Ekstraksi dan Karakterisasi Cellulose Nanocrystal (CNC) dari Serat Rumput Gajah (Pennisetum purpureum) sebagai Bahan Aditif Pelumas Oli

RAJENDRA ARYASENA, Ir. Kusmono S.T., M.T., Ph.D., IPM

2021 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Peningkatan performa pelumas berguna untuk melindungi mesin dari kerusakan. Peningkatan performa pelumas dapat dilakukan dengan penambahan bahan aditif yang akan dicampur dengan pelumas yang dapat diperoleh dengan bahan alami atau sintetis. Pemakaian bahan aditif alami memiliki keuntungan yaitu tidak merusak lingkungan, biaya produksi yang murah, dan mudah didapat. Material nano selulosa dapat digunakan menjadi alternatif bahan aditif alami. Cellulose nanocrystal (CNC) merupakan material nano yang berasal dari serat selulosa alami yang memiliki jumlah kristal yang tinggi. Serat selulosa dapat diperoleh dari tumbuhan, hewan, dan bakteri. Pennisetum purpureum dipilih sebagai bahan baku CNC karena memiliki populasi yang tinggi dan selulosa yang berlimpah. CNC memiliki sifat yang ramah lingkungan, dimensi nano, sifat mekanik yang baik, dan proses produksi yang relatif mudah. Penelitian kali ini bertujuan untuk mengembangkan CNC dengan bahan serat selulosa alami dari Pennisetum purpureum yang akan dipakai untuk bahan campuran aditif pelumas. Pelumas yang digunakan merupakan oli A SAE 40 dan oli B SAE 40. Perlakuan oksidasi pada serat Pennisetum purpureum menggunakan amonium persulfat ((NH4)2S2O8) dengan variasi konsentrasi amonium persulfat (1, 1.5, dan 2 M), variasi suhu (60, 70, dan 80 derajat Celsius), dengan waktu reaksi 16 jam. Amonium persulfat dipilih karena memiliki proses yang tidak terlalu panjang dan pengerjaan yang mudah jika dibandingkan dengan hidrolisis asam. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian komposisi serat, analisis morfologi, Fourier Transform Infra Red (FTIR), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), dan pengujian viskositas. Hasil penelitian ini yaitu diperoleh bahwa perlakuan oksidasi terhadap serat Pennisetum purpureum mampu menurunkan kadar hemiselulosa dan lignin pada serat tanpa menghilangkan dan mengubah struktur selulosa. Indeks kristalinitas paling tinggi dihasilkan oleh CNC dengan parameter oksidasi 1,5 M, 70 derajat Celsius, selama 16 jam dengan indeks kristalinitas 87,86 persen. CNC memiliki bentuk seperti jarum dan ukurannya semakin mengecil seiring dengan meningkatnya konsentrasi APS dan suhu reaksi. Kestabilan termal yang diperoleh CNC meningkat jika dibandingkan dengan serat Pennisetum purpureum. Kestabilan termal semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi APS dan suhu reaksi. Oli dengan bahan aditif CNC Pennisetum purpureum berhasil meningkatkan indeks viskositas seiring dengan meningkatnya kadar CNC dalam oli.

The improving in lubricant performance is useful for protecting the engine from damage. Improving the performance of lubricants can be done by adding natural or synthetic additives to be mixed with lubricants. The natural additives has the advantage such as environmentally friendly, low production costs, and is easy to obtain. Cellulose nanomaterials can be used as an alternative for natural additives. Cellulose nanocrystal (CNC) is a nano material derived from natural cellulose fibers that have a high number of crystals. Cellulose fiber can be sourced from plants, animals, and bacteria. Pennisetum purpureum was chosen as the raw material for CNC because it has a high population and abundant cellulose. CNC has environmentally friendly properties, nano dimensions, good mechanical properties, and a relatively easy production process. This study aims to develop a CNC with natural cellulose fiber from Pennisetum purpureum which will be used for an additives of lubricants. The lubricants used are A SAE 40 oil and B SAE 40 oil. The oxidation treatment of Pennisetum purpureum fiber used ammonium persulfate ((NH4)2S2O8) with various concentrations of ammonium persulfate (1, 1.5, and 2 M), temperature variations (60, 70, and 80 degree Celcius), with a reaction time of 16 hours. Ammonium persulfate was chosen because its brief process and easy to work with when compared to acid hydrolysis. The characterization carried out in this study were fiber composition testing, morphological analysis, Fourier Transform Infra Red (FTIR), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Driffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), and viscosity testing. The results of this study were obtained that the oxidation treatment of Pennisetum purpureum fiber was able to reduce the levels of hemicellulose and lignin in the fiber without removing and changing the structure of the cellulose. The highest crystallinity index was showed by CNC with an oxidation parameter of 1.5M, 70 degree Celcius, for 16 hours with a crystallinity index of 87.86 percent. CNC has a needle-like shape and its size decreases with increasing APS concentration and reaction temperature. The thermal stability obtained by CNC is increased when compared to Pennisetum purpureum fiber. Thermal stability increases with increasing APS concentration and reaction temperature. Oil with additives CNC Pennisetum purpureum succeeded in increasing the viscosity index along with increasing levels of CNC in the oil.

Kata Kunci : Cellulose nanocrystals, Pennisetum purpureum, oksidasi, ammonium persulfate, karakterisasi, bahan aditif pelumas, viskositas.