Nanoserat Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Penguat Film Komposit.

Abstract

Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) memiliki potensi sebagai sumber nanoserat untuk penguat film komposit karena dapat diperbaharui, dapat terdegradasi, berdensitas rendah, pengganti serat sintetis, dan memiliki sifat mekanis yang baik. Metode isolasi nanoserat dapat dilakukan melalui metode mekanik, kimiawi, biologi, atau kombinasi ketiga metode di atas. Di sisi lain, polimer polivinil alkohol (PVA) dan citosan dapat dicampurkan untuk mendapatkan sifat-sifat baru film komposit, yaitu mudah terdegradasi, sifat fisis dan mekanik yang baik, penghalang air dan oksigen, dan antimikroba. Untuk memaksimalkan sifat polimer campuran tersebut, nanoserat TKKS dapat digunakan sebagai bahan penguat. Penelitian ini terdiri dari tiga tahap, yaitu: 1) karakterisasi sifat−sifat dasar kumpulan pembuluh TKKS, 2) isolasi nanoserat TKKS dengan metode mekanik multitahap atau steam explosion berperlakuan kimiawi, dan 3) fabrikasi dan karakterisasi film komposit PVA/citosan/nanoserat TKKS. Pada penelitian tahap I, perlakuan panas suhu 190 ºC dapat mengubah sifat dasar (sifat morfologi, kimiawi, dan panas) kumpulan pembuluh TKKS. Terjadi perubahan warna selama perlakuan pengovenan kumpulan pembuluh TKKS dan silika masih terdeposit pada kumpulan pembuluh TKKS. Setelah penggilingan selama 27 menit pada 2895 rpm, serat mengalami kerusakan, tidak rata, dan bergelombang pada permukaan luar. Selain itu, ukuran partikel serat yang dihasilkan berkisar antara 322.25 hingga 479.80 nm dan terjadi perubahan persentase elemen kimiawi dari C, O, K, dan Si. Stabilitas panas hasil pengovenan dan penggilingan TKKS mengalami sedikit perubahan pada puncak suhu evaporasi, degradasi hemiselulosa, dan degradasi selulosa dan lignin. Pada tahap penelitian II, nanoserat TKKS berhasil diisolasi dengan metode mekanik multitahap (nanoserat lignoselulosa) dan steam explosion berperlakuan kimiawi (selulosa termikrofibrilasi). Nanoserat lignoselulosa (LCNFs) memiliki permukaan yang tidak rata, tidak halus, dan teragregasi setelah dikeringan dengan oven. Ukuran optimal LCNFs yang berhasil diisolasi antara 53.72 hingga 446.80 nm untuk penggilinggan 7 kali dengan sifat stabilitas panas paling rendah. Terjadi pergeseran bilangan gelombang, perubahan polimorfik selulosa, penurunan ukuran kristal atom, dan peningkatan kristalinitas dengan peningkatan waktu penggilingan. Penggilingan bervibrasi diprediksi dapat mentransformasi selulosa I ke selulosa II dikarenakan bagian amorf LCNFs sangat rentan untuk mengalami penyusunan struktural dan molekuler. Setelah mengalami pengovenan, selulosa termikrofibrilasi (MFC) memiliki permukaan luar yang halus dan rata dengan bentuk nanoserat individu agak bulat keovalan. Rentang diameter MFC berkisar antara 23.45 nm hingga 77.65 nm untuk perlakuan satu kali steam explosion. Selulosa termikrofibrilasi memiliki bentuk selulosa I, dan mengalami penurunan elemen Si, hemiselulosa, dan lignin. Peningkatan waktu steam explosion meningkatkan derajat kristalin dan stabilitas panas MFC. Pada tahap penelitian III, PVA/citosan film komposit diproduksi dengan metode solvent casting dengan konsentrasi bahan penguat LCNFs (0%, 0.5%, 1%, 2.5%, 5%, 7.5%, and 10%) dan MFC (0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2.5%, 5%, dan 7.5%) yang berbeda−beda. Peningkatan konsentrasi LCNFs di atas 0.5% dan MFC di atas 5% pada polimer campuran PVA/citosan menyebabkan kekasaran dan diskontinuitas, dan munculnya tonjolan keluar dan agregasi serat pada permukaan film komposit. Penambahan bahan penguat tersebut meningkatkan penyusunan molekular amorf film dan mengubah struktural periodik kristal film. Bahan penguat amorf LCNFs mengurangi proses nukleasi sedangkan kristalin MFC meningkatkan proses nukleasi pada polimer campuran sehingga mempengaruhi sifat mekanis film komposit. Terdapat pergeseran bilangan gelombang dan perubahan intensitas dari PVA/citosan film komposit ketika diperkuat dengan LCNFs dan MFC, yang mengindikasikan adanya interaksi kimia antara bahan penguat dan polimer komposit. Penambahan bahan penguat LCNFs dan MFC ke dalam polimer PVA/citosan meningkatkan suhu degradasi maksimum film komposit. Distribusi bahan penguat LCNFs 0.5% dan MFC 5% yang terdistribusi homogen pada polimer matrik dapat meningkatkan kekuatan tarik secara optimum. Film komposit yang diperkuat dengan LCNF dan MFC tidak menunjukkan zona inhibisi yang mengindikasikan bahwa film tersebut tidak memiliki sifat antibakteri terhadap Escherichia coli dan Staphylococcus aureus dan antijamur terhadap Candida albicans dan Ganoderma sp. Serat TKKS memiliki potensi sebagai sumber nanoserat (LCNFs dan MFC) untuk bahan penguat dan pengisi film komposit PVA/citosan. Isolasi LCNFs dapat dilakukan dengan metode multitahap mekanik, yaitu: penggilingan cakram−kering, penggilingan bervibrasi, dan ultrasonikasi. Sementara itu, isolasi MFC dilakukan dengan steam explosion dibantu dan proses kimia alkali dan fibrilasi. Bagian amorf dari selulosa, lignin, hemiselulosa, dan ekstraktif mendominasi LCNFs tetapi lignin dan hemiselulosa sedikit terdeposisi pada MFC. Penambahan LCNFs 0.5% dan MFC 5% pada polimer campuran PVA/citosan memiliki transparansi, stabilitas panas, dan kekuatan tarik yang baik. Akan tetapi, LCNFs dan MFC yang ditambahkan pada PVA/citosan film komposit tidak mempunyai sifat antibakteri dan antijamur.