FABRIKASI DAN KARAKTERISASI MEMBRANE NANOKOMPOSIT DARI NANOSELULOSA SERAT RAMI DENGAN MATRIKS PVA MENGGUNAKAN ELECTROSPINNING

FATKHURROHMAN, Ir. Heru Santoso Budi Rochardjo, M. Eng., Ph.D.

2020 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Biodegradable material banyak dikembangkan guna memenuhi tren akan keseimbangan ekosistem dan kelestarian lingkungan. Salah satu biodegradable material yang sedang menarik perhatian yaitu membrane nanokomposit, yang banyak diguanakan sebagai filter udara/air, pembalut luka, sensor, rekayasa jaringan, otomotif dan pesawat. Penelitian ini membuat membrane nanokomposit dari selulosa nanokristal (NCC) serat rami dengan matriks polyvinyl alcohol (PVA). Serat rami dipilih sebagai sumber selulosa karena merupakan serat dengan kandungan selulosa tertinggi kedua. PVA digunakan sebagai matriks karena beberapa keunggulannya seperti biodegradable, biocompatible, larut dalam air dan kekuatan mekanis yang cukup baik. Tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji metode produksi nanoselulosa serat rami, serta mempelajari karakteristik fisik, mekanik dan morfologi dari membrane nanokomposit. Penelitian dilakukan dengan beberapa tahapan, seperti pemurnian selulosa, produksi NCC serat rami dan fabrikasi membrane menggunakan electrospinning. Pemurnian selulosa dilakukan dengan pemotongan serat ±5mm, dewaxing, alkalisasi dan bleaching. Produksi NCC serat rami dilakukan dengan metode hidrolisis asam menggunakan 35%M H2SO4 kemudian diultrasonikasi dengan variasi waktu lama ultrasonikasi 30, 60 dan 90 menit. NCC yang dihasilkan kemudian dijadikan penguat dalam membrane dengan variasi 0, 1, 3, 5 dan 7,5% (v/v) dengan matriks 10% PVA. Pengujian dan karakterisasi membrane menggunakan XRD, FTIR, SEM, TEM, TGA/DSC dan Uji tarik. Proses pemurnian selulosa yang dilakukan berhasil menaikkan indeks kristalinitas dari serat rami, yang semula 80,7% (raw ramie fiber) menjadi 87,1% (bleaching). NCC yang dihasilkan dari hidrolisis asam menggunakan 35%M H2SO4 memiliki indeks kristalinitas 90,5%. Waktu ultrasonikasi 60 menit memiliki indeks kristalinitas tertinggi yaitu 90,8% dengan diameter rata-rata NCC 8 nm, Panjang rata-rata 153,46 nm dan aspek rasio 19,2. Penambahan suspense NCC serat rami 5% (v/v) mempunyai kekuatan tarik tertinggi yaitu 34,23 MPa dan elongasi 64%. Ketahanan termal dari NCC serat rami berada pada suhu 280oC, sedangkan membrane berada pada suhu 260oC. Penambahan suspensi NCC serat rami mempengaruhi kekuatan tarik, elongasi serta ketahanan termal dari membrane nanokomposit.

Biodegradable materials have been developed to meet trends in the balance of ecosystems and environmental sustainability. One biodegradable material that is attracting attention is the nanocomposite membrane, which is widely used as an air / water filter, wound dressing, sensors, tissue engineering, automotive and aircraft. This research made nanocomposite membranes from nanocrystalline cellulose (NCC) ramie fiber with polyvinyl alcohol (PVA) matrix. Ramie fiber was chosen as the source of cellulose because it is the fiber with the second highest cellulose content. PVA is used as a matrix because of its advantages such as biodegradable, biocompatible, water soluble and good mechanical strength. The purpose of this study is to examine the method of producing nanocellulose from ramie fiber, and to study the physical, mechanical and morphological characteristics of nanocomposite membranes. The research was conducted in several stages, such as cellulose purification, NCC production of ramie fiber and membrane fabrication using electrospinning. Cellulose purification was carried out by cutting ± 5mm ramie fiber, dewaxing, alkalization and bleaching. NCC production of ramie fiber was carried out by acid hydrolysis method using 35% M H2SO4 and then sonicated with a duration variation of ultrasonication 30, 60 and 90 minutes. The resulting NCC is then used as an reinforcement in the membrane with variations of 0, 1, 3, 5 and 7.5% (v / v) with a 10% PVA matrix. Membrane testing and characterization using XRD, FTIR, SEM, TEM, TGA / DSC and tensile test. The cellulose purification process carried out successfully raised the crystallinity index of ramie fiber, which was originally 80.7% (raw ramie fiber) to 87.1% (bleaching). NCC produced from acid hydrolysis using 35%M H2SO4 has a crystallinity index of 90.5%. The ultrasonication time of 60 minutes has the highest crystallinity index of 90.8% with an average diameter ofNCC 8 nm, an average length of 153.46 nm and an aspect ratio of 19.2. The addition of NCC ramie fiber suspension 5% (v / v) has the highest tensile strength of 34.23 MPa and 64% elongation. The thermal resistance of ramie fiber NCC is at 280oC, while the membrane is at 260oC. The addition of suspension NCC ramie fiber affects the tensile strength, elongation and thermal resistance of the nanocomposite membrane.

Kata Kunci : Serat rami, selulosa nanokristal (NCC), PVA dan membrane nanokomposit