Nanofibril Selulosa-Surfaktan Cetyltrimethylammonium Chloride dari Palmityl Alcohol untuk Memperbaiki Sifat Fisis-Mekanis Nanokomposit Polylactic Acid

Abstract

Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah lignoselulosa dari proses produksi minyak sawit. Diversifikasi produk hasil pengelolaan TKKS diperlukan sebagai usaha untuk meningkatkan nilai tambah TKKS. Nanoselulosa dari limbah TKKS merupakan alternatif produk yang dapat dihasilkan dan memiliki potensi untuk lebih dikembangkan. TKKS mengandung selulosa hingga 44.4 %. Jenis nanoselulosa yang diperoleh dari hasil isolasi selulosa TKKS adalah jenis nanofibril selulosa (NFC) dan nanokristalin selulosa (CNC). Eksplorasi terhadap NFC-TKKS masih terbatas, sehingga pada penelitian ini lebih difokuskan untuk menghasilkan dan memanfaatkan NFC-TKKS. Penelitian ini terdiri dari 3 tahap yaitu : (1) menghasilkan nanofibril selulosa dari serat TKKS, (2) meningkatkan hidrofobisitas NFC-TKKS menggunakan surfaktan kationik cetyl trimethyl ammonium chloride yang disintesis dari palmityl alcohol, dan (3) memperbaiki sifat fisik film PLA dengan membuat nanokomposit dari PLA dan NFC-TKKS yang telah ditingkatkan sifat hidrofobisitasnya, yaitu modNFC. Pada tahap I, proses isolasi NFC berhasil dilakukan dengan menggunakan asam sulfat konsentrasi 67 % (b/b), diaduk dengan 260 rpm, suhu 40 ± 1 °C selama 30 menit. Hasil isolasi ini menghasilkan NFC berdiameter antara 13.34 nm sampai 35.28 nm. Analisis TEM dan DSC mengkonfirmasi bahwa NFC memiliki morfologi berbentuk fibril. Di sisi lain, sejumlah penelitian sebelumnya melaporkan bahwa NFC bersifat sangat hidrofilik. Dengan demikian, peningkatan hidrofobisitas NFC-TKKS sangat diperlukan agar dapat diaplikasikan pada lingkungan hidrofobik. Pada penelitian tahap II, peningkatan hidrofobisitas NFC-TKKS berhasil dilakukan melalui proses modifikasi permukaan menggunakan surfaktan kationik cetyltrimethylammonium chloride dari palmityl alcohol (CTAC-PA). Peningkatan sifat hidrofobisitas NFC-TKKS ini terlihat pada peningkatan nilai sudut kontak. NFC-TKKS termodifikasi CTAC-PA (modNFC) sebesar 33.14 % untuk rasio 1:4 (v/v) dan peningkatan sebesar 44.38% untuk rasio 1:8 dibandingkan kontrol. Proses modifikasi telah mengakibatkan terjadinya pergeseran bilangan gelombang, perubahan nilai absorbansi, dan perubahan muatan zeta potensial, peningkatan nilai indeks kristalinitas total (TCI), dan peningkatan intensitas ikatan hidrogen (HBI). Proses modifikasi permukaan NFC-TKKS ini tidak melibatkan suhu tinggi sehingga tidak merubah jenis selulosa I ini. Hal ini terkonfirmasi melalui beberapa puncak serapan pada 3300 cm-1, 1100 cm-1, dan 805 cm-1. Pada penelitian tahap III, NFC-TKKS yang telah ditingkatkan hidrofobisitasnya ini diaplikasikan pada polimer hidrofobik polylactic acid (PLA). Hal ini bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik dari film nanokomposit PLA yang dihasilkan. Film nanokomposit PLA dihasilkan melalui metoda solvent casting dengan konsentrasi bahan penguat modNFC 0.5 %, 1.0 %, 2.0 %, dan 3.0 %. Penggunaan NFC-TKKS yang tidak dimodifikasi surfaktan kationik CTAC-PA menghasilkan film nanokomposit yang kasar dengan tensile strength rendah (mudah putus). Sebaliknya, penambahan modNFC sebanyak 3 % (b/b) telah dapat meningkatkan tensile strength hingga 87.8 % dan meningkatkan derajat kristalinitas (Xc) film nanokomposit PLA menjadi 30.27 %. Peningkatan nilai Xc ini telah meningkatkan suhu Tm film nanokomposit PLA menjadi 158.78 °C. Analysis dengan spektroskopi FTIR menunjukkan tidak terdapat pergeseran bilangan gelombang dan perubahan intensitas dari film nanokomposit PLA. Hal ini mengindikasikan bahwa tidak ada interaksi kimia antara polimer hidrofobik PLA dengan bahan pengisi modNFC ataupun unmodNFC. Kemampuan dispersi bahan penguat modNFC dari 0.5 % hingga 3.0 % pada polimer hidrofobik PLA telah dapat meningkatkan tensile strength dan menurunkan permeabilitas uap air hingga 36.0 %. Dengan demikian, perbaikan sifat fisik film nanokomposit PLA telah berhasil dilakukan dengan penambahan modNFC. Hasil penelitian ini menginformasikan bahwa selulosa TKKS memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai sumber nanoselulosa jenis NFC dan dapat digunakan sebagai reinforcing agent pada film nanokomposit PLA. Isolasi NFC-TKKS dapat dilakukan secara chemo-mechanical. Peningkatan hidrofobisitas NFC-TKKS melalui modifikasi permukaan dengan menggunakan surfaktan kationik CTAC-PA telah membuka peluang untuk memperluas aplikasi NFC-TKKS tidak hanya untuk polimer yang hidrofilik tetapi juga untuk polimer hidrofobik