Karakteristik Bio-Poliuretan Berbasis Lignin Terfraksinasi Sebagai Bahan Impregnasi Serat Rami

Abstract

Rami (Boehmeria nivea (L.) Gaudich) merupakan salah satu serat alam yang berpotensi tinggi sebagai sumber serat tekstil karena kandungan selulosa yang tinggi. Serat rami berpotensi dimanfaatkan sebagai tekstil fungsional, seperti tekstil militer dan pemadam kebakaran. Modifikasi serat rami dilakukan untuk meningkatkan sifat termal dan sifat mekanis serat. Pada penelitian ini, modifikasi serat dilakukan dengan metode impregnasi menggunakan Bio-Poliuretan (Bio-PU) berbasis lignin. Penelitian ini bertujuan menganalisis karakteristik Bio-PU berbasis lignin sebagai bahan impregnasi serat rami dalam meningkatkan sifat termal dan sifat mekanis serat. Sintesis Bio-PU menggunakan lignin hasil isolasi dan fraksinasi yang berasal dari lindi hitam hasil proses kraft pulping pabrik kertas. Fraksinasi lignin menggunakan pelarut metanol dan aseton. Masing-masing lignin fraksinasi diarutkan dengan NaOH 20% dan ditambahkan Polymeric 4,4-methane diphenyl diisocyanate (pMDI ±31% NCO) untuk membentuk Bio-PU dengan rasio mol NCO/OH sebesar 0,3. Impregnasi serat rami dengan Bio-PU berbasis lignin dilakukan dalam ruang vakum 1L dengan pompa vakum 2 tahap. Karakterisasi lignin, Bio-PU, dan serat rami diamati berdasarkan analisis menggunakan FTIR, DSC, TGA, Py-GCMS untuk menentukan komponen lignin, dan UTM untuk menentukan sifat mekanis serat. Hasil menunjukkan isolasi dan fraksinasi lignin yang dilakukan tidak merubah struktur lignin. Analisis DSC dan TGA menunjukkan lignin isolasi memiliki sifat termal dan stabilitas termal yang lebih besar dibandingkan dengan lignin fraksinasi. Analisis FTIR menunjukkan setelah sintesis resin Bio-PU, pita serapan pada 2263 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus isosianat (-N=C=O) menghilang dan menghasilkan ikatan uretan (R– NH−(C=O)−R) pada panjang gelombang 1600 cm-1 . Bio-PU L-Aseton memiliki stabilitas termal yang lebih baik dibandingkan dengan Bio-PU L-MeOH dan LIsolasi. Reaksi antara gugus uretan (N=C=O) dari Bio-PU dan gugus hidroksil (OH) serat rami meningkatkan sifat termal pada serat rami setelah impregnasi. Analisis TGA menunjukkan bahwa serat rami setelah impregnasi memiliki stabilitas termal yang lebih baik dibandingkan dengan serat rami tanpa impregnasi. Sifat mekanis serat meningkat setelah serat diimpregnasi menggunakan Bio-PU berbasis lignin dengan nilai MOE terbesar yaitu 31 GPa untuk rami L-Isolasi dan kuat tarik sebesar 577 MPa untuk rami L-Aseton. Selain itu, waktu impregnasi juga berpengaruh terhadap sifat mekanis serat. Hasil analisis statistik pada selang kepercayaan 95% menunjukkan MOE serat dipengaruhi secara nyata oleh jenis lignin dan waktu impregnasi. Namun, kuat tarik serat tidak dipengaruhi secara nyata oleh perbedaan jenis lignin dan waktu impregnasi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa resin Bio-PU berbasis lignin isolasi dan lignin fraksinasi dapat dimanfaatkan sebagai bahan impregnasi serat rami untuk meningkatkan sifat termal dan sifat mekanis serat rami sebagai bahan tekstil fungsional.

Ramie (Boehmeria nivea (L.) Gaudich) is a natural fiber with high potential as a source of textile fiber due to its high cellulose content. Ramie fiber has the potential to be used as functional textiles, such as military and fire-fighting fabrics. Modification of ramie fiber improves the thermal and mechanical properties of the fiber. In this study, fiber modification was carried out by impregnation method using lignin-based Bio-Polyurethane (Bio-PU). This study aims to analyze the characteristics of lignin-based Bio-PU as an impregnation material for ramie fiber in improving the thermal and mechanical properties of the fiber. Synthesis of BioPU using isolated and fractionated lignin from black liquor resulting from the kraft pulping process. Lignin fractionation using methanol and acetone as solvents. Each fractionated lignin was dissolved with 20% NaOH and added Polymeric 4,4- methane diphenyl diisocyanate (pMDI ±31% NCO) to form Bio-PU with 0.3 NCO/OH. Ramie fiber was impregnated with lignin-based Bio-PU in a 1L vacuum chamber with a 2-stage vacuum pump. The characterization of lignin, Bio-PU, and ramie fiber was observed based on analysis using FTIR, DSC, TGA, Py-GCMS to determine the lignin component, and UTM to determine the mechanical properties of the fiber. The results showed that the isolation and fractionation of lignin did not change the lignin structure. DSC and TGA analysis revealed that insulating lignin has more great thermal properties and thermal stability than fractionated lignin. FTIR analysis showed that after the synthesis of Bio-PU resin, the absorption band at 2263 cm-1, which indicated the presence of an isocyanate group (-N=C=O), disappeared and produced a urethane bond (R–NH−(C=O)−R) at a wavelength of 1600 cm-1. Bio-PU L-Acetone has better thermal stability than Bio-PU L-MeOH and L-Isolated. The reaction between the urethane group (N=C=O) of Bio-PU and the hydroxyl group (OH) of ramie fiber improves the thermal properties of ramie fiber after impregnation. Based on TGA analysis, ramie fiber with lignin-based BioPU has better thermal stability than ramie fiber before impregnation. The mechanical properties of ramie fiber also increased after impregnation with ligninbased Bio-PU, resulting in modulus of elasticity of 31 GPa for ramie-L-Isolated and tensile strength of 577 MPa for ramie-L-Acetone. In addition, the impregnation time also affects the mechanical properties of the fiber. The result of statistical analysis at a 95% confidence interval showed that fiber MOE was significantly influenced by lignin type and impregnation time. However, the tensile strength of the fiber was not significantly affected by differences in lignin type and impregnation time. The results of this study indicate that Bio-PU resin based on isolated lignin and fractionated lignin can be used as an impregnation material for ramie fiber to improve the thermal and mechanical properties of ramie fiber as a functional textile material.