Disetujui: 4 Maret 2020
Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia
© 2020 Politeknik Negeri Malang
E-mail: sghpolinema@yahoo.co.id

## Aplikasi Chitosan Modified Carboxymethyl sebagai Coating Agent dalam Perbaikan Mutu Kertas

## Sigit Hadiantoro*, S. Sigit Udjiana, Noor Isnaini Azkiya
Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang, Jl. Soekarno-Hatta No.9, 65141, Malang, Indonesia
*E-mail: sghpolinema@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pelapisan kertas dengan Chitosan Modified Carboxymethyl (Cs-Mcm) terhadap peningkatan mutu kertas, meliputi gramatur kertas, kuat tarik kertas, kuat sobek kertas dan tingkat kehalusan kertas. Penelitian dilakukan dengan melapiskan Cs-Mcm sebagai coating agent pada kertas yang berbahan  dasar  pulp  jerami  padi,  pulp  kertas  bekas  dan  pulp  campuran  (jerami  padi  dan  kertas  bekas)  dengan variasi konsentrasi pelarut asam asetat 2%, 3%, 5%, dan 7%. Hasil analisis menunjukkan konsentrasi pelarut asam asetat  berpengaruh  terhadap  mutu  kertas  daur  ulang.  Pelapisan  dengan  Cs-Mcm  pada  penelitian  ini  dapat meningkatkan mutu kertas daur ulang.
Kata kunci : Bahan pelapis, Chitosan Modified Carboxymethyl, kertas daur ulang.

## ABSTRACT
This study aimed to determine the effect of coating paper with Modified Carboxymethyl Chitosan (Cs-Mcm) to improve the quality of the paper,  including paper grammage, tensile strength of paper, torn paper and a strong degree of fineness of the paper. The study was conducted by superimposing the Cs-Mcm as a coating agent on a paper-based  pulp  rice  straw  pulp  waste  paper  and  pulp  mixture  (rice  straw  and  waste  paper)  with  various concentration of acetic acid solvent 2%, 3%, 5% and 7%. The analysis showed the concentration of acetic acid solvent effect on the quality of recycled paper. Coating with Cs-Mcm  in this study can  improve the quality of recycled paper .
Keywords: Coating agent, Chitosan Modified Carboxymethyl, recycled paper .

## 1.  PENDAHULUAN
Permasalahan  yang  berkaitan  dengan  kertas daur  ulang  adalah  mutu  yang  lebih  rendah dari  kertas  non-daur  ulang,  warna  kertas cepat buram, tidak cerah, memiliki kekuatan yang  rendah,  mudah  rusak  karena  pengaruh udara  lembab  maupun  oleh  pengaruh mikroorganisme. Dari penelitian sebelumnya diketahui  bahwa  Kitosan  dan  senyawa turunannya (misalnya Cs-Mcm ) dapat membentuk crosslink antara  fiber  kertas melalui  ikatan  hydrogen,  sehingga  mampu mengurangi  penyerapan  air  atau  lembab udara,  dan  mampu  melindungi  kertas  dari serangan jamur dan mikroorganisme.
Kertas    adalah        material  yang  berasal  dari pulp.   Menurut Lavigne  (1986) [1],    kertas
didefinisikan  sebagai  lembaran  homogen yang  terbuat  dari  serat  –    serat  selulosa ditambah  dengan  bahan  pengikat,  sehingga serat  akan  saling  mengikat  dan  menjalin. Pada  umumnya  kertas  memiliki  gramatur kurang  dari  224  GSM.
Menurut  Pramuliono (1999) kitosan beserta senyawa  turunannya  merupakan  salah  satu jenis pelapis edible dari kelompok polisakarida  selain  selulosa,  pektin,  pati, karagenan    dan   gum [2]. Kitosan    beserta senyawa  turunannya  termasuk  salah  satu jenis polisakarida yang dapat bersifat sebagai pengahalang  yang  baik  karena  pelapis polisakarida  dapat  membentuk  matrik  yang kuat dan  kompak [3]. Secara  umum,  pelapis
yang tersusun dari polisakarida dan turunannya hanya sedikit menahan penguapan  air  tetapi  efektif    untuk mengontrol  difusi  dari berbagai gas, seperti CO 2 dan O 2 Cs-Mcm merupakan  salah  satu  derivate  dari kitosan  yang  diperoleh melalui  suatu  proses eterifikasi  alkalis  (karboksimetilasi)  alkalis kitosan dengan asam monokloroasetat [4].
Gambar 1 . Struktur karboksimetil kitosan [5]
Cs-Mcm  dapat  dipergunakan  sebagai  bahan tambahan  untuk  memperbaiki  mutu  kertas. Keberadaan Cs-Mcm akan mampu memperkuat    ikatan    antar    fiber    kertas sehingga    kertas    lebih    kuat    dan    tahan terhadap  pengaruh   mekanik   luar.    Hal   itu disebabkan  karena    Cs-Mcm    mampu menjadi  jembatan    penguat    antar    fiber kertas    dengan    cara    membentuk    ikatan hidrogen    antar    rantai  selulosa  [6].  Dalam penelitan  sebelumya,  Cs-Mcm  terbukti mampu meningkatkan kehalusan kertas. Hal ini  disebabkan  oleh    keberadaan    Cs-Mcm dalam    serat-serat    fiber    selulosa    mampu membuat  ikatan  fiber  menjadi  lebih  dekat dan  mempererat  ikatan  antar  fiber  selulosa sehingga    permukaan    kertas  menjadi  lebih rata  dan  halus.  Dalam  penelitian  yang dilakukan  oleh  Saputro  dan  Mahardiani (2011) [6] Cs-Mcm juga dapat meningkatkan kuat tarik kertas. Cs-Mcm mampu mempererat  ikatan  antar  fiber  selulosa. Semakin  eratnya  ikatan  antar fiber selulosa dalam  kertas  mampu  menaikkan  kuat  tarik kertas sehingga kertas tidak mudah sobek. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  variasi  konsentrasi  asam  asetat sebagai  pelarut  Cs-Mcm  dalam  peningkatan mutu kertas, dan mengetahui pengaruh jenis pulp  terhadap  gramatur  kertas,  kekuatan tarik, ketahanan sobek, dan kehalusan kertas yang telah dilapisis Cs-Mcm.

## 2.  METODE PENELITIAN
Bentuk penelitian ini adalah eksperimen yang dilakukan dalam skala laboratorium. Penelitian  dimulai  dengan  sintesis  Chitosan termodifikasi  carboxymethyl  “Cs-Mcm” dengan  metode  Nada  et  al[7]  yaitu  dengan melarutkan 5 g kitosan dalam 100 ml NaOH 20%  ,  diaduk  selama  5  menit,  kemudian ditambah  15  g  asam  monokloroasetat  dan diaduk  selama  2  jam  pada  suhu  65°C. Kemudian  dinetralkan  dengan  larutan  asam asetat  10%  lalu  dipresipitasi  menggunakan methanol.  Produk  yang  diperoleh  kemudian dikeringkan  pada  suhu  55°C.  Setelah  itu dilakukan pencetakan kertas dengan variasi 3 jenis pulp yaitu jerami padi, kertas bekas, dan campuran. Untuk pembuatan pulp dari jerami padi  harus  mengalami  proses  delignifikasi dengan  memasak  jerami  padi  pada  NaOH 6%.  Untuk  pulp  kertas  bekas  hanya mengalami  proses  perendaman.  Sedangkan untuk kertas campuran, rasio komposisi pulp jerami  padi  dan  pulp  kertas  bekas  yang digunakan  adalah  1:1.  Setelah  itu,  kertas yang  dihasilkan  dilapisi  oleh  Cs-Mcm  hasil sintesis  dengan  variasi  konsentrasi  pelarut asam asetat sebesar 2%, 3%, 5% dan 7%.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil penelitian diperoleh Cs-Mcm hasil sintesis  yang  kemudian  dilakukan  variasi konsentrasi  asam  asetat  sebagai  pelarutnya. Setelah itu diaplikasikan pada kertas dengan 3 jenis pulp yang berbeda untuk mengetahui kenaikan mutu kertas hasil pelapisan dengan Cs-Mcm.

## 3.1. SINTESIS CHITOSAN  MODIFIED
CARBOXYMETHYL (CS-MCM)
Chitosan  Modified  Carboxymethyl (Cs- Mcm)  dapat  dipergunakan    sebagai  bahan tambahan  untuk  memperbaiki  mutu  kertas yang berupa gramatur kertas, kekuatan tarik kertas, kekuatan sobek kertas dan kehalusan kertas. Dari Gambar 2 dapat diketahui bahwa kenaikan  gramatur  tertinggi  terjadi  pada konsentrasi  pelarut  asam  asetat  3%.  Hal tersebut karena Cs-Mcm dapat larut sempurna  di  dalam  asam  asetat  3%.  Selisih
kenaikan tertinggi secara berurutan diperoleh pada  konsentrasi  pelarut  3%,  2%,  5%  dan 7%.
Gambar  2. Grafik  pengukuran  gramatur kertas setelah pencelupan
Kenaikan gramatur yang lebih tinggi tersebut menandakan  bahwa  Cs-Mcm  lebih  banyak terserap  pada  kertas. Semakin  tinggi konsentrasi pelarut Cs-Mcm, jumlah kelarutan Cs-Mcm semakin rendah. Cs-Mcm merupakan derivate kitosan yang larut dalam air.  Pada  konsentrasi  pelarut  3%,  pelarut memiliki  kadar  air  sebesar  97%.  Kelarutan ini  kemungkinan    dipengaruhi    oleh  adanya gugus    karboksil  yang  mensubstitusi sehingga    menyebabkan    peningkatan kelarutan.  Semakin  banyak  atom H+ yang tersubstitusi  maka  semakin  besar  kelarutan yang terjadi[7].
Gambar  3 .  Grafik  uji  kuat  tarik  kertas setelah pencelupan
Dari  grafik  Gambar  3  di  atas  dapat  dilihat bahwa  kertas  yang  dilapisi  Cs-Mcm  dengan pelarut  3%  memiliki  kekuatan  tarik  paling tinggi  bila  dibandingkan  dengan  prosentase pelarut lainnya. Hal tersebut dikarenakan Cs- Mcm  larut  sempurna  dalam  pelarut  asam asetat  3%  sehingga  mampu  menyerap  baik
kedalam  kertas.  Kertas  yang  telah  diberi perlakukan    dengan    Cs-Mcm  akan  bersifat kuat  karena  kitosan  dapat  membentuk crosslink antar  fiber  kertas  melalui  ikatan hidrogen[6].
Gambar 4. Grafik uji ketahanan sobek kertas setelah pencelupan
Nilai  ketahanan    sobek    tertinggi    diperoleh pada  pelarut  Cs-Mcm  sebesar  3%.  Pada konsentrasi  pelarut  3%  Cs-Mcm  dapat  larut dengan baik sehingga Cs-Mcm dapat terserap baik kedalam kertas. Adanya Cs-Mcm dapat mempererat ikatan antar  fiber selulosa dalam kertas sehingga dapat meningkatkan ketahanan sobek kertas.
Gambar  5. Grafik  uji  kehalusan  kertas setelah pencelupan
Dari  Gambar  5  dapat  diketahui  bahwa kehalusan  kertas  mengalami  peningkatan tertinggi  saat  diberi  perlakuan  dengan  Cs- Mcm  dengan  konsentrasi  pelarut  3%. Konsentrasi pelarut 3% merupakan konsentrasi  terbaik  di  mana  Cs-Mcm  dapat larut dengan mudah. Cs-Mcm nantinya akan menyerap  kedalam  kertas,  membentuk crosslinking  dengan  ikatan  hydrogen  dari selulosa,  dan  membentuk  lapisan  tipis.
Adanya gugus karboksilat  pada  rantai  Cs- Mcm  mengakibatkan  lebih  banyak  terjadi ikatan  hidrogen    antara    rantai    selulosa dengan    rantai    Cs-Mcm.  Semakin banyaknya    ikatan    hidrogen    yang    terjadi antara  rantai    selulosa    dengan    rantai    Cs- Mcm  menyebabkan  jarak  ikatan  antar  fiber rantai  selulosa    pada    kertas    menjadi semakin    dekat    dan    permukaan    kertas menjadi semakin halus dan ikatan antar fiber selulosa menjadi semakin kuat.

## 3.2. KAJIAN  PENGARUH  JENIS  PULP TERHADAP MUTU KERTAS
Berikut ini  akan  dikaji  pengaruh  Jenis Pulp terhadap  gramatur kertas, kuat  tarik  kertas, kuat  sobek  kertas,  serta  tingkat    kehalusan kertas  setelah  pelapisan  dengan Chitosan Modified  Carboxymethyl (Cs-Mcm)  pada variasi  konsentrasi  pelarut.  Pembahasan dilakukan dengan membandingkan masing – masing kertas dengan nilai tertingi (konsentrasi Asam Asetat 3%) pada masing – masing  uji  dengan  kertas  kontrol  (kertas sebelum diberi perlakukan pelapisan dengan Cs-Mcm).
Dari grafik pada Gambar 6 diketahui bahwa gramatur kertas kontrol yang tertinggi adalah gramatur  dari  kertas  bekas  sedangkan gramatur kertas campuran merupakan gramatur  terendah.  Hal  tersebut  terjadi dikarenakan proses pencetakan kertas dilakukan  secara  manual  sehingga  ratanya kertas  tidak  bisa  dibuat  dengan  seragam. Dalam  hal  ini  kertas  daur  ulang  memiliki kemampuan  menyerap  Cs-Mcm  lebih  baik sehingga selisih gramatur awal (kontrol) dan setelah pelapisan Cs-Mcm paling banyak. Dari  grafik  pada  Gambar  7  dapat  dilihat bahwa kertas bekas memiliki kekuatan tarik paling  tinggi.  Pulp  kertas  bekas  dibuat  dari kertas  daur  ulang  yang  direndam  selama 24 jam. Dalam kertas daur ulang terdapat bahan tambahan  (Filler,  sizing  agent,  dll)  dimana bahan  tambahan  tersebut  tidak  akan  hilang bila mengalami proses perendaman. Sehingga  bahan  –  bahan  tambahan  tersebut dapat mempengaruhi kekuatan tarik kertas.
Penambahan Cs-Mcm juga dapat menambah kekuatan  tarik  kertas.  Hal  tersebut  dapat dilihat  dari  perbandingan  kuat  tarik  kertas sebelum  dilapisi  dan  sesudah  dilapisi Cs- Mcm . Kertas yang telah mengalami perlakuan  berupa  penambahan  Cs-Mcm memiliki  kuat  tarik  yang  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  kertas  yang  belum diberi  perlakuan. Cs-Mcm dapat  menambah kuat  tarik  kertas  dikarenakan Cs-Mcm mampu  mempererat  ikatan  antar  serat selulosa  sehingga  kertas  yang  telah  dilapisi memiliki  ikatan  antar  serat  yang  tinggi. Semakin  tinggi  ikatan  serat  maka  kekuatan tarik kertas akan meningkat.
Gambar 6. Grafik pengaruh pencelupan Cs- Mcm terhadap gramatur kertas
Gambar 7. Grafik pengaruh pencelupan Cs- Mcm terhadap kuat tarik kertas
Dari  grafik  pada  Gambar  8  dapat  dilihat bahwa  kertas  bekas  memiliki  ketahanan sobek tertinggi dan ketahanan sobek terendah terjadi pada kertas jerami padi. Hal tersebut diakibatkan  karena  jumlah  selulosa  pada kertas  bekas  lebih  besar  dibandingkan
dengan  jerami  padi.  Kandungan  selulosa kertas bekas berkisar antara 49,1%-60,5%[8], sedangkan  pada  jerami  padi  kandungan selulosa sebesar 28%-36%, sehingga semakin tinggi kadar selulosa semakin tinggi pula  ketahanan  sobek  kertas.  Hal    tersebut didukung    oleh  pernyataan  Mulyana    dkk., (2007)[9] bahan  yang mengandung selulosa yang  lebih  banyak  akan  menghasilkan lembaran  pulp yang mempunyai  ketahanan sobek  yang  lebih tinggi.
Gambar 8. Grafik pengaruh pencelupan Cs- Mcm terhadap ketahanan sobek kertas
Ketahanan  sobek  kertas  juga  meningkat ketika  ditambahkan  dengan  Cs-Mcm.  Dari grafik dapat dilihat bahwa kertas  yang telah diberi  perlakuan  berupa  penambahan  Cs- Mcm  memiliki  ketahanan  sobek  yang  lebih tinggi.  Ketahanan  sobek  kertas  campuran lebih  tinggi  bila  dibandingkan  dengan ketahanan sobek kertas bekas dan kertas dari jerami padi. Kertas campuran yang merupakan  kertas  komposit  antara  kertas bekas dan jerami padi diperkirakan memiliki kandungan selulosa  yang lebih banyak serta memiliki  serat  yang  lebih  baik[6].  Kertas yang telah mengalami penambahan Cs-Mcm memiliki  ikatan  antar  serat  yang  baik sehingga  dapat  mempengaruhi  ketahanan sobek kertas[7].
Grafik  pada  Gambar  9  menunjukkan kenaikan nilai kehalusan kertas pada masing –  masing  pulp.  Dapat  disimpulkan  bahwa kertas  bekas  memiliki  nilai  kehalusan tertinggi.  Pada  kertas  bekas,  kandungan selulosa  lebih  tinggi  serta  memiliki  serat
yang lebih baik dan terdapat bahan tambahan dalam kertas bekas yang dapat meningkatkan sifat fisik kertas. Dari grafik pada Gambar 9 juga  dapat  disimpulkan  bahwa  kehalusan terendah  terjadi  pada  kertas  jerami  padi. Penambahan  Cs-Mcm  dapat  membentuk crosslinking  dengan  ikatan  hidrogen  dari selulosa  sehingga  dapat  meningkatkan kehalusan kertas[6].
Gambar 9. Grafik pengaruh pencelupan Cs- Mcm terhadap kehalusan kertas

## 4.  KESIMPULAN
Variasi  konsentrasi  asam  asetat  yang digunakan sebagai pelarut Chitosan Modified Carboxymethyl  (Cs-Mcm)  mempengaruhi peningkatan  mutu  kertas  terhadap  nilai gramatur,  kuat  tarik,  kuat  sobek  dan kehalusan.  Peningkatan  mutu  kertas  terbaik terjadi  pada  konsentrasi  asam  asetat  sebesar 3%.  Kertas  dari  bahan  pulp  kertas  bekas memiliki nilai gramatur, kuat tarik, ketahanan sobek, dan kehalusan yang paling tinggi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  J.  R.  Lavigne,  Pulp  &  paper  dictionary. San  Francisco,  Calif.,  USA:  Miller Freeman Publications, 1986.
[2]  P.  Pramuliono,  Kajian  Awal  Daya Hambat Kitosan terhadap Penyakit Karat Putih  (Puccia  horiana  P.  Henn)  pada Tanaman Krisan (Chrysanthenum morifolium), M.Si. Tesis, Institut Pertanian Bogor, Bogor, 1999.
[3]  I.  K.  Greener  and  O.  Fennema, Evaluation  of  Edible,  Bilayer  Films  for
Use  as  Moisture  Barriers  for  Food, J. Food Sci. , vol. 54, no. 6, hal. 1400–1406,
1989.
[4]  J.  Basmal,  A.  Prasetyo,  and  Y.  N. Fawzya,  Pengaruh  Konsentrasi  Asam Monokloro Asetat Dalam Proses Karboksimetilasi Kitosan Terhadap
Karboksimetil Kitosan Yang Dihasilkan,
J. Penelit. Perikan. Indones. , vol. 11, no.
8, hal. 47, 2017.
[5]  V. K. Mouryaa, N. N. Inamdara, and A. Tiwari, Carboxymethyl Chitosan And Its Applications, Adv.  Mater.  Lett. ,  vol.  1, no. 1, hal. 11–33, 2010.
[6]  A.  N.  C.  Saputro  and  L.  Mahardiani, Sintesis  Senyawa  Turunan  Kitosan ‘Chitosan Modified Carboxymethyl (Cs- Mcm)’  Dan  Aplikasinya  Sebagai  Agen Perbaikan  Mutu  Kertas  Daur  Ulang, J.
EKOSAINS ,  vol.  3,  no.  1,  hal.  47–54,
2011.
[7]  A.  M.  A.  Nada,  M.  El-Sakhawy,  S. Kamel,  M.  A.  M.  Eid,  and  A.  M.  Adel, Effect of Chitosan and Its Derivatives on The Mechanical and Electrical Properties of Paper Sheets, Egy Ptian J. Solids , vol.
28, no. 2, hal. 202–208, 2005.
[8]  V.  Ruseimy,  Konversi    Limbah    Kertas Menjadi  Etanol  dengan  Menggunakan Enzim    Selulase    Melalui    Sakarifikasi dan  Fermentasi  Serentak,  S.T.  skripsi, Jur.  Tek.  Kim.,  Universitas  Indonesia,
Depok, Indonesia, 2009.
[9]  M.  Hadipernata,  A.  Budiyanto,  S. WIraatmadja,  and  Andoyo,  Efisiensi Proses    Pemutihan    Pulp  Kraft    RDH (Rapid    Displacement  Heating)  dengan
Metode  ECF  (Elementally  Chlorine Free), in: Teknologi Inovatif Pascapanen untuk  Pengembangan  Industri  Berbasis Pertanian, Bogor, Sept. 2005.