harjuna Bayu Nendra, pelita-pelita

kecilku yang selalu kurindukan,,

Tyas, Nila, Husna, Pipit, Furi, Dwi, Melina, dan Irma, atas tawa, tangis,

bantuan, dukungan, nasihat, semangat dan kebersamaannya selama ini.

Kalian adalah sahabat terbaik yang Allah anugerahkan untukku,,

Para penghuni Kimia FMIPA UNS 2007,,

Almamaterku tercinta.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala

limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun dan

menyelesaikan skripsi yang berjudul PENGARUH PENAMBAHAN ASAM

ITAKONAT DAN N,N’-METILEN BISAKRILAMIDA TERHADAP

KARAKTERISTIK HIDROGEL DARI KITOSAN. Penulis menyadari bahwa

skripsi ini tidak akan dapat terselesaikan dengan baik tanpa bantuan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Prof. Ari Handono R., M.Sc, Ph.D selaku Dekan FMIPA UNS.

2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS

3. Bapak Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si selaku dosen pembimbing

skripsi.

4. Bapak Prof. Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D selaku pembimbing akademik.

5. Bapak/Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia FMIPA UNS

6. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS dan Sub

Laboratorium Kimia UNS.

7. Semua pihak yang telah membantu dari awal hingga selesainya penyusunan

skripsi ini.

Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik atas segala dukungan

dan bantuan yang diberikan. Amin.

Penulis berharap semoga karya ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Namun, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan

skripsi ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari para

pembaca untuk hasil yang lebih baik ke depannya.

Surakarta, Juli 2012

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

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

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

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

ABSTRAK ........................................................................................................... iv

ABSTRACT ........................................................................................................... v

MOTTO ............................................................................................................... vi

PERSEMBAHAN ............................................................................................... vii

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

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii

BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................................1

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

B. Perumusan Masalah.................................................................................3

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

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

3. Rumusan Masalah ...............................................................................5

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

D. Manfaat Penelitian...................................................................................6

BAB II. LANDASAN TEORI................................................................................ 7

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 7

1. Polimer ................................................................................................7

2. Hidrogel ..............................................................................................7

3. Kitosan ................................................................................................9

4. Asam Itakonat ...................................................................................10

5. Kopolimer .........................................................................................12

6. Grafting Kopolimerisasi ...................................................................13


commit to user

x

7. Crosslinking Agent (MBA) ...............................................................14

8. Kalium Persulfat (KPS) ....................................................................15

9. Swelling ............................................................................................16

B. Kerangka Pemikiran .................................... .........................................16

C. Hipotesis ............................................... ................................................18

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN .............................................................19

A. Metode Penelitian ..............................................................................19

B. Tempat dan Waktu Penelitian .................................. ........................ 19

C. Alat dan Bahan .................................... ............................................. 19

D. Prosedur Penelitian ........................................................................... 21

1. Pembuatan Larutan Kitosan .......................................................... 21

2. Sintesis Hidrogel ........................................................................... 21

a. Sintesis Hidrogel tanpa penambahan N,N’-Metilen Bisakrilamida

(MBA).........................................................................................21

b. Sintesis Hidrogel dengan Penambahan N,N’-Metilen

Bisakrilamida (MBA)..................................................................21

3. Karakterisasi Hidrogel................................................................... 22

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data............................................ 22

BAB IV. PEMBAHASAN ................................................................................... 23

A. Sintesis Hidrogel ............................................................................... 23

B. Karakterisasi Hidrogel....................................................................... 30

1. Uji Swelling ..................................................................................30

2. Karakterisasi Menggunakan TGA/DTA...................................... 34

BAB V. PENUTUP .............................................................................................. 40

DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................ 41

LAMPIRAN ...................................................... .................................................. 44


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat ................................................................... 12

Tabel 2. Sifat-Sifat N,N’-Metilen Bisakrilamida ..............................................15

Tabel 3. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Kitosan, Asam Itakonat, dan

Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA ............................................... 26

Tabel 4. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Hidrogel Kitosan-Asam

Itakonat dan Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA.......................... 29


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur Kitosan ................................................................................ 9

Gambar 2. Struktur Asam Itakonat .................................................................... 11

Gambar 3. Jalur Biosintesis Asam Itakonat ....................................................... 11

Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer ..................................................................... 13

Gambar 5. Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-g-

poli(B) ............................................................................................. 14

Gambar 6. Struktur Kimia N,N’-Metilen Bisakrilamida ................................... 15

Gambar 7. Hidrogel dengan Penambahan MBA................................................ 23

Gambar 8. Hidrogel tanpa Penambahan MBA .................................................. 23

Gambar 9. Spektra FT-IR Kitosan, Asam Itakonat, Hidrogel Kitosan-Asam

Itakonat..... ........................................................................................24

Gambar 10. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan tanpa MBA.........................27

Gambar 11. Spektra FT-IR Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat dan Hidrogel

Kitosan-Asam Itakonat–MBA .........................................................28

Gambar 12. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan dengan Penambahan MBA..

......................................................................................................... 30

Gambar 13. Kapasitas Swelling Hidrogel dari kitosan dengan dan tanpa MBA

pada pH 7..........................................................................................31

Gambar 14. Grafik Pengaruh Penambahan Asam Itakonat terhadap Kapasitas

Swelling pada pH 8 .......................................................................... 32

Gambar 15. Grafik Pengaruh pH Media terhadap Kapasitas Swelling ................ 33

Gambar 16. Grafik TGA/DTA Kitosan ............................................................... 35

Gambar 17. Grafik TGA/DTA Asam Itakonat .................................................... 36

Gambar 18. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat ........................ 37

Gambar 19. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA.............. 38

Gambar 20. Grafik TGA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat dan Kitosan-Asam

Itakonat-MBA.................................................................................. 37


commit to user

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Sintesis hidrogel ............................................................................ 44

Lampiran 2. Hasil Uji Swelling.......................................................................... 48

Lampiran 3. Data FT-IR .................................................................................... 50

Lampiran 4. Grafik TGA/DTA.......................................................................... 54


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Hidrogel merupakan suatu polimer hidrofilik dengan struktur jaringan

yang memiliki ikatan silang. Hidrogel mempunyai kemampuan untuk menyerap

sejumlah air tanpa adanya proses pelarutan. Karena elastisitas dan kelembutannya,

serta sifat fisiknya yang seperti tisu, hidrogel memiliki sifat hidrodinamik dari sel

dalam banyak cara. Karena sifat-sifatnya tersebut, hidrogel memiliki nilai-nilai

yang berharga untuk pengganti tisu yang lembut, pelapisan pipa saluran tubuh,

membran hemodialisis, lensa kontak, enkapsulasi sel, sarana pengangkut obat,

bahan pembuat tisu, pembalut luka, organ tubuh buatan/tiruan, dan biosensor

(Jiang et al., 2009).

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. Derajat dan sifat ikatan silang polimer juga dapat

menentukan sifat mengembang dari hidrogel (Kroschwitz, 1992). Hidrogel

berbahan dasar dari alam sangat menarik, karena dapat meningkatkan sifat-sifat

mekanik dari polimer alam. Bahan alami dari hidrogel memungkinkan sifat

biodegradabilitas material tersebut. Oleh karena sifatnya yang biokompatibel,

biodegradabel serta non-toksik, maka polosakarida dapat menjadi pilihan sebagai

bahan penyusun hidrogel (Pourjavadi et al., 2005). Kitosan adalah suatu material

polimer hidrogel polielektrolit yang bersifar nontoksik yang mempunyai

kemiripan sifat dengan selulosa (Kim et al., 2004).

Kitosan merupakan salah satu polimer alam yang memiliki karakteristik

bidegradabel, kelambanan kimia, biokompatibilitas, kemampuan membentuk film

yang baik, dan harganya murah (Mucha et al., 2007). Kitosan merupakan senyawa

yang dihasilkan dari senyawa kitin yang banyak terdapat dalam kulit luar hewan

1


commit to user

2

golongan Crustaceae seperti udang dan kepiting. Kitosan memiliki gugus

hidroksil dan amin yang dapat memberi jembatan hidrogen secara intermolekuler

atau intramolekuler. Dengan demikian, jaringan hidrogen yang kuat akan

terbentuk, yang menyebabkan kitosan tidak larut dalam air. Gugus fungsi dari

kitosan (gugus hidroksil primer pada C-6, gugus hidrosil sekunder pada C-3 dan

gugus amino pada posisi C-2) membuat kitosan mudah dimodifikasi secara kimia.

Kitosan memiliki gugus hidrofilik berupa –NH2. Gugus hidrofilik ini

menyebabkan kitosan memiliki kemampuan untuk berikatan dengan molekul-

molekul air. Dengan sifat fisika dan kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi

kitosan dalam bidang kesehatan adalah sebagai hidrogel (Rekso dan Sunarni,

2007).

Asam itakonat merupakan salah satu monomer organik yang biasa

dimasukkan ke dalam suatu polisakarida. Asam ini dapat berfungsi sebagai

pengganti asam akrilat atau metakrilat. Asam itakonat digunakan 1-5% sebagai

komonomer dalam resin dan juga dalam pembuatan serat sintetis, sebagai pelapis,

perekat, pengental dan pengikat. Selain itu, asam itakonat juga merupakan

monomer yang bersifat biodegradabel karena bersumber dari karbohidrat yang

berasal dari bahan alam. Asam itakonat dapat dimanfaatkan dalam pembuatan

hidrogel dari kitosan melalui grafting kopolimerisasi dengan penambahan suatu

inisiator dan agen pengikat silang (crosslinking agent).

Inisiator merupakan pembentuk radikal bebas yang berguna sebagai

pemicu terjadinya proses polimerisasi. 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. Inisiator radikal bebas merupakan iniasiator yang sangat reaktif

dan banyak digunakan dalam reaksi polimerisasi.

Selain inisiator, dalam grafting polimerisasi juga diperlukan suatu agen

pengikat silang. selain terbentuknya grafting, terbentuknya ikatan silang pada saat

polimerisasi sangat penting untuk menghasilkan jejaring polimer yang dapat

menyerap air. Adanya ikatan silang tersebut membuat ikatan yang terbentuk akan


commit to user

3

semakin kuat. Berbagai macam jenis agen pengikat silang (crosslinking agent)

dapat digunakan untuk menghasilkan ikatan silang dalam suatu sintesis polimer.

Menurut Saptono (2008), ikatan silang (crosslink) sangat berperan dalam

menentukan elastisitas. Ikatan silang berfungsi sebagai pengikat bentuk (shape

memory) yang memungkinkan terjadinya deformasi elastik dalam jumlah yang

sangat besar. Tanpa adanya ikatan silang deformasi plastis akan mudah terjadi.

Deformasi elastik adalah terjadinya peregangan pada suatu material yang dapat

kembali ke bentuk awalnya. Deformasi plastis adalah peregangan pada suatu

material yang tidak dapat kembali ke bentuk awalnya.

Adanya ikatan silang menyebabkan polimer yang terbentuk tidak dapat

larut dalam air. Akan tetapi, kemampuan polimer untuk menggembung (swelling)

turun selagi derajat ikatan silang meningkat. Untuk itu, yang diharapkan adalah

terbentuk rantai sepanjang mungkin dan terikat silang hanya di beberapa tempat.

Salah satu contoh penyambung silang yang diperlukan sangat sedikit (sekitar 0,08

mol %) relatif terhadap asam akrilat) adalah N,N’-metilen bisakrilamida atau

MBA. Zat ini mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga dapat

tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi polimerisasi berlangsung,

sehingga menghasilkan ikatan sambung-silang. Meskipun MBA memiliki gugus

fungsional amina, tetapi sangat tahan terhadap hidrolisis (Garner et al., 1997).

Berdasarkan uraian-uraian di atas, maka perlu dilakukan penelitian untuk

mensintesis suatu hidrogel berbahan dasar alam, yaitu kitosan dengan

penambahan variasi konsentrasi asam itakonat dan agen pengikat silang berupa

N,N’-metilen bisakrilamida (MBA).

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

a. Hidrogel dapat disintesis dari suatu bahan alami melalui grafting

kopolimerisasi monomer ke dalam suatu polisakarida. Beberapa polisakarida

yang mudah diperoleh antara lain kitosan, alginat, dan karaginan.


commit to user

4

b. Beberapa monomer yang dapat digunakan dalam grafting kopolimerisasi

dengan polisakarida misalnya asam metakrilat (MAA), akrilonitril (AN) dan

asam itakonat (IA).

c. Medium yang digunakan dalam polimerisasi disesuaikan dengan sifat zat

yang akan digunakan. Medium dapat berupa pelarut polar seperti metanol,

etanol, dan air. Medium yang bersifat non-polar seperti n-heksan dan

kloroform, juga dapat digunakan.

d. Kitosan dapat larut pada larutan-larutan asam, antara lain larutan asam

format, asam asetat, asam laktat, dan asam glutamat 1-2% (v/v).

e. Inisiator radikal bebas merupakan jenis inisiator yang paling banyak

digunakan. Inisiator tersebut tidak stabil terhadap panas dan terurai menjadi

radikal-radikal pada suhu tertentu dengan laju bergantung dari strukturnya.

Beberapa jenis inisiator yang sering digunakan dalam reaksi polimerisasi

yaitu kalium persulfat, amonium persulfat, dan benzoil peroksida.

f. Penambahan agen pengikat silang (crosslinking agent) bertujuan untuk

menghasilkan polimer yang memiliki sifat lebih baik dari tiap-tiap

homopolimer pembentuknya. Agen pengikat silang yang biasa digunakan

antara lain divinil benzena (DVB), N,N’-metilen bisakrilamida (MBA), dan

asam akrilat.

g. Suhu thermostatic bath yang biasa digunakan dalam sintesis hidrogel berkisar

antara 50-70 ºC.

h. Hidrogel dapat dikarakterisasi menggunakan analisis FT-IR, Spectro Electro

Microscopy (SEM), Termal Gravity Analysis (TGA), Texture analyzer, dan

uji swelling.

i. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kapasitas swelling hidrogel dari

kitosan antara lain jumlah monomer, crosslinking agent, dan inisiator yang

ditambahkan, permukaan pori, ukuran pori, dan kondisi pH media swelling.

2. Batasan Masalah

a. Polisakarida yang digunakan dalam pembuatan hidrogel adalah kitosan.


commit to user

5

b. Monomer yang digunakan berupa asam itakonat (IA).

c. Medium yang digunakan merupakan medium polar, yaitu air.

d. Larutan asam yang digunakan untuk melarutkan kitosan adalah asam asetat

1% (v/v).

e. Inisiator radikal bebas yang digunakan berupa kalium persulfat.

f. Agen pengikat silang yang digunakan adalah N,N’-metilen bisakrilamida

(MBA).

g. Suhu thermostatic bath yang digunakan adalah 60 ºC.

h. Karakteristik hidrogel diuji menggunakan analisis FT-IR, TGA, dan uji

swelling.

i. Jumlah monomer yang ditambahkan, penambahan crosslinking agent, dan

kondisi pH media swelling dipelajari pengaruhnya terhadap kapasitas

swelling hidrogel dari kitosan.

3. Rumusan Masalah

a. Bagaimana pengaruh penambahan variasi massa asam itakonat terhadap

kapasitas swelling hidrogel dari kitosan?

b. Bagaimana pengaruh penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA)

terhadap kapasitas swelling dan kestabilan termal hidrogel dari kitosan?

c. Bagaimana pengaruh variasi pH media terhadap kapasitas swelling hidrogel

kitosan-asam itakonat-MBA?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah :

a. Mengetahui pengaruh penambahan variasi massa asam itakonat terhadap

kapasitas swelling hidrogel dari kitosan.

b. Mengetahui pengaruh penambahan N,N’-metilen bis akrilamida (MBA)

terhadap kapasitas swelling dan kestabilan termal hidrogel dari kitosan.

c. Mengetahui pengaruh variasi pH media terhadap kapasitas swelling hidrogel

kitosan-asam itakonat-MBA.


commit to user

6

D. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

a. Secara praktis, dapat memberikan informasi tentang pembuatan hidrogel yang

berbahan dasar kitosan dan asam itakonat.

b. Secara teoritis, dapat meningkatkan pengetahuan mengenai pemanfaatan

bahan alam dalam dunia polimer.

c. Dapat mengembangkan pemanfaatan hidrogel dalam dunia industri, antara

lain industri tisu, pembalut wanita, dan membran hemodialisis.


commit to user

7

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 (1953) dan Carothers (1940) dibagi menjadi

dua kelompok besar, yaitu polimerisasi kondensasi (step-reaction polymerization)

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

merupakan polimerisasi bertahap, 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 dimana radikal bebas atau ion terlibat didalamnya. Polimerisasi

ionik, polimerisasi radikal, dan polimerisasi Ziegler-Natta termasuk kedalam

polimerisasi adisi (http://sunfh.tripod.com/chem3.htm. 13 April 2012).

2. Hidrogel

Hidrogel merupakan polimer tiga dimensi yang terikat silang, dimana

terdiri dari kopolimer hidrofilik yang memiliki kemampuan untuk menyerap

sejumlah besar air. Hidrogel mempunyai kemampuan mengembang (swelling)

dalam air, tetapi tidak larut dalam air. Sifat hidrofilik dari hidrogel dipengaruhi

oleh adanya gugus hidroksil, gugus karboksilat, gugus amida, atau gugus

hidrosulfit, sedangkan ketidaklarutan dalam air dipengaruhi oleh struktur tiga

7

http://sunfh.tripod.com/chem3.htm


commit to user

8

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.

Hidrogel merupakan objek menarik yang memiliki sifat baik seperti

padatan ataupun cairan.Sifat yang menyerupai cairan disebabkan oleh fakta bahwa

unsur utama dari gel umumnya adalah cairan, seperti air. Di sisi lain, suatu gel

dapat mempertahankan bentuknya karena memiliki suatu modulus geser yang

menjadi nyata jika gel tersebut diubah bentuknya. Modulus itu karena terjadinya

ikatan silang dari polimer dalam membentuk jaringan. Aspek ini menunjukkan

sifat padat dari gel. Sebagai tambahan untuk aspek yang menyerupai padatan dan

cairan ini, gel dapat mengubah keadaannya secara drastis, mirip dengan cara gas

mengubah volumenya lebih dari sekedar seribu kali. Suatu hidrogel dapat

dipandang sebagai suatu wadah air yang terbuat dari jaringan tiga dimensi. Pada

keadaan kering, gel merupakan material padat. Hidrogel mengembang hingga

mencapai kesetimbangan pengembangan ketika air ditambahkan (Karadag et al.,

1996).

Hidrogel dapat dibagi menjadi dua berdasarkan asalnya, yaitu hidrogel

alami dan hidrogel sintetik. Komponen utama hidrogel sintetik adalah monomer

atau polimer sintetik. Ditinjau dari sifat biologisnya, hidrogel yang diperoleh dari

hasil sintetis maupun yang dari alam dapat bersifat biodegradabel, non-

biodegradabel, dan bio-erodibel. Hidrogel biodegradabel umumnya berasal dari

senyawa alami, misalnya karbohidrat dan derivatnya yang mudah dicerna oleh

enzim. Hidrogel non-biodegradabel biasanya terbuat dari senyawa sintetik.

Hidrogel bio-erodibel adalah salah satu jenis hidrogel yang dapat terkikis dalam

proses pemakaiannya.

Polimer hidrofilik yang terikat silang dapat membentuk hidrogel yang

mampu menyerap dan mempertahankan air ratusan kali dari beratnya dan dikenal

sebagai superabsorben. Sifat-sifat hidrogel ini sudah menarik perhatian dari

banyak peneliti, teknolog dan sudah ditemukanaplikasi yang tersebar luas di

berbagai bidang, sepertidrug delivery systems, pertanian, proses-proses pemisahan

(Sadeghiet al., 2011).


commit to user

9

3. Kitosan

Kitosan dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari

deasetilasi kitin. Kitosan juga dijumpai secara alamiah di beberapa organisme.

Adapun struktur kitosan ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Kitosan (Kusumaningsih et al., 2004)

Kitosan adalah hasil proses deasetilasi dari senyawa kitin yang banyak

terdapat dalam kulit luar hewan golongan Crustaceae seperti udang dan kepiting

(Hargono et al., 2008). Kitosan dihasilkan dari kitin dan mempunyai struktur

kimia yang sama dengan kitin, dimana terdiri dari rantai molekul yang panjang

dan berat molekul yang tinggi. Adapun perbedaan antara kitin dan kitosan adalah

pada setiap cincin molekul kitin terdapat gugus asetil (-CH3-CO) pada atom

karbon kedua, sedangkan pada kitosan terdapat gugus amina (-NH) (Apsari dan

Fitriasti, 2010).

Kitosan diisolasi dari cangkang hewan Crustaceae, terutama udang

melalui serangkaian proses, diantaranya depigmentasi, deproteinasi,

demineralisasi, dan deasetilasi. Kitosan merupakan kitin yang mengalami proses

deasetilasi, dimana gugus asetilnya telah hilang sehingga menyisakan gugus

amina bebas yang menyebabkannya bersifat polikationik ( Rochima, E et al.,

2004). Kitosan merupakan senyawa yang tidak larut dalam air, sedikit larut dalam

HCl, HNO3 dan H3PO4 serta tidak larut dalam H2SO4. Kitosan lebih mudah

dilarutkan dalam asam-asam encer seperti asam asetat, asam format, asam sitrat

(Meriatna, 2008). Kitosan juga tidak larut dalam beberapa pelarut organik seperti

alkohol, aseton, dimetil formida dan dimetil sulfoksida, tetapi kitosan larut baik


commit to user

10

dalam asam format berkonsentrasi 0,2-100% dalam pelarut air (Apsari dan

Fitriasti, 2010).

Kitosan merupakan salah satu polimer alam yang memiliki karakteristik

bidegradabel, kelambanan kimia, biokompatibilitas, kemampuan membentuk film

yang baik, dan harganya murah (Mucha et al.,2007). Kitosan adalah suatu

material polimer hidrogel polielektrolit yang bersifar nontoksik yang mempunyai

kemiripan sifat dengan selulosa (Kim, et al., 2004)

Kitosan yang disebut juga dengan β-1,4-2-amino-dioksi-D-glukosa

merupakan turunan dari kitin melalui proses deasetilasi. Proses deasetilasi

dilakukan dengan penambahan natrium hidroksida 50% karena merupakan basa

kuat yang reaktif sehingga deasetilasi lebih cepat terjadi. Dengan sifat fisika dan

kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi kitosan dalam bidang kesehatan adalah

sebagai hidrogel. Kitosan sebagai polimer alam memiliki sifat fisik dan daya

swelling yang relatif rendah dibandingkan polimer sintesis (Rekso dan Sunarni,

2007).

Perkembangan penggunaan kitosan meningkat pada tahun 1940-an terlebih

dengan makin diperlukannya bahan alami oleh berbagai industri sekitar tahun

1970-an. Penggunaan kitosan untuk aplikasi khusus seperti farmasi, kesehatan,

bidang industri antara lain industri membran, biokimia, bioteknologi, pangan,

pengolahan limbah, kosmetik, agroindustri, industri perkayuan, polimer, dan

industri kertas (Sugita, 2009).

4. Asam Itakonat

Asam itakonat ditemukan oleh Baup pada tahun 1837 sebagai produk

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

berhasil melakukan biosintesis asam itakonat dari karbohidrat dengan bantuan

fungi, Aspergillus itaconicus.

Asamitakonat(IA) merupakan asamorganiktak jenuhdikarbonat. Asam

inidapat dengan mudah dimasukkan ke dalam polimer dan dapat berfungsi sebagai

pengganti asam akrilat atau metakrilat. Asam ini digunakan 1-5% sebagai

komonomer dalam resin dan juga dalam pembuatan serat sintetis, sebagai pelapis,


commit to user

11

perekat, pengental dan pengikat. Proses produksi biasanya melalui fermentasi

karbohidrat oleh jamur. Jamur yang bisa digunakan antara lain Aspergillus

itaconicus dan Aspergillus terreus(Willke andVorlop, 2001).Struktur dari asam

itakonat ditunjukkan oleh Gambar 2.

C

CH2

COOH

COOH

H2C

Gambar 2. Struktur Asam Itakonat

Setelah ditemukannya biosintesis asam itakonat, lalu mulai dikembangkan

teknik untuk mensintesis asam itakonat secara kimia. Salah satunya seperti yang

dilakukan Blatt pada tahun 1943 yang menggunakan dry distillation asam sitrat.

Ada juga yang menggunakan cara oksidasi dari mesitil oksida seperti yang

dilakukan Berg dan Hetzel pada 1978 (Willke and Vorlop, 2001). Akan tetapi,

sintesis asam itakonat secara kimia tidak efektif bila dibandingkan dengan cara

fermentasi dengan menggunakan fungi. Karena itu, lebih banyak dikembangkan

teknik biosintesis asam itakonat yang mana fungi yang paling sering digunakan

untuk fermentasi adalah Aspergillus terreus. Jalur biosintesis asam itakonat

ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar3. Jalur Biosintesis Asam Itakonat


commit to user

12

Tate pada tahun 1981 menyebutkan bahwa asam itakonat stabil pada

keadaan asam, netral maupun setengah basa pada suhu moderat. Beberapa sifat

dari asam itakonat disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Sifat-Sifat Asam Itakonat

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

5. Kopolimer

Kopolimerisasi merupakan suatu reaksi polimerisasi yang menggunakan

lebih dari satu jenis monomer. Hasil dari reaksi kopolimerisasi disebut kopolimer.

Jika monomer A dan B dipolimerisasi bersama, maka ada empat jenis susunan

kopolimer yang mungkin terbentuk. Jika dua unit monomer terikat berselang

seling dalam rantai polimer maka produknya disebut kopolimer alterasi,

sedangkan bila distribusinya acak dikenal sebagai kopolimer acak. Susunan unit

ulang yang ketiga adalah jika terbentuk blok A dan blok B bersama, disebut

sebagai kopolimer blok. Jika satu unit ulang tercangkok dengan rantai utama

hanya mengandung satu macam kesatuan berulang, maka kopolimer ini disebut

kopolimer cangkok. Jenis- jenis kopolimer disajikan pada Gambar 4.

Seperti halnya polimerisasi biasa, mekanisme kopolimerisasi dapat

berlangsung melalui reaksi radikal bebas, penggunaan inisiator ionik

(kopolimerisasi anionik maupun kationik) dan kopolimerisasi dengan katalis

koordinasi seperti katalis Ziegler-Natta.


commit to user

13

Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer

Gambar 4. Jenis-Jenis Kopolimer

6. Grafting Kopolimerisasi

Grafting kopolimerisasi merupakan salah satu metode yang paling umum

digunakan untuk memodifikasi sifat-sifat kimia dan fisika polimer alami dan

sintetik. Grafting kopolimerisasi dilakukan dengan cara menumbuhkan atau

menggabungkan polimer sintetik pada backbone polimer alami, dimana istilah

lain dari menumbuhkan atau manggabungkan dalam sintesa kopolimer graf

disebut grafting. Ada tiga metode sintesisgraftingkopolimer : Pertama: grafting

from yaitu polimer backbone membawa site aktif yang digunakan untuk

menginisiasi polimerisasi monomer, kedua: grafting to yaitu polimer backbone

membawa gugus fungsional X reaktif yang terdistribusi secara random, bereaksi

dengan polimer lain yang membawa gugus fungsi Y, dan ketiga: grafting through

yaitu adanya makromer dengan BM rendah dan site yang tidak jenuh, polimer

yang sedang tumbuh dapat bereaksi pada site yang tidak jenuh menghasilkan

kopolimer graf. Keberhasilan sintesis kopolimer graf sangat dipengaruhi oleh

proses inisiasi yaitu proses pembentukan radikal bebas pada backbone(Silvianita

et al., 2004).

Sedangkan menurut Athawale dan Rathi (1999), graftingkopolimer adalah

rantai makromolekular dengan satu spesies blok atau lebih yang disambungkan ke

rantai utama sebagai rantai sisi. Batang tubuh polimer utama polimer (A) yang

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

-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A- Kopolimer alterasi

-A-A-A-B-B-A-A-B-A-A-A-B-B- Kopolimer acak

-A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-B- Kopolimer blok

-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A Kopolimer cangkok|B|B-B-B-B-


commit to user

14

dan tercangkok pada sepanjang rantai utama, secara umum ditulis sebagai

poli(A)-cangkok-poli(B) atau poli(A)-g-poli(B) seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Mekanisme Grafting Kopolimerisasi untuk Kopolimer Poli(A)-g-

poli(B) (Zohuriaan-Mehr, 2005)

7. Crosslinking Agent (MBA)

Reaksi ikatan silang pada saat polimerisasi sangat penting untuk

menghasilkan jejaring polimer yang dapat menyerap air. Pengikat silang yang

digunakan dalam penelitian ini adalah N,N’-metilenbisakrilamida (MBA) yang

bereaksi dengan gugus fungsi karboksil pada rantai polimer sehingga terbentuk

jejaring polimer. Zat ini mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga

dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi polimerisasi

berlangsung, sehingga menghasilkan ikatan sambung-silang. Meskipun MBA

memiliki gugus fungsional amina, akan tetapi sangat tahan terhadap


commit to user

15

hidrolisis(Salim dan Suwardi, 2009).Struktur kimia N,N’-metilen bisakrilamida

(MBA) ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Struktur Kimia N,N’-Metilen Bisakrilamida (Salim dan

Suwardi, 2009)

Sifat-sifat dari N,N’-metilen bisakrilamida disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Sifat-Sifat N,N’-metilen bisakrilamida

Rumus molekul C7H10N2O2

Berat molekul 154,17

Titik leleh 185 ºC

Kelarutan dalam air 0,01-0,1 g/100 mL at 18 ºC

Densitas 1,235

8. Kalium Persulfat (KPS)

Kalium persulfat atau pottasium persulfat merupakan garam dengan rumus

kimia K2S2O8 yang berupa padatan kristal berwarna putih dan tidak berbau.

Kalium persulfat biasa digunakan sebagai inisiator radikal. Kaliumpersulfat

bersifat higroskopis dan harus disimpan ditempat yang kering.

Suatu mekanisme degradasi radikal bebas dari kitosan menggunakan KPS

dilakukan untuk menjelaskan perilaku degradasi. Secara singkat, ion-ion persulfat

terdisosiasi secara termal ke dalam radikal anionik dan tertarik ke gugus amino

kationik pada karbon C-2 dari cincin kitosan. Setelah itu, radikal anionik

menyerang karbon C-4, dan mentransfer radikal ke karbon C-4 dengan

mengurangi hidrogennya. Adanya radikal bebas pada karbon C-4 akhirnya


commit to user

16

menyebabkan pemotongan ikatan C-O-C pada rantai utama (Shih-Chang Hsuaet

al., 2001).

9. Swelling

Sifat yang menguntungkan dari hidrogel adalah kemampuannya untuk

mengembang (swell) ketika dimasukkan ke dalam pelarut yang kompatibel secara

termodinamik (Ganji, F. et al., 2010). Kapasitas swelling merupakan kemampuan

hidrogel untuk menyerap air ratusan kali dari berat hidrogel tersebut. Ada

beberapa faktor yang mempengaruhi kapasitas swelling hidrogel, diantaranya

adalah konsentrasi crosslinking agent, jumlah monomer yang ditambahkan,

konsentrasi inisiator yang digunakan, dan pH medium swelling.

B. Kerangka Pemikiran

Polimer hidrofilik yang terikat silang dapat membentuk hidrogel yang

mampu menyerap dan mempertahankan air ratusan kali dari beratnya. Hidrogel

memiliki gugus-gugus hidrofilik dan memiliki kemampuan untuk mengembang di

dalam medium cair. Kemampuan hidrogel untuk mengembang di dalam medium

cair disebut sebagai kapasitas swelling. Adanya ikatan silang pada hidrogel

menyebabkan struktur hidrogel lebih rapat sehingga tidak mudah larut dalam air.

Sifat-sifat hidrogel ini sudah menarik perhatian dari banyak peneliti dan teknolog

dan sudah ditemukan aplikasi-aplikasi yang tersebar luas di berbagai bidang,

sepertidrug delivery systems, pertanian, proses-proses pemisahan (Sadeghiet al.,

2011).

Hidrogel berbahan dasar alam merupakan hidrogel yang disusun oleh

bahan-bahan alam. Hidrogel berbahan dasar dari alam sangat menarik karena

dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dari polimer alam. Adanya bahan alami

menjamin biodegradabilitas dari material. Polisakarida merupakan salah satu

polimer alam yang sering dimanfaatkan dalam pembuatan hidrogel. Polisakarida

memiliki sifat biokompatibel, biodegradabel serta non-toksik. Salah satu metode

untuk mensintesis hidrogel adalah dengan grafting kopolimerisasi monomer vinil

ke dalam polisakarida (Pourjavadi et al., 2005)


commit to user

17

Kitosan merupakan salah satu polisakarida yang dapat dimanfaatkan untuk

pembuatan hidrogel. Kitosan yang disebut juga dengan β-1,4-2-amino-dioksi-D-

glukosa merupakan turunan dari kitin melalui proses deasetilasi. Proses deasetilasi

dilakukan dengan penambahan natrium hidroksida 50% karena merupakan basa

kuat yang reaktif sehingga deasetilasi lebih cepat terjadi. Kitosan memiliki gugus

hidrofilik berupa –NH2. Gugus hidrofilik ini menyebabkan kitosan memiliki

kemampuan untuk berikatan dengan molekul-molekul air. Dengan sifat fisika dan

kimia yang dimilikinya, salah satu aplikasi kitosan dalam bidang kesehatan adalah

sebagai hidrogel (Rekso dan Sunarni, 2007).Kitosan digunakan sebagai rantai

utama dalam pembuatan hidrogel dan akan berikatan dengan suatu monomer.

Asamitakonatadalah salah satu monomer yang merupakan asamorganiktak

jenuhdikarbonat. Asam inidapat dengan mudahdimasukkan ke

dalampolimerdandapatberfungsisebagaipenggantiasamakrilikataumetakrilat

berbasis petrokimia. Asam itakonat juga memiliki gugus hidrofilik berupa COO-

yang mudah untuk mengikat molekul air. Adanya sifat hidrofilik yang dimiliki

asam itakonat mengakibatkan hidrogel yang dihasilkan akan semakin hidrofilik

dan semakin lebih banyak menyerap air. Penambahan variasi massa asam itakonat

yang semakin meningkat akan meningkatkan sifat hidrofilik hidrogel sehingga

kapasitas swelling hidrogel juga meningkat.

Pembuatan hidrogel dapat dilakukan melalui graf kopolimerisasi asam

itakonat ke dalam kitosan dengan penambahan inisiator berupa kalium persulfat.

Untuk mengubah keadaan polimer sehingga tidak dapat larut dalam air, rantai-

rantai harus tersambung silang. Agen pengikat silang yang digunakan adalah

N,N’-metilen bisakrilamida (MBA). MBA memiliki dua ikatan rangkap yang

sangat reaktif, sehingga dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selagi

polimerisasi berlangsung dan menghasilkan ikatan sambung silang. Meskipun

MBA memiliki gugus fungsional amina, tetapi sangat tahan terhadap hidrolisis.

Ikatan silang yang dihasilkan oleh MBA membuat struktur hidrogel yang

dihasilkan semakin rapat sehingga semakin tidak larut dalam air.

Salah satu faktor yang mempengaruhi kapasitas swelling hidrogel adalah

pH dari media swelling. Perbedaan pH media akan memberikan interaksi yang


commit to user

18

berbeda antara hidrogel dengan lingkungan swelling. Kenaikan pH media swelling

dapat meningkatkan kapasitas swelling hidrogel dari kitosan. Kapasitas swelling

optimum dari hidrogel dapat dicapai pada kondisi asam maupun basa (Sadeghi

and Yarahmadi, 2011).

C. Hipotesis

a. Penambahan variasi konsentrasi asam itakonat akan meningkatkan

kapasitas swelling hidrogel dari kitosan.

b. Penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) akan meningkatkan

kapasitas swelling dan kestabilan termal hidrogel dari kitosan.

c. Peningkatan pH media dapat meningkatkan kemampuan swelling hidrogel

kitosan-asam itakonat-MBA.


commit to user

19

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental di dalam

laboratorium. Tahap pertama adalah sintesis hidrogel untuk menentukan pengaruh

konsentrasi monomer dengan merefluks kitosan dan asam itakonat dalam beberapa

variasi konsentrasi dengan menggunakan medium akuades dengan penambahan

kalium persulfat dan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA) kemudian dihilangkan

kandungan airnya. Tahap kedua adalah penentuan pengaruh konsentrasi crosslinking

agent dengan memvariasi konsentrasi N,N’-metilen bisakrilamida dalam sintesis

hidrogel dengan komposisi optimum yang telah diperoleh pada tahap kedua.

Selanjutnya dilakukan karakterisasi hidrogel dengan FTIR, TGA dan uji swelling.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia FMIPA Universitas

Sebelas Maret selama 6 bulan (Oktober 2011 – Maret 2012).

C. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Seperangkat alat refluks

b. Termometer

c. Gelas beker

d. Labu ukur

f. Pengaduk

g. Kaca arloji

h. Pipet tetes

i. Hot plate

j. Pompa vakum

k. Pompa air

l. Tabung gas nitrogen

m. Neraca analit

19


commit to user

20

n. Selang

o. Klem

p. Statif

q. Kertas saring

r. pH stick

s. Magnetik stirrer

t. Cawan petri

u. Oven

v. Seperangkat alat Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Shimadzu tipe FT-

IR-820431 PC

w. Seperangkat alat Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis

Shimadzu tipe DTG 60H

2. Bahan

a. Kitosan

b. Asam itakonat (Aldrich)

c. Kalium persulfat (E.Merck)

d. Asam asetat glasial (E.Merck)

e. Metanol teknis

f. Metilen bisakrilamida (E.Merck)

g. Akuades

h. HCl (E.Merck)

i. NaOH (E.Merck)


commit to user

21

D. Prosedur Penelitian

1. Pembuatan Larutan Kitosan

Sebanyak 1,0 gram kitosan dan 35 ml larutan asam asetat (CH3COOH) 1%

(v/v) dimasukkan ke dalam gelas beker. Campuran kitosan dan CH3COOH diaduk

hingga semua kitosan larut dan diperoleh larutan kitosan yang homogen.

2. Sintesis Hidrogel

a. Sintesis Hidrogel tanpa penambahan MBA

Asam itakonat (IA) dengan variasi massa 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; dan 2,5 g

dilarutkan dengan akuades. Kemudian 35 ml larutan kitosan yang sudah dibuat

pada langkah sebelumnya dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan larutan kalium

persulfat (KPS) 0,04 g dalam 5 ml akuades ditambahkan pada kitosan tersebut.

Campuran dalam labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath berisi air

dengan suhu 60 ºC dan dalam kondisi vakum lalu distirer selama 10 menit.

Setelah campuran homogen, larutan asam itakonat ditambahkan ke dalam labu

leher tiga dan direfluks selama 1 jam. Volume total larutan kitosan-asam itakonat

adalah 50 ml. Setelah reaksi selesai, produk dibiarkan hingga mencapai suhu

ruang lalu dituangkan ke dalam cawan petri yang berisi 10 ml metanol teknis dan

dibiarkan hingga 24 jam. Campuran dalam cawan petri dioven selama 24 jam

pada suhu 50 ºC.

b. Sintesis Hidrogel dengan Penambahan MBA

Asam itakonat (IA) dengan variasi massa 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; dan 2,5 g

dilarutkan dengan akuades. Kemudian 35 ml larutan kitosan yang sudah dibuat

pada langkah sebelumnya dimasukkan ke dalam labu leher tiga dan larutan kalium

persulfat (KPS) 0,04 g dalam 5 ml akuades ditambahkan pada kitosan tersebut.

Campuran dalam labu leher tiga ditempatkan pada thermostatic bath berisi air

dengan suhu 60 ºC dan dalam kondisi vakum lalu distirer selama 10 menit.

Setelah campuran homogen, larutan asam itakonat dan larutan MBA 0,1 g dalam

5 ml aquades ditambahkan ke dalam labu leher tiga dan selanjutnya direfluks

selama 1 jam. Setelah reaksi selesai, produk dibiarkan hingga mencapai suhu


commit to user

22

ruang lalu dituangkan ke dalam cawan petri berisi 10 ml metanol teknis dan

dibiarkan hingga 24 jam. Campuran dalam cawan petri tersebut dioven selama 24

jam pada suhu 50 ºC.

3. Karakterisasi Hidrogel

Serbuk hidrogel hasil sintesis dengan variasi asam itakonat sebagai

monomer diuji kapasitas swelling. Uji swelling juga dilakukan pada beberapa

variasi pH media. Hidrogel dengan dan tanpa N,N’-metilen bis akrilamida

dikarakterisasi strukturnya dengan FTIR dan sifat termalnya dengan

menggunakan TGA/DTA.

E. Teknik Pengumpulan dan Analisa Data

Pengumpulan data menggunakan alat FTIR untuk mengetahui strukturnya

dan dengan TGA/DTA dapat diketahui sifat termalnya. Untuk mengetahui

swelling capacity hidrogel dilakukan uji swelling.

Data yang diperoleh dari analisa FT-IR terhadap kitosan, asam itakonat,

hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan hidrogel kitosan-asam itakonat

dengan penambahan MBA digunakan untuk mengamati perubahan gugus fungsi

yang muncul pada spektra. Gugus fungsi-gugus fungsi tersebut dapat digunakan

untuk menentukan struktur yang terbentuk pada sintesis hidrogel dari kitosan.

Analisa menggunakan TGA/DTA bertujuan untuk mengetahui tingkat

kestabilan termal hidrogel dari kitosan yang dihasilkan. Penurunan % massa yang

terjadi berkaitan dengan terjadinya pelepasan suatu molekul atau gugus tertentu

pada hidrogel.

Uji swelling dilakukan pada hidrogel dari kitosan-asam itakonat dengan

penambahan MBA dan tanpa penambahan MBA untuk mengetahui pengaruh

penambahan MBA terhadap kapasitas swelling hidrogel dari kitosan. Uji swelling

juga dilakukan pada penambahan asam itakonat sebagai monomer untuk

mengetahui pengaruhnya terhadap kapasitas swelling dari hidrogel. Uji swelling

pada beberapa variasi pH media bertujuan untuk mengetahui pengaruh pH media

terhadap kapasitas swelling hidrogel dari kitosan.


commit to user

23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Sintesis Hidrogel

Hidrogel telah disintesis dari kitosan dengan variasi monomer. Hidrogel

juga disintesis dengan dan tanpa penambahan N,N’-metilen bisakrilamida (MBA).

Hasil sintesis hidrogel dengan penambahan MBA ditunjukkan pada Gambar 7,

sedangkan yang disintesis tanpa menggunakan MBA ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 7. Hidrogel dengan Penambahan MBA

Gambar 8. Hidrogel tanpa Penambahan MBA

Secara fisik dapat dilihat bahwa hidrogel dengan penambahan MBA

memiliki warna yang lebih terang dibandingan dengan hidrogel tanpa

penambahan MBA. Hidrogel dari kitosan dengan penambahan MBA lebih lengket

23


commit to user

24

dan lebih sulit dihancurkan daripada hidrogel tanpa penambahan MBA. Hal ini

terjadi karena struktur hidrogel dari kitosan dengan penambahan MBA semakin

rapat dengan adanya ikatan silang yang terbentuk.

Analisis FT-IR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi-gugus fungsi

yang ada di dalam hidrogel setelah sintesis, sehingga dapat diketahui

kemungkinan-kemungkinan reaksi yang terjadi selama polimerisasi.

1. Spektra FT-IR kitosan, asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa

MBA

Spektra FT-IR kitosan, asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam itakonat

tanpa MBA ditunjukkan pada Gambar 9.

a

b

c

Gambar 9. Spektra FT-IR Kitosan (a), Asam Itakonat(b) Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat (c)

Gambar 9.a merupakan spektra FT-IR dari kitosan. Pada spektra tersebut

terbentuk puncak pada 3421,72 dan 3385,07 cm-1 yang merupakan serapan dari


commit to user

25

N-H dan –OH yang terdapat pada kitosan. Puncak pada 1598,99 cm-1

menunjukkan bilangan gelombang –NH bending yang merupakan ciri khas dari

struktur kitosan. Bilangan gelombang pada 2920,23 dan 2872,01 cm-1 merupakan

serapan C-H stretching. Bilangan gelombang 1153,43 cm-1 menunjukkan serapan

dari O-C-O. Bilangan gelombang 896,90 cm-1 merupakan serapan dari C-H siklik.

Gambar 9.b merupakan grafik spektra FT-IR untuk asam itakonat.

Beberapa puncak yang terbentuk pada spektra tersebut yaitu pada bilangan

gelombang 1703,14 yang merupakan serapan dari C=O asam karboksilat.

Bilangan gelombang 1627,92 menunjukkan serapan dari C=C alkena. Bilangan

gelombang 2931,80; 2951,09; 3024,38; dan 3070,68 merupakan serapan C-H.

Serapan -OH asam karboksilat terdeteksi pada bilangan gelombang 3070,68 dan

3024,38 cm-1.

Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat pada Gambar 9.c

menghasilkan perubahan serapan. Bilangan gelombang pada 3421,72 cm-1 dan

3385,07 cm-1 tidak tampak pada Gambar 9.c, hal ini menandakan hilangnya gugus

-OH dari kitosan. Bilangan gelombang 2931,80 cm-1 dan 2951,09 cm-1 dari asam

itakonat tidak berubah, sedangkan bilangan gelombang 3024,38 dan 3070,68 cm-1

bergeser menjadi 3026,31 dan 3072,60 cm-1. Serapan baru muncul pada bilangan

gelombang 3093,82 cm-1. Bilangan gelombang-bilangan gelombang tersebut

merupakan serapan dari gugus C-H alkana dan -OH. Bilangan gelombang dan

serapan yang dihasilkan pada Gambar 9 ditunjukkan pada Tabel 3.

Serapan-serapan yang dihasilkan oleh spektra FT-IR dapat memberikan

beberapa kemungkinan reaksi. Kemungkinan reaksi yang dapat terjadi menurut

data FT-IR dapat dilihat pada Gambar 10 dan 12.


commit to user

26

Tabel 3. Daerah serapan dan bilangan gelombang kitosan, asam itakonat, dan

hidrogel kitosan-asam itakonat

Bilangan gelombang(cm-1)

Serapan Kitosan Asam itakonat Hidrogel kitosan-asam itakonat

2850-2960

1350-1470

C-H alkana 2920,232872,011379,101425,40

2951,092931,801436,971408,041398,39

2951,092931,801436,971408,041398,39

3020-3080

675-870

C-H alkena 3070,683024,38829,39817,82725,23

3072,603026,31817,82725,23

1600-1680 C=C alkena 1627,92 1627,92

1579,33 -NH tekuk dari amina

1598,99

1080-1300 C-O 1153,43 1215,151166,93

1215,151166,93

1690-1760 C=O asam karboksilat

1703,14 1703,14

3000-3600 O-H asam karboksilat

3070,683024,38

3093,823072,603026,31

3310-3500 N-H-OH

3421,723385,07

1180-1360 C-N 1321,84 1307,74

Ada tiga kemungkinan reaksi yang terjadi pada pembuatan hidrogel

kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan tiga kemungkinan reaksi yang terjadi pada

pembuatan hidrogel kitosan-asam itakonat dengan penambahan MBA.

Kemungkinan reaksi pada pembuatan hidrogel kitosan-asam itakonat MBA

ditunjukkan pada Gambar 10, sedangkan pada pembuatan hidrogel kitosan-asam

itakonat dengan penambahan MBA ditunjukkan pada Gambar 12.


commit to user

27

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH +

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

CH2

C

C

O

OH

H2C

OR

C

CH2

C

C

O

O

OR

OH

+ H2O

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH +

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

CH2

C

C

O

OH

H2C

OR

C

CH2

C

C

O

O

OR

OH

+ NH3

+

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

O

C

CH2

C

C

O

NH

H2C C

CH2

C

C

O

O

OH

NH

O

OH

CH2OH

+ H2O

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH

(R-OH)

OH

Gambar 10. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan tanpa MBA

2. Spektra FT-IR hidrogel kitosan asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam

itakonat-MBA

Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat dibandingkan dengan

spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA untuk mengetahui adanya

serapan-serapan baru yang mungkin terbentuk dengan adanya penambahan MBA.

Spektra yang membandingkan serapan-serapan yang terbentuk pada hidrogel

kitosan-asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA ditunjukkan pada

Gambar 11.

Spektra FT-IR untuk hidrogel kitosan-asam itakonat sama dengan yang

sudah dijelaskan pada gambar 9.c, yaitu adanya serapan pada bilangan gelombang

1703,14 cm-1 yang teridentifikasi sebagai C=O dan hilangnya gugus -OH.

Bilangan gelombang 2931,80 dan 2951,09 yang merupakan serapan dari C-H

alkana. Serapan pada bilangan gelombang 3026,31; 3072,60 dan 3093,82 cm-1

merupakan O-H asam karboksilat dari asam itakonat.


commit to user

28

a

b

Gambar 11. Spektra FT-IR Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat (a) dan Hidrogel

Kitosan-Asam Itakonat-MBA (b)

Spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA ditunjukkan pada

Gambar 11.b. Spektra yang terbentuk tidak jauh berbeda dengan spektra FT-IR

hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa MBA. Pada spektra (b) hanya terjadi

pergeseran-pergeseran yang sangat tipis. Selain itu, serapan pada bilangan

gelombang 3093,82 cm-1yang terdapat pada spektra (a) sudah tidak ditemukan

lagi pada spektra (b).

Pada spektra FT-IR hidrogel kitosan-asam itakonat tanpa penambahan

MBA terdapat serapan pada bilangan gelombang 1307,74 yang menunjukkan

serapan dari C-N yang berasal dari kitosan. Serapan C-N pada bilangan

gelombang 1307,74 semakin tajam setelah ditambahkan MBA. Hal ini disebabkan

karena MBA juga memiliki gugus C-N pada strukturnya sehingga ikut

mempengaruhi serapan C-N pada spektra FT-IR.

Penambahan MBA pada sintesis hidrogel dari kitosan juga mengakibatkan

serapan –OH semakin menyempit. Penyempitan serapan –OH menunjukkan

bilangan gelombang semakin kecil. Bilangan gelombang yang semakin kecil


commit to user

29

mengindikasikan bahwa jumlah ikatan hidrogen pada senyawa yang dianalisis

semakin sedikit. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi pelepasan H2O selama

reaksi pembentukan hidrogel.

Data serapan dan bilangan gelombang yang dihasilkan pada hidrogel

kitosan-asam itakonat tanpa MBA dan hidrogel kitosan-asam dengan penambahan

MBA ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 4. Daerah Serapan dan Bilangan Gelombang Hidrogel Kitosan-Asam

Itakonat dan Kitosan-Asam Itakonat-MBA

Bilangan gelombang(cm-1)

Serapan Hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA

Hidrogel kitosan-asam itakonat

2850-2960

1350-1470

C-H alkana 2953,022933,731436,971408,041398,39

2951,092931,801436,971408,041398,39

3020-3080

675-870

C-H alkena 3070,683026,31817,82725,23

3072,603026,31817,82725,23

1600-1680 C=C alkena 1627,92 1627,92

1500-1680 -NH tekuk dari amina

1543,05

1080-1300 C-O 1217,081166,931122,57

1215,151166,93

1690-1760 C=O asam karboksilat

1703,14 1703,14

3000-3600 O-H asam karboksilat

3070,683026,31

3093,823072,603026,31

3310-3500 N-H-OH

1180-1360 C-N 1307,741217,08

1307,74


commit to user

30

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH +

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

NH

NH

C

OO

C

CH2

C

C

O

OH

H2C

ORCO

NH

NH

CO

C

CH2

C

C

O

O

OR

OH

CH2

HC

+ H2O

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH +

(R-OH)

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

NH

NH

C

OO

C

CH2

C

C

O

OH

H2C

ORCO

NH

NH

CO

C

CH2

C

C

O

O

OR

OH

CH2

HC

+ NH3

+

C

CH2

OH

O

CH2C

C

O

OH

C

NH

NH

C

OO

O

C

CH2

C

C

O

NH

H2C

CO

NH

NH

CO

C

CH2

C

C

O

O

OH

NH

O

OH

CH2OH

+ H2O

O

NH2

CH2OH

OH O

O

NH2

CH2OH

OH

(R-OH)

CH2

CH

OH

Gambar 12. Reaksi Pembentukan Hidrogel Kitosan dengan Penambahan MBA

B. Karakterisasi Hidrogel

1. Uji Swelling

a. Pengaruh Crosslinking Agent (MBA) pada Kapasitas Swelling

Adanya crosslinking agent(MBA) dapat mempengaruhi kapasitas swelling

hidrogel. Grafik yang menunjukkan perbandingan kapasitas swelling hidrogel

dengan dan tanpa penambahan crosslinking agent(MBA) ditunjukkan pada

Gambar 13.


commit to user

31

Gambar 13. Kapasitas Swelling Hidrogel dari Kitosan dengan dan tanpa MBA

pada pH 7

Gambar 13 menunjukkan bahwa kapasitas swelling dari hidrogel yang

tidak ditambahkan crossslinking agent lebih tinggi dibandingkan dengan hidrogel

yang diikat silang oleh crosslinking agent. Polimer hidrofilik yang terikat silang

dapat membentuk hidrogel yang mampu menyerap dan menyimpan air ratusan

kali dari beratnya sendiri. Akan tetapi konsentrasi crosslinking agent yang terlalu

tinggi mengakibatkan tingginya kekakuan struktur yang terikat silang sehingga

tidak dapat mengembang dan hanya dapat menyerap sejumlah kecil air (Sadeghi,

et al, 2011). Kemampuan hidrogel untuk menyerap air disebut sebagai kapasitas

swelling hidrogel. Hidrogel dalam penelitian ini disintesis secara grafting

kopolimerisasi dari kitosan sebagai polisakarida dan asam itakonat sebagai

monomer. Inisiator yang digunakan pada sintesis ini adalah kalium persulfat

(KPS), sedangkan crosslinking agent yang digunakan adalah metilen

bisakrilamida (MBA). Adanya ikatan silang pada hidrogel bertujuan untuk

mencegah terputusnya rantai polimer yang hidrofilik pada lingkungan cair.

Sifat ikatan silang pada hidrogel membuatnya tidak larut di dalam air.

Akan tetapi, penambahan konsentrasi MBA yang terlalu tinggi dapat

menyebabkan penurunan jarak antara rantai kopolimer dan sebagai akibatnya,

struktur kaku yang dihasilkan oleh ikatan silang yang sangat kuat tidak dapat

mengembang dan menyerap air dalam jumlah yang sedikit (Sadeghi and

Yarahmadi, 2011).

0

5

10

15

20

25

30

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

kapa

sita

s sw

ellin

g(g

/g)

massa asam itakonat (g)

tanpa MBA

dengan MBA


commit to user

32

b. Pengaruh Penambahan Monomer (Asam Itakonat) pada Kapasitas

Swelling

Selain adanya crosslinking agent, kapasitas swelling dari hidrogel juga

dipengaruhi oleh banyaknya monomer yang ditambahkan. Monomer yang

ditambahkan pada polisakarida dalam penelitian ini adalah asam itakonat. Jumlah

asam itakonat yang ditambahkan bervariasi dari 0,5 g - 2,5 g.Uji swelling

dilakukan pada pH 8. Grafik pengaruh penambahan monomer (asam itakonat)

terhadap kapasitas swelling hidrogel ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14. Grafik Pengaruh Penambahan Asam Itakonat terhadap Kapasitas

Swelling pada pH 8

Gambar 14 menunjukkan bahwa kapasitas swelling hidrogel kitosan-asam

itakonat-MBA mengalami kenaikan dengan semakin meningkatnya jumlah asam

itakonat yang ditambahkan. Kenaikan kapasitas swelling terjadi pada penambahan

asam itakonat mulai 0,5 g - 2 g, dan menurun pada saat asam itakonat yang

ditambahkan sebesar 2,5 g. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas swelling

optimum hidrogel kitosan-asam itakonat terdapat pada penambahan asam itakonat

sebanyak 2,0 g yaitu sebesar 23,9 g/g. Kenaikan awal pada kapasitas swelling

dapat dihubungkan dengan banyaknya ketersediaan molekul-molekul monomer di

sekitar polisakarida dan meningkatnya sifat hidrofilik dari hidrogel sehingga gaya

tarik menarik lebih kuat untuk lebih banyak menyerap air. Sedangkan

menurunnya kapasitas swelling setelah dicapai titik optimum berkaitan dengan

lebih banyaknya homopolimerisasi yang terjadi selama graft polimerisasi, dan

0

5

10

15

20

25

30

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

kapa

sita

s sw

ellin

g (g

/g)

massa asam itakonat (g)


commit to user

33

peningkatan viskositas medium yang membatasi pergerakan radikal bebas dan

molekul monomer, serta meningkatnya peluang untuk terjadi transfer rantai ke

molekul monomer.

c. Pengaruh pH media pada Kapasitas Swelling

Pada penelitian ini juga dilakukan pengujian kapasitas swelling pada

beberapa variasi pH asam hingga hingga basa. Kisaran pH yang digunakan adalah

2-13. Larutan asam yang digunakan berupa HCl, sedangkan larutan basa yang

digunakan adalah NaOH. Pengenceran dilakukan menggunakan akuades.Analisis

pengaruh pH media terhadap kapasitas swelling hidrogel dilakukan pada

penambahan asam itakonat sebanyak 1,0 g karena pada penambahan tersebut

diperoleh hasil paling optimal. Grafik pengaruh pH media terhadap kapasitas

swelling hidrogel kitosan-asam itakonat-MBA disajikan pada Gambar 15.

Uji swelling dengan variasi pH media bertujuan untuk mengetahui pH

optimum terjadinya swelling. Hal ini berkaitan dengan pemanfaatan hidrogel

sebagai drug delivery system, yaitu untuk menyampaikan obat dengan baik pada

pada sasaran yang dituju sesuai dengan pH dari organ tubuh tersebut.

Gambar 15. Grafik Pengaruh pH Media terhadap Kapasitas Swelling

Gambar 15 merupakan grafik yang menunjukkan pengaruh variasi pH

terhadap kapasitas swelling hidrogel. Kenaikan kapasitas swelling terjadi pada pH

3. Pada pH 4 hingga 7 terjadi kenaikan dan penurunan kapasitas swelling, tetapi

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14

kapa

sita

s sw

ellin

g (g

/g)

pH media


commit to user

34

tidak mencapai kenaikan seperti pada pH 3. Kenaikan kapasitas swelling kembali

terjadi pada pH 9. Adanya perubahan swelling yang besar dikarenakan adanya

perbedaan spesies yang berinteraksi yang bergantung pada pH dari media yang

digunakan untuk swelling. Pada pH di bawah 3, adanya ion Cl- melindungi

penyerapan kation amonium. Pada pH antara 4-7, kebanyakan golongan asam dan

basanya adalah NH3+ dan COO- atau bentuk-bentuk NH2 dan COOH, sehingga

interaksi ionik dari spesies NH3+ dan COO- atau ikatan hidrogen antara amina dan

asam karboksilat menyebabkan adanya crosslinking yang diikuti dengan

penurunan kapasitas swelling. Pada pH 9, gugus asam karboksilat terionisasi dan

gaya tolak elektrostatik meningkat di antara gugus-gugus COO- yang diserang

menyebabkan peningkatan kapasitas swelling.

2. Karakterisasi Menggunakan TGA/DTA

Thermogravimetric Analysis(TGA) adalah suatu teknik analitik untuk

menentukan stabilitas termal suatu material dan fraksi komponen volatile dengan

menghitung perubahan berat yang dihubungkan dengan perubahan temperatur.

Sedangkan Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik analisis

termal dimana perubahan material diukur sebagai fungsi temperatur. DTA

digunakan untuk mempelajari sifat termal dan perubahan fasa akibat perubahan

entalpi dari suatu material. Analisis TGA/DTA telah dilakukan terhadap sampel

kitosan, asam itakonat, hidrogel kitosan-asam itakonat, dan hidrogel kitosan-asam

itakonat-MBA.

a. Grafik TGA/DTA dari Kitosan

Analisis TGA/DTA terhadap kitosan bertujuan untuk mengetahui tingkat

kestabilan termal dari kitosan. Grafik yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar

16.


commit to user

35

Gambar 16. Grafik TGA/DTA kitosan

Gambar 16 menunjukkan grafik TGA/DTA untuk senyawa kitosan.

Analisis TGA/DTA dilakukan pada suhu 0-600 ºC. Titik endotermis pertama

terbentuk pada suhu 30,3 ºC-64,1 ºC dimana terjadi penurunan massa sebanyak

10%. Degradasi ini berkaitan dengan hilangnya H2O yang terikat pada senyawa

kitosan. Titik endotermis kedua terjadi pada suhu 286,8 ºC-320,0 ºC. Penurunan

massa yang terjadi sebesar 21% sehingga % massa yang tersisa adalah 59%.

Penurunan massa ini disebabkan oleh adanya degradasi dari kitosan.

b. Grafik TGA/DTA dari Asam Itakonat

Analisis TGA/DTA juga dilakukan terhadap asam itakonat untuk

mengetahui kestabilan termal dari asam itakonat. Hasil yang diperoleh berupa

grafik pada Gambar 17 berikut ini.

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700

TGA

DTA


commit to user

36

Gambar 17. Grafik TGA/DTA Asam Itakonat

Grafik TGA/DTA asam itakonat menunjukkan dua puncak endotermis.

Puncak endotermis pertama terjadi pada suhu 157,1 ºC-170,6 ºC yang

menyebabkan penurunan % massa sebanyak 2%. Penurunan massa ini

mengindikasikan terjadinya pelepasan H2O. Puncak endotermis kedua terbentuk

pada suhu 238,9 ºC yang mengakibabkan penurunan % massa sebesar 93%.

Dekomposisi tersebut mengindikasikan adanya pelepasan gugus –OH dari asam

itakonat.

c. Grafik TGA/DTA dari Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat

Hidrogel dari kitosan dan asam itakonat diuji TGA/DTA untuk

mengetahui tingkat kestabilan termalnya tanpa adanya penambahan crosslinking

agent (MBA). Grafik yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 18.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

TGA

DTA


commit to user

37

Gambar 18. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat

Puncak endotermis pertama terjadi pada suhu 169,5 ºC, menyebabkan

penurunan % massa sebesar ±11%. Puncak endotermis kedua terjadi pada suhu

195,4 ºC yang mengakibatkan terjadinya penurunan % massa sebesar ±35,7%.

Puncak endotermis yang ketiga terjadi pada suhu 365,4 ºC dan menyebabkan

terjadinya penurunan % massa sebanyak ±71%. Degradasi-degradasi tersebut

mengindikasikan pelepasan molekul air dan terjadinya degradasi kitosan pada

hidrogel.

d. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat-MBA

Hidrogel kitosan-asam itakonat dengan penambahan crosslinking agent

(MBA) juga dianalisis menggunakan TGA/DTA. Hal ini bertujuan untuk

mengetahui pengaruh penambahan MBA terhadap tingkat kestabilan termal

hidrogel. Grafik yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 19.

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

TGA

DTA


commit to user

38

Gambar 19. Grafik TGA/DTA Hidrogel Kitosan-Asam itakonat-MBA

Grafik pada Gambar 19 menunjukkan bahwa terbentuk empat puncak

endotermis. Puncak endotermis pertama terjadi pada suhu 108,9 ºCyang

menyebabkan berkurangnya % massa sebesar ±4%. Puncak endotermis kedua

terjadi pada suhu 169,1 ºC yang mengakibatkan penurunan % massa sebesar

±9,6% dari berat total. Puncak endotermis ketiga terjadi pada suhu 204,2 ºC yang

menyebebakan penurunan % massa sebanyak ±40% dari berat total. Puncak

endotermis keempat terjadi pada suhu 433,9 ºC yang menyebabkan terjadinya

penurunan % massa sebesar ±75% dari massa total. Terjadinya dekomposisi ini

mengindikasikan telah terjadinya pelepasan H2O dan gugus –OH dari struktur

hidrogel.

e. Grafik Perbandingan TGA hidrogel kitosan-asam itakonat dan kitosan-

asam itakonat-MBA

Grafik TGA hidrogel kitosan-asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam

itakonat-MBA dibandingkan untuk mengetahui pengaruh penambahan

crosslinking agent terhadap tingkat kestabilan hidrogel kitosan-asam itakonat.

Perbandingan kedua grafik tersebut ditunjukkan pada Gambar 20.

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0

20

40

60

80

100

120

0 200 400 600 800

TGA

DTA


commit to user

39

Gambar 20. Grafik TGA Hidrogel Kitosan-Asam Itakonat dan Kitosan-Asam

Itakonat-MBA

Gambar 20 merupakan grafik yang menunjukkan tingkat kestabilan

termal dari hidrogel kitosan-asam itakonat dan hidrogel kitosan-asam itakonat-

MBA. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa tingkat kestabilan termal hidrogel

kitosan-asam itakonat-MBA sedikit lebih tinggi dibandingkan hidrogel kitosan-

asam itakonat tanpa penambahan MBA. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan

crosslinking agent berupa MBA dapat meningkatkan kestabilan termal dari

hidrogel tetapi tidak signifikan. Peningkatan kestabilan termal yang tidak

signifikan ini dikarenakan jumlah MBA yang ditambahkan pada saat sintesis

hidrogel terlalu sedikit. Adanya crosslinking agent (MBA) mengakibatkan ikatan

yang terbentuk antara monomer dan rantai polisakarida semakin kuat dan

strukturnya semakin rapat, sehingga pelepasan gugus akibat pemanasan juga akan

lebih sulit terjadi.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700

kitosan/IA

kitosan/IA/MBA


commit to user

38

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Peningkatan jumlah asam itakonat yang ditambahkan dapat meningkatkan

kapasitas swelling hidrogel hingga dicapai kapasitas swelling optimum.

Kapasitas swelling optimum adalah 23,9 g/g pada penambahan asam

itakonat sebesar 2 g.

2. Penambahan crosslinking agent (MBA) dapat menurunkan kemampuan

swelling hidrogel hasil sintesis, tetapi mampu meningkatkan kestabilan

termal hidrogel bila dibandingkan dengan hidrogel tanpa MBA.

3. Adanya variasi pH media menghasilkan kapasitas swelling yang

bervariasi. Pada kondisi asam, kapasitas swelling optimum terjadi pada pH

3, sedangkan pada kondisi basa kapasitas swelling optimum dicapai pada

pH 9.

B. Saran

1. Perlu dilakukan sintesis hidrogel kitosan-asam itakonat dengan

penambahan konsentrasi crosslinking agent (MBA) yang lebih banyak

untuk lebih meningkatkan kestabilan termalnya.

2. Perlu dilakukan karakterisasi lebih lanjut dengan Scanning Electron

Microscopy (SEM) untuk mengetahui struktur morfologi hidrogel.

40

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user iv...

Documents

Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN ASAM ITAKONAT …...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user iv...