## Indonesian Journal of Pure and Applied Chemistry
journal homepage: http://jurnal.untan.ac.id/index.php/IJoPAC
KINETIKA DEGRADASI SELULOSA ASETAT DARI SABUT PINANG
Intan Syahbanu 1* , Annisa Anugraini 1 , Husna Amalya Melati 2
1 Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Tanjungpura, Kalimantan Barat, Indonesia 1 Jurusan Pendidikan Kimia, Fakultas KIP, Universitas Tanjungpura, Kalimantan Barat, Indonesia
* Corresponding author: intan.syahbanu@chemistry.untan.ac.id ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Article history: Received 21 May 2018 Accepted 28 May 2018 Available online 26 June 2018 Keywords: Cellulose acetate Sonication Kinetics Degradation Cellulose  Acetate  is  a  material  with  wide  range  in  applications. Cellulose acetate may obtain from natural resources, such as areca fiber.  Polymers  should  have  uniform  molecular  weight  for  the applications and could be modify by ultrasonic waves. Ultrasonic treatment on polymer entangled with polymer degradation. In this research, degradation kinetics of cellulose acetate in acetone had been  studied.  Analysis  was  performed  by  determination  of intrinsic viscosity in polymer solution system.  Intrinsic viscosity was successfully obtained by fitting data using Huggins equation, indicate  molecular  interaction  in  polymer  solution  should  not  be neglected.    Increasing  in  sonication  time  reducing  the  intrinsic viscosities as well as molecular size in solutions.  Degradation rate constant  and  reaction  order  were  obtained  5,975x10 -3 (g.mL - 1 ) 0,1 .min -1 and 1,0616, respectively.  Kinetics model was successful to determine the degradation rates of cellulose acetate on acetone by correlation coefficient (R 2 ) at 0,966.
© 2018 IJoPAC. All rights reserved

## 1. Pendahuluan
Selulosa  asetat  (SA)  merupakan  ester  organik  selulosa  yang  berupa  padatan  putih,  tidak berbau  dan  tidak  berasa  serta  merupakan  ester  yang  paling  penting  yang  berasal  dari  asam organik [1] . Selulosa asetat dapat disintesis dari bahan alam. Selulosa asetat dapat disintesis dari serat daun nanas, bahan baku koran [2] , limbah kapas [3] , jerami [4] , dan pulp kenaf [5] . Salah satu sumber  selulosa  yang  dapat  dimodifikasi  menjadi  selulosa  asetat  adalah  sabut  pinang [6] . Selulosa  asetat  yang  dihasilkan  tergolong  selulosa  diasetat  dengan  nilai  derajat  subtitusi berkisar pada 2,8-2,9. Selulosa asetat memiliki nilai komersil yang baik dan telah diaplikasikan secara luas sebagai filter, plastik ramah lingkungan, dan dalam industri kertas dan tekstil.
Terkait  dengan  aplikasinya,  diperlukan  material  dengan  distribusi  massa  molekul  yang sempit,  sehingga  ukurannya  lebih  seragam.    Modifikasi  material  ini  dapat  melibatkan  proses degradasi polimer.  Beberapa teknik telah diterapkan dalam modifikasi material, salah satunya dengan teknik sonikasi. Sonikasi termasuk metode yang cepat dan mudah, tidak membutuhkan banyak  penambahan  bahan  kimia,  tidak  mengakibatkan  perubahan  yang  signifikan  pada struktur kimia partikel dan senyawa bahan baku yang digunakan [7] .
Penggunaan  sonikasi  dapat  menyebabkan  perubahan  massa  molekul  rata-rata  viskositas (Mv)  dengan  adanya reduksi viskositas  akibat  pemberian  gelombang  ultrasonik [8] .  Beberapa penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa terjadinya reduksi viskositas pada larutan polimer yang  diberi  gelombang  ultrasonik.  Hal  ini  dinyatakan  bahwa  hubungan  larutan  polimer  yang
diberi  gelombang  ultrasonik  pada  energi  yang  tinggi  dapat  menghasilkan  reduksi  viskositas yang bersifat permanen [12] . Pada penelitian ini dilakukan studi kinetika degradasi terhadap selulosa asetat yang telah disintesis  dari  sabut  pinang.    Melalui  studi  ini  akan  dipelajari  pengaruh  sonikasi  terhadap viskositas  larutan  polimer  dan  kinetika  degradasi  selulosa  asetat  dalam  rentang  waktu 0,15,30,60 dan 120 menit, dan dimodelkan dalam persamaan hingga diperoleh nilai konstanta laju reaksi dan orde reaksi.

## 2. Bahan dan Metode
Studi kinetika degradasi pada penelitian ini dilakukan pada selulosa asetat asetat yang telah disintesis  dari  sabut  pinang  pada  penelitian  sebelumnya [6] .Selulosa  asetat  diberi  perlakuan menggunakan ultrasonic  batch (Branson)  dengan  frekuensi  42  kHz  dan  daya  30  Watt.    Studi kinetika  degradasi  dilakukan  dengan  cara  viskometri,  melalui  penentuan  nilai  viskositas intrinsik  dari  selulosa asetat  dalam  pelarut  aseton  yang  disonikasi  dengan  variasi  0,  15,30,60 dan  120  menit.    Pengolahan  data  dilakukan  menggunakan Microsoft  Office  Excell  2007  dan Origin 8.

## Penentuan viskositas intrinsik [ η ]
Viskositas  intrinsik  [ η ]  dilakukan  dengan  asumsi  larutan  polimer  yang  diencerkan  tak hingga  (C  0).    Nilai  viskositas  intrinsik  diturunkan  dari  dari  nilai  viskositas  relatif  dan viskositas spesifik.  Viskositas relatif ( η rel ) dapat didefinisikan sebagai rasio viskositas larutan ( ɳ )  dengan  viskositas  pelarut  murni  ( ɳ o ) (persamaan  1)  dan  viskositas  spesifik  ( η sp ) didefinisikan  pada  persamaan  (2). Viskositas  relatif  bervariasi  dengan konsentrasi,  sebagai berikut [13] :
η rel = ɳ / ɳ o = 1 + ɳ C + k ɳ 2 C 2 + … dan seterusnya (1)
η sp = ɳ - ɳ o / ɳ o (2)
Dari  persamaan  (1),  untuk  konsentrasi  yang  rendah  (≤  1%),  persamaan  diatas  c 2 dapat diabaikan dan diperoleh persamaan Huggins yaitu :
η sp /C = ( ɳ - ɳ o ) / ɳ o C = ɳ + k ɳ 2 C (3)
dengan η sp /C juga disebut sebagai viskositas tereduksi. Viskositas intrinsik ditentukan dengan persamaan limit berikut :
[ ɳ ] = lim → [(ɳ − ɳ )/ɳ C]
(4)
Nilai [ ɳ ] dapat ditentukan dengan memplotkan (( ɳ - ɳ o ) / ɳ o C) dari fungsi C.
Pada  larutan  yang  sangat  encer,  dapat  interaksi  antara  polimer  dan  pelarut  dapat  diabaikan, sehingga persamaan Hunggins dapat disederhanakan menjadi persamaan (5) berikut [10] :
η rel = 1+[ η ]C (5)

## Kinetika degradasi polimer
Laju  degradasi  dari  suatu  polimer  dapat  digambarkan  seperti  laju  reaksi  orde  ke-n  yang bergantung pada konsentrasi dari polimer ([M] t ). Persamaan (6) menunjukkan persamaan laju degradasi polimer [9] , dengan t adalah waktu reaksi,  n adalah orde reaksi dan k’ adalah konstanta laju reaksi.
Melalui  proses  integrasi  persamaan  (6),  dengan  menerapkan  pada  keadaan  t=0,  [M] t =[M] 0 , dengan [M] 0 adalah total konsentrasi molar polimer,  maka persamaan (6) dapat ditulis dalam persamaan (7) :
[M] t1-n - [M] 01-n = (1-n)k’t
(7)
Nilai  total  konsentrasi  molar  polimer  akan  meningkat  selama  proses  degradasi,  sehingga nilainya akan sebanding dengan konsentrasi larutan dan massa molekul rata-rata jumlah (M n ) polimer (Persamaan 8).
[ ] = (8)
Massa molekul  relatif polimer  juga dapat  diperoleh melalui  metode  viskometri,  yang  disebut dengan  massa  molekul  rata-rata  viskositas  (M v ) dengan  menggunakan  persamaan Mark- Houwink Sakurada (9) [13] : [ ɳ ] = KM v α (9)
Dimana K dan α adalah konstanta. Untuk selulosa asetat dalam pelarut aseton, nilai K sebesar 0,00133 dan α sebesar 0,616. Hubungan antara M n dan M v dapat dituliskan dalam persamaan (10) [10] .
= [(1 + ) ∫ ] / ≡ [1 + ]Γ(1 + ) / 10)
Persamaan (7) dan (10) dihubungkan melalui persamaan (11), sebagai berikut :
[ ] − [ ] = (1 − ) ′′ (11)
Dengan k’’ didefinisikan dalam persamaan (12) :
= ( [( ) ( )] ) (12)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1.Penentuan Nilai Viskositas Intrinsik
Penentuan  nilai  viskositas  intrinsik  polimer  dilakukan  pada  larutan  polimer  tanpa perlakukan sonikasi dan diberi perlakukan sonikasi selama 15 menit, 30 menit, 60 menit, dan 120  menit.    Penentuan  nilai  viskositas  intrinsik  ini  dilakukan  dengan  2  persamaan, yaitu
melakukan  plot  data  menggunakan  persamaan  Huggins  (persamaan  3)  dan  persamaan  (5). Hasil plot data disajikan pada Gambar 1 dan 2 dan Tabel 1 sebagai berikut :
Gambar 1  Plot antara viskositas tereduksi terhadap konsentrasi
Gambar 2  Plot antara viskositas relatif terhadap konsentrasi
Tabel 1 Perbandingan nilai viskositas intrinsik yang diperoleh dari kedua model
Waktu sonikasi (menit) Persamaan (3): η sp /C = ɳ + k ɳ 2 C
Persamaan (5): η rel = 1+[ η ]C
[ η ] R 2 [ η ] R 2 0 0,565 0,871 - 0,120 15 0,511 0,963 - 0,288 30 0,531 0,996 - 0,010 60 0,446 0,978 - 0,001 120 0,350 0,995 1,049 0,912
Persamaan (3) merupakan Persamaan Huggins yang memperhitungkan pengaruh interaksi antara pelarut dan zat terlarut. Untuk persamaan (5), digunakan asumsi bahwa larutan polimer sangat  encer,  sehingga  tidak  ada  interaksi  molekuler.    Hasil  perhitungan  menunjukkan persamaan (3) berhasil diterapkan untuk menghitung viskositas intrinsik dari larutan polimer, dengan nilai koefisian korelasi (R 2 ) berkisar dari 0,871 hingga 0,996, sedangkan persamaan (5) tidak  berhasil  karena  diperoleh  nilai  koefisien  korelasi  (R 2 )  yang  sangat  kecil,  sehingga  nilai viskositas intrinsik  tidak dapat  ditentukan  untuk polimer  dengan  waktu sonikasi  0  hingga  60 menit.  Hal ini menunjukkan bahwa interaksi molekuler di dalam sistem larutan polimer adalah faktor  penting  dan  tidak  boleh  diabaikan  pada  polimer  karena  rantai  molekulnya  yang panjang [10] .
Rantai yang panjang pada polimer menyebabkan orientasi struktur yang kompleks di dalam larutan. Pada waktu sonikasi 120 menit, fitting dengan persamaan (5) menunjukkan koefisien korelasi (R 2 ) pada 0,912.  Hal ini dikarenakan dengan waktu sonikasi yang lama, polimer telah mengalami  degradasi  sehingga  terjadi  penurunan  panjang  rantai,  akibatnya larutan  menjadi lebih  encer,  sehingga  persamaan  (5)  dapat  diterapkan  hanya  pada  larutan  polimer  setelah sonikasi selama 120 menit.  Penurunan panjang rantai di menit ke 120 didukung oleh data pada penelitian  sebelumnya,  dimana  penurunan  massa  molekul  (M v ) terjadi  secara  signifikan  pada setelah  proses  sonikasi  selama  120  menit [6] .    Penentuan  kinetika  degradasi  selulosa  asetat selanjutnya  dipelajari  dengan  menggunakan  data  viskositas  intrinsik  hasil  analisis  dengan persamaan (3).

## 3.2. Studi Kinetika Degradasi Selulosa Asetat
Degradasi polimer akibat gelombang ultrasonik disebabkan adanya kavitasi dalam sistem larutan  polimer  yang  menyimpan  potensi  energi  yang  selanjutnya  dapat  memutus  rantai polimer [11] .    Laju  degradasi  polimer  dapat  dipelajari  melalui  pendekatan  perhitungan  nilai viskositas intrinsik larutan polimer.    Hubungan antara viskositas intrinsik larutan ([ η ]) dengan waktu sonikasi disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hubungan antara viskositas instrinsik dengan waktu sonikasi
Gambar  3  menunjukkan  dengan  bertambahnya  waktu  sonikasi,  nilai  viskositas  intrinsik polimer juga menurun.  Hal ini mengindikasikan bahwa degradasi polimer terjadi selama proses sonikasi.
Studi kinetika degradasi dilakukan dengan melakukan fitting data menggunakan persamaan (11). Nilai konstanta Mark-Houwink-Sakurada yang digunakan adalah K=0,00133 dan α =0,616
untuk larutan selulosa asetat dalam pelarut aseton [14] . Gambar 4 menunjukkan hasil plot grafik pada penentuan konstanta laju dan orde reaksi degradasi selulosa asetat.
Gambar 4  Plot grafik  penentuan laju degradasi selulosa asetat sesuai persamaan (11)
Plot grafik pada Gambar 4 digunakan untuk menghitung konstanta laju reaksi degradasi dan orde  reaksi.  Hasil  perhitungan  diperoleh  nilai  konstanta  laju  degradasi  sebesar  5,975x10 -3 (g.mL -1 ) 0,1 .menit -1 ,  dan  orde  reaksi  1,0616.    Pada  proses  degradasi  mekanik  umumnya ditemukan nilai orde reaksi yang bernilai negatif [9][10] , yang maknanya produk hasil degradasi yang  terbentuk  menghambat  terjadinya  reaksi  degradasi  lebih  lanjut. Pada  penelitian  ini diperoleh  nilai  orde  reaksi  yang  positif.  Hal  ini  dikarenakan  frekuensi  gelombang  ultrasonik yang digunakan tergolong rendah (42 kHz), sehingga pengaruhnya terhadap degradasi selulosa asetat sangat lambat, dan produk hasil degradasi yang terbentuk belum banyak hingga menit ke 120.    Hal  ini  didukung  data  dari  penelitian  sebelumnya  menunjukkan  bahwa  sonikasi berpengaruh signifikan terhadap penurunan M v setelah proses selama 120 menit [6] . Oleh karena itu,  proses  degradasi  tidak  terhambat dan  masih  terus  berlanjut.    Plot  grafik  pada  Gambar  4 menunjukkan  nilai  koefisien  korelasi  (R 2 )  sebesar  0,966,  sehingga  dapat  disimpulkan persamaan (11) sesuai digunakan untuk memodelkan kinetika degradasi selulosa asetat dalam pelarut aseton.

## 4. Kesimpulan
Kinetika  degradasi  selulosa  asetat  dari  serat  alam  sabut  pinang  telah  berhasil  dipelajari dengan  penentuan  nilai  viskositas  intrinsik  dari  larutan  polimer.    Hasil  analisis  menunjukkan bahwa  dalam  penentuan  nilai  viskositas  intrinsik,  interaksi  molekuler  dalam  sistem  larutan polimer tidak dapat diabaikan.  Nilai konstanta laju degradasi yang diperoleh sebesar 5,975x10 -3 (g.mL -1 ) 0,1 .menit -1 dan orde reaksi sebesar 1,0616.  Berdasarkan hasil analisis, persamaan (11) menunjukkan koefisien korelasi sebesai 0,966 sehingga persamaan tersebut sesuai diterapkan dalam studi degradasi selulosa asetat.

## Ucapan terima kasih
Ucapan terimakasih disampaikan kepada Kemenristek DIKTI atas dukungan dana melalui program  PEKERTI.  Demikian  juga  terimakasih  disampaikan  kepada  Universitas  Tanjungpura atas dukungan dan fasilitas yang diberikan untuk program PEKERTI tersebut.

## Referensi
[1]. Kirk, B. E. dan Othmer, D.F. Encyclopedia of Chemical Technology, New York . 1985.
[2] Rodrigues, G., Santos, D., Meireles, S., Maria, R., and Assunc, N.De. Carbohydrate Polymer s. 2008;73: 74–82.
[3] Cheng, H.N., Dowd, M.K., Selling, G.W., and Biswas, A. Carbohydrate Polymers . 2010;80(2) 449–452.
[4] Fan,  G.,  Wang,  M.,  Liao,  C.,  Fang,  T.,  Li,  J.,  and  Zhou,  R. Carbohydrate  Polymers . 2013;94(1): 71–76.
[5] Widyaningsih, S. dan Radiman, C.L. Jurnal Molekul . 2007;2(1): 13–16.
[6] Anugraini, A., Syahbanu, I., Melati, H.A. Marine bioactivities. Jurnal Kimia Khatulistiwa ,2018; 7(3), 18-26
[7] Dolatowski, O., Petrik, L., Amigun, B., Ameer, F. Energies . 2009;3:1691-1703.
[8] Li, J., Cai, J., Fan, L. Journal of Applied Polymer Science . 2008;109:2417-2425 [9] Taghizadeh, M. T., dan Mehrdad, A. Ultrasonics Sonochemistry . 2003; 10(6) : 309–313.
[10] Li, R., dan Feke, D.L. Food Chemistry . 2015; 172 : 808-813.
[11] Schnabel, W. Polymer Degradation, Principles and Practical Application . Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, Weinheim, Muenchen, Jerman. 1981
[12] Gronroos, A., Pentti P., Hanna K. Ultrasonics Sonochemistry . 2008; 15:644-648.
[13]    Stuart,  B. Polymer  Analysis .  Wiley-VCH    Verlag  GmbH&Co.  KGaA,  Weinheim,  Muenchen, Jerman. 2002
[14]  Radiman, C., dan Yuliani, G. PolymerInterntional. 2008;52:54