Rekayasa Biopolimer Jerami Padi dengan Teknik Kopolimerisasi Cangkok dan Taut Silang

Abstrak

Kopolimerisasi cangkok dan taut silang akrilamida (AAm) terhadap jerami padi dilakukan dalam suasana hampa udara menggunakan aliran gas N2 dengan amonium persulfat (APS) sebagai inisiator dan N,N’-metilena-bis-akrilamida (MBAAm). Pencirian dilakukan dengan teknik mikroskopi pemayaran elektron (SEM) untuk melihat morfologi permukaan, teknik spektroskopi FTIR untuk melihat gugus fungsi, dan teknik DTA untuk menganalisis ketahanan produk terhadap suhu. Kajian dilakukan terhadap swelling capacity produk hasil rekayasa. Spektra FTIR dan mikrograf menunjukkan bahwa kopolimerisasi cangkok dan taut silang telah terjadi pada biopolimer selulosa jerami padi. Produk hasil rekayasa memiliki ketahanan termal yang lebih baik dan indeks kristalinitas yang lebih tinggi dari isolat selulosanya. Nisbah dan efisiensi pencangkokan berturut-turut adalah 66,14-78.15% dan 13,23-16.63%. Swelling capacity sebelum proses hidrolisis berkisar antara 8,16- 12,20 g g-1. Proses hidrolisis terhadap produk hasil rekayasa mampu meningkatkan swelling capacity hingga 12,5 kali kapasitas awal. Selulosa adalah polimer alam dengan kelimpahan yang banyak, tidak mahal, tidak beracun, mudah didegradasi, dan termasuk ke dalam sumberdaya alam yang dapat diperbarui. Saat ini, pemanfaatan selulosa sebagai bahan baku alternatif di dalam industri (starting material) cenderung meningkat. Hal ini disebabkan semakin berkurangnya jumlah cadangan bahan baku yang berasal dari sumberdaya alam yang tidak dapat diperbarui seperti minyak dan batu bara. Selain itu, perhatian dunia Internasional akan isu-isu yang terkait dengan masalah lingkungan pun cenderung meningkat. Selain memiliki beberapa keunggulan, selulosa juga memiliki kelemahan jika dibandingkan dengan polimer sintetik, yaitu adanya ikatan hidrogen intra- dan antarmolekul yang kuat pada selulosa sehingga sulit diakses oleh senyawa lain. Modifikasi terhadap selulosa perlu dilakukan untuk memenuhi persyaratan dalam penerapannya di industri. Modifikasi kimia melalui kopolimerisasi cangkok dengan berbagai monomer sintetik diketahui dapat memperbaiki sifat-sifat seperti kemampuan menyerap air, elastisitas, kemampuan tukar ion, ketahanan terhadap termal, dan ketahanan terhadap serangan mikroba (McDowall et al. 1984). Berbagai jenis polimer dapat dicangkok (grafting) ke rantai selulosa melalui gugus hidroksil pada posisi C2, C3, dan C6 (Enomoto- Rogers et al. 2009). Gugus hidroksil pada C2 dan C3 adalah gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon sekunder, sedangkan gugus hidroksil pada C6 terikat pada atom karbon primer. Kereaktifan dan kemasaman gugus hidroksil primer dan sekunder ini berbeda. Dengan memilih monomer yang tepat, maka kekuatan mekanik dan stabilitas termal material berbasis selulosa yang dimodifikasi dengan teknik pencangkokan dapat ditingkatkan (Princi 2005). Selain itu, polisakarida yang telah dimodifikasi tersebut dapat menghasilkan produk berstruktur makromolekular seperti gel atau hidrogel, resin polimer, membran atau material komposit yang dapat diaplikasikan sebagai material separator dalam teknologi separasi (Crini 2005). Beberapa kajian polimerisasi cangkok terhadap bahan berbasis selulosa telah banyak dilaporkan. Princi et al. (2005) melakukan modifikasi selulosa melalui kopolimerisasi cangkok menggunakan monomer metil metakrilat dan etil akrilat. Khan et al. (2009) melaporkan telah melakukan modifikasi pada permukaan serat kulit pohon Okra dengan teknik pencangkokan menggunakan monomer akrilonitril, inisiator K2S2O8, dan katalis FeSO4. Rendemen produk teknologi hasil pencangkokan diperoleh sebesar 11.43% pada suhu 70 C selama 90 menit menggunakan 3 x 10-2 mol akrilonitril melalui kopolimerisasi cangkok akrilamida menggunakan irradiasi diikuti dengan hidrolisis menggunakan larutan alkali. Produk akhir yang diperoleh berupa hidrogel yang bersifat superabsorben dengan kemampuan menyerap (swelling capacity) mencapai 10 kali di dalam air destilata dan 3 kali dalam larutan NaCl. Huang et al. (2009) melaporkan telah memodifikasi ampas tebu yang terlebih dahulu diaktivasi secara mekanik, lalu dilanjutkan dengan kopolimerisasi cangkok menggunakan monomer asam akrilat dan pasangan redoks NH2S2O8/Na2SO3 sebagai inisiator. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa aktivasi secara mekanik mempengaruhi sifat produk kopolimerisasi cangkok ampas tebu, dimana rendemen dan efisiensi pencangkokan meningkat dengan meningkatnya waktu aktivasi. Doane et al. (2009) juga melaporkan telah melakukan modifikasi pati yang berasal dari berbagai sumber dengan teknik pencangkokan dilanjutkan dengan taut silang untuk mendapatkan polimer superabsorben dengan kemampuan menyerap yang cukup tinggi. Di Indonesia, jerami padi adalah limbah pertanian yang dihasilkan dalam jumlah cukup banyak setiap tahunnya. Menurut Kim dan Dale (2004), nisbah jerami padi terhadap padi yang dipanen adalah 1.4, artinya untuk menghasilkan 1 ton padi akan menghasilkan 1.4 ton jerami padi. Pada tahun 2011, total produksi padi menurut data BPS mencapai 67.31 juta ton, sehingga jerami padi akan diperoleh sebanyak 94.23 juta ton. Selama ini jerami padi di Indonesia belum dimanfaatkan secara optimal. Sebagian besar jerami padi dibakar setelah proses penggabahan selesai. Dari berbagai kajian diketahui bahwa komponen utama dinding sel pada jerami padi adalah selulosa. Kandungan selulosa yang cukup besar ini menjadikan jerami padi sebagai sumber selulosa yang cukup potensial. Menurut Sun et al. (2000), komposisi jerami padi terdiri atas selulosa 36,5%, hemiselulosa 33,8%, lignin 12,3%, bahan ekstraktif 3,8%, abu 13,3%, dan silika 70,8%.Penelitian ini bertujuan mendapatkan (1) produk kopolimerisasi cangkok akrilamida dan taut silang N,N’-metilena-bis-akrilamida sebagai suatu upaya rekayasa biopolimer dari selulosa jerami padi; (2) karakteristik produk hasil rekayasa yang dilakukan melalui analisis gugus fungsi dengan teknik spektroskopi IR (infrared), analisis morfologi permukaan dengan teknik dievaluasi melalui nisbah pencangkokan dan efisiensi pencangkokan.

Kata kunci

• biopolimer
• kopolimerisasi
• cangkok
• taut silang
• akrilamida