Sintesis Nitroselulosa Dari Serat Rami ( Boechmerianivea )

## Menggunakan Trietilamin
Systhesis Nitrocellulose From Hempen Using Triethyleamin (Boechmerianivea)
Riza Rizkiah 1) , Kenny Kencanawati 2) , Ahmad Rosidin 3) , Lingga Wibowo 4) Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Bandung Raya Jl. Banten No. 11 Bandung Email :rizarizkiah45@unbar.ac.id
Abstract: Nitrocellulose  is  cellulose  that  is  titrated  into  an  ester  polymer  which  can  be  used  as  a  major component  in  several  types  of  ammunition  and  explosives  and  other  materials.  Hemp  plant  (Boehmeria nivea)  is  a  type  of  fiber  plant  that  is  rich  in  cellulose  and  thrives  in  Indonesia.  Until  now,  the  need  for nitrocellulose in Indonesia is still imported, even though there is a lot of potential for cellulose that can be exploited,  one  of  which  is  by  synthesizing  nitrocellulose  from  the  hemp  plant.  One  of  the  many  uses  of nitrocellulose derivatives, one of which is propellant. The propellant is the fuel or power source of a rocket engine.  Nitrocellulose  that  can  be  used  for  propellants  is  nitrocellulose  with  levels  between  11-13.3% nitrogen. This study aims to produce nitrocellulose in levels that meet the standards for making propellants. The  study  was  carried  out  with  a  cellulose  activation  procedure  using  20%  sodium  hydroxide  and  1  ml  of triethylamine  per  gram  of  cellulose.  Cellulose  nitration  was  carried  out  using  sulfuric  acid  and  nitric  acid with  the  composition  of  A  (1:  1),  B  (2:  1)  and  C  (3:  1)  which  were  refluxed  for  three  hours.  Nitrogen determination was carried out using the Kjeldahl method. The results showed that from three samples A, B, and  C,  nitrogen  levels  were  obtained  respectively  12.62%,  13.23%,  and  12.97%.  This  shows  that  the nitrocellulose from the hemp plant (Boehmeria nivea) can be used for propellants.
Keywords: Hempen, nitrocellulose, nitration, triethylamine, propellant
Abstrak: Nitroselulosa  merupakan  selulosa  yang  dinitrasi  menjadi  polimer  ester  yang  bisa  digunakan sebagai komponen utama pada beberapa jenis amunisi dan bahan peledak serta bahan lainnya. Tanaman rami ( Boehmeria nivea ) merupakan jenis  tanaman serat yang kaya akan selulosa dan tumbuh subur di Indonesia.  Hingga saat ini kebutuhan nitroselulosa di Indonesia masih import, padahal banyak potensi selulosa  yang  bisa  dimanfaatkan  salah  satunya  dengan  melakukan  sintesis  nitroselulosa  yang  berasal dari  tanaman  rami.  Salah  satu  turunan  dari  nitroselulosa  yang  banyak  penggunaanya,  salah  satunya adalah propelan. Propelan adalah bahan bakar atau sumber tenaga suatu mesin roket. Nitroselulosa yang bisa  digunakan  untuk  propelan  adalah  nitroselulosa  dengan  kadar  diantara  11-13,3%  nitrogen. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menghasilkan  nitroselulosa  dengan  kadar  yang  memenuhi  standard pembuatan  propelan.  Penelitian  dilakukan  dengan  prosedur  aktivasi  selulosa  dengan  menggunakan natrium  hidroksida  20%  dan  1  ml  trietilamin  per  gram  selulosa.  Nitrasi  selulosa  dilakukan  dengan menggunakan  asam  sulfat  dan  asam  nitrat  dengan  komposisi  A(1:1),  B(2:1)  dan  C(3:1)yang  direfluks selama  tiga  jam.  Penentuan  kadar  nitrogen  dilakukan  dengan  menggunakan  metode  Kjeldahl.  Hasil penelitian menunjukan bahwa dari tiga sampel A, B, dan C didapat kadar nitrogen berturut-turut sebesar 12,62%,  13,23%,  dan  12,97%.  Hal  ini  menunjukan  bahwa  hasil  nitroselulosa  dari  tanaman  rami ( Boehmeria nivea ) bisa digunakan untuk propelan.
Kata Kunci: Rami, nitroselulosa, nitrasi, trietilamin, propelan

## PENDAHULUAN
Rami  ( Boehmeria  nivea  Gaud )  merupakan  tanaman  yang  memiliki  potensi  tinggi.  Serat rami  merupakan  bahan  untuk  pembuatan  selulosa  berkualitas  tinggi  (selulose  α)  (Purwati, 2010). Tanaman ini bisa dijadikan bahan baku untuk pembuatan nitroselulosa (NC). Secara teori, kandungan  maksimal  kadar  nitrogen  pada  nitroselulosa  adalah  14,1%.  Nitroselulosa  dikenal
juga sebagai selulosa nitrat, merupakan selulosa yang dinitrasi menjadi polimer ester digunakan sebagai  komponen  utama  pada  beberapa  jenis  amunisi,  propelan,  dan  bahan  peledak  serta bahan lainnya (Larsson, 2015).

## Gambar 1. Struktur Nitroselulosa (Heinze, T., dan Pfeiffer, K. 1999)
Nitroselulosa  adalah  bahan  yang  sangat  mudah  terbakar  yang  memiliki  nilai  derajat polimerisasi (n) adalah 1003500; berat molekul 459,28 -594,28; memiliki warna putih dan agak kekuningan,  berbau,  mudah  terbakar,  densitas  relatif  1,58  -  1,65;  titik  lebur  160°C  sampai dengan 170°C dan akan mudah terbakar pada suhu 170°C. Nitroselulosa tidak larut dalam air, akan tetapi larut dalam keton, ester, alkohol, dan pelarut lainnya (Purnawan, 2010). Sifat-sifat tersebut dapat digunakan mendukung berbagai sektor industri mulai dari militer, transportasi dan  untuk  sektor  kedirgantaraan  dan  salah  satunya  sebagai  bahan  bakar  jet  atau  roket (Propelan).Salah  satu  turunan  dari  nitroselulosa  yang  banyak  penggunaanya  sampai  saat  ini, adalah  propelan.  Propelan  merupakan  bahan  bakar  atau  sumber  tenaga  suatu  mesin  roket. Nitroselulosa yang bisa digunakan untuk propelan adalah nitroselulosa dengan kadar diantara 11-13,3% nitrogen.
Pada tahun 2010 Hartaya melakukan penelitian sintesis nitroselulosamelalui reaksi nitasi, dengan bahan diantaranya yaitu HNO 3 65% dan H 2 SO 4 98% dengan perbandingan dua banding satu  dan  pembilasan  dengan  NaHCO3  10%  yang  di  refluks  selama  30  menit.  Hasil  sintesis menunjukan bahwa kadar nitrogen yang dihasilkan adalah sebanyak 11%. Dalam penelitian ini, dilakukan modifikasi penelitian yaitu dengan menambahkan trietilamin pada proses reaksi.
Trietilamin  adalah  senyawa  kimia  yang  memiliki  rumus  C6H15N.  Trietilamina  sering dijumpai dalam  proses-proses sintesis  organik  karena  bentuk amina  bertrisubstituennya  yang simetris  dan  berwujud  cair  pada  suhu  kamar.  Trietilamin  merupakan  senyawa  yang  mudah didapatkan dan harganyarelatif murah, dan mudah dihilangkan dengan cara distilasi pada suhu menengah yaitu 88,8˚C. Trietilamin sering digunakan untuk reaksi : oksidasi, reduksi, eliminasi, substitusi,  dan  adisi  (Sorgi,  2001).  Melalui  penambahan  senyawa  trietilamin  diharapkan penarikan gugus NO yang terdapat pada serat rami menjadi lebih sempurna dan kadar nitrogen yang didapat bisa lebih tinggi dari sebelumnya. Adapun beberapa variable yang digunakan untuk mendapatkan kadar nitrogen maksimum dari proses reaksi diantaranya yaitu melakukan variasi terhadap konsentrasi dari HNO3 dan H2SO4.

## METODOLOGI
A . Alat
Peralatan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  meliputi  peralatan  gelas  yang  umumnya ada  di  laboratorium,  corong  Buchner,kertas  saring,  alat  destilasi  kjeldahl,  buret  dan erlenmeyer.

## B. Bahan
Bahan yang digunakan terdiri atas selulosa rami, asam borat, asam klorida, asam nitrat
pekat,  asam  salisilat,  asam  sulfat  pekat,  natríum  hidroksida  20%,  natrium  karbonat  10%, natrium  tiosulfat  pentahidrat  0,1  N,  etanol  95%,  trietilamin  99,5%,  brom  kresol  hijau,  metil merah, kalium sulfat, asam oksalat dihidrat dan asam klrorida.

## C. Metode Percobaan 1. Aktivasi Selulosa Rami
Aktivasi selulosa merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan daya adsorpsi. Aktivasi  dilakukan  untuk  memisahkan  lignin  dari  selulosa  yang  terdapat  didalamnya.  Dalam penelitian ini sampel dibagi menjadi tiga variasi A, B dan C. kemudian masing-masing sampel direndam  dengan  NaOH  20%  lalu  tambahkan  1  ml  trietilamin  99,5%  kemudian  didiamkan selama 24 jam.

## 2. Nitrasi Selulosa
Pada proses nitrasi selulosa, 40 mL sampel A yang berisi asam sulfat 98% dan asam nitrat 65%  dengan perbandingan 1:1, dan 40 mL sampel  B   yang berisi  asam sulfat 98% dan asam nitrat  65%  dengan  perbandingan  2:1,  dan  40  mL  sampel  C  yang  berisi  asam  sulfat  98%  dan asam nitrat 65% dengan perbandingan 3:1, masing-masing dimasukkan ke dalam gelas kimia yang disimpan pada ice bath (suhu dibawah 10˚C). Kemudian masing-masing ditambahkansatu gram selulosa teraktivasi dan direfluks selama tiga jam. Lalu dicuci dengan 300 ml NaHCO3 10 %, dicuci kembali dengan 200 ml etanol 96% sebanyak  tiga kali. Didekantasi serta keringkan pada suhu 50˚C.

## 3. Pengujian Nitroselulosa Uji Pembakaran
Masing-masing padatan sampel A, B dan C  hasil sintesis nitroselulosa dibakar pada nyala api,  kemudian  sifat  pembakaran  yang  terjadi  diamati.  Percikan  api  yang  terbentuk  dan  tidak bersisamenunjukanterbentuknya nitroselulosa dengan kadar diatas 11%.

## 4. Uji Kelarutan
Masing-masing padatan nitroselulosa sampel A, B dan C dilarutkan dalam aseton dan etil asetat. Larutnya sampel hasil sintesis pada kedua pelarut tersebut menunjukkan bahwa kadar nitrogen dalam sampel lebih dari 11%.

## 5. Uji kadar nitrogen menggunakan metode Kjeldahl
Masing-masing larutan kemudian ditambahkan dengan 0,3 g natrium tiosulfat pentahidrat dan 0,6 g kalium sulfat. kemudian masing-masing sampel dimasukan ke dalam labu kjeldahl dan larutan  dibiarkan  bercampur  sampai  sempurna.  Hasil  masing-  masing  campuran  kemudian diencerkan  dengan  15  ml  air  dan  didistilasi  dengan  penambahan  20  ml  larutan  natrium hidroksida  35%.  Gas  yang  terbentuk  ditempatkan  pada  labu  erlenmeyer  yang  berisi  25  ml larutan asam borat 0,8%. Kemudian masing- masing larutan dalam labu erlenmeyer kemudian dititrasi dengan menggunakan larutan asam klorida yang sudah distandarisasi dengan bantuan indikator brom kresol hijau dan metil merah. Kadar nitrogen dapat dihitung dengan persamaan :
% N = 𝑀 1000 × (𝑉𝑠−𝑉𝑏) 𝑚 × 14 × 100%
Keterangan : %N
: Persennitrogen M : Konsentrasi asam klorida Vs : Volume sampel Vb : Volumeblanko m : massa sampel

## HASIL PENELTIAN DAN PEMBAHASAN A. UjiPembakaran
Uji Pembakaran merupakan uji kualitatif sampel. Niroselulosa hasil sintesis dibakar. Sifat pembakaran terjadi dengan adanya letupan untuk semua sampel A, B dan C. Letupan tersebut menandakan hasil nitroselulosa di atas 11% kadar nitrogennya. Api yang tercipta tidak berasap dan tidak bersisa.

## Gambar 2. Hasil uji pembakaran A, B dan C
Hasil  pembakaran  nitroselulosa  tidak  bersisa  dan  tidak  berasap,  dikarenakan  semua hasilnya berbentuk gas. Dengan reaksi sebagai berikut:
[C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3 ]n                        3nCO 2 (g) + 9nCO(g) + 3nN 2 (g)
B. Uji Kelarutan
Masing-masing padatan nitroselulosa sampel A, B dan C dilarutkan dalam aseton dan etil asetat. Larutnya sampel hasil sintesis pada kedua pelarut tersebut menunjukkan bahwa kadar nitrogen dalam sampel lebih dari 11%.
Semua  sampel  A,  B,  dan  C  larut  pada  pelarut  aseton  dan  etilasetat,  ini  menunjukkan nitroselulosa  hasil  sintesis  telah  memiliki  kadar  nitrogen  diatas  12,5%  (Vogelsanger  and Sopranetti, 2010).
Tabel 1. Hasil Uji Kelarutan Sampel Rami Konsentrasi HNO3:H2SO4 Waktu refluks Kelarutan A 1:1 3 Larut pada aseton dan etil asetat B 2:1 3 C 3:1 3

## C. Uji Kualitatif menggunakan FTIR (Fourier Transform Infra Red)
Spektrum IR nitroselulosa berada pada peak 1600 dan 1200 cm -1 . Pada data hasil sintesis terdapat peak dengan intensitas kuat pada Panjang gelombang tersebut. Hal  ini menunjukkan adanya gugus -NO 2 yang telah tersubstitusi.
Gambar 3. Hasil Uji FTIR Spektrum IR selulosa B (c) dan setelah disintesis menjadi nitroselulosa (d)

## d. Penentuan kadar nitrogen dengan metode kjeldahl
Pada penentuan kadar nitrogen dengan metode kjeldahl ditambahkan asam silisilat untuk mengurangi  terlepasnya  nitroselulosa  secara  langsung  ke  udara.  Asam  salisilat  dilarutkan dengan  asam  sulfat,  dan  selanjutnya  nitroselulosa  hasil  sintesis  dimasukkan  kedalam  nya. Nitroselulosa  akan  bereaksi  terhadap  asam  sulfat  dan  asam  salisilat  membentuk  asam nitrosalisilat. Asam nitrosalisilat direduksi menggunakan natrium tiosulfat menjadi asam amino salisilat,  setelah  itu  didestruksi  secara  biasa  menggunakan  katalis  kalium  sulfat,  Ammonium sulfat  yang  terbentuk  dalam  campuran  tersebut  kemudian  didistilasi  untuk  menghasilkan  gas ammonium yang ditampung dalam larutan asam borat 0,8 % sebanyak 25 ml. Lalu, ditambahkan indikator  bromkresol  hijau  0,1  %  dan  metil  merah  dalam  etanol  dengan  perbandingan  5:1, setelah  itu  campuran  di  titrasi  menggunakan  asam  klorida,  kemudian  dihitung kadarnitrogennya.
Tabel 2. kadar nitrogen hasil nitroselulosa Sampel Konsentrasi H2SO4 : HNO3 % Nitrogen A 1 : 1 12,62 B 2 : 1 13,23 C 3 : 1 12,97
Pada  tabel  tersebut  dapat  dilihat  bahwa  semua  variasi  memenuhi  standar  %  nitrogen untuk  pembuatan  propelan  yaitu  lebih  dari  11%.  Kadar  nitrogen  tertinggi  terdapat  pada sampel B dengan perbandingan H 2 SO4:HNO 3 sebanyak 2:1 yaitu dengan perolehan % Nitrogen sebesar 13,23%.

## KESIMPULAN
Penambahan  Trietilamin  pada  proses  aktivasi  mampu  meningkatkan  perolehan  kadar nitrogen  dari  sintesis  dengan  menggunakan  metode  sampel  B,  yaitu  dengan  menggunakan Perbandingan  H 2 SO 4 dan  HNO 3 2:1  dengan  lama  proses  refluks  selama  3  jam  menghasilkan nitrogen sebanyak 13,23 %.

## DAFTAR PUSTAKA
Hartaya, Kendra. Pembuatan  Nitroselulosa dari Bahan Selulosa Sebagai Komponen Utama Propelan Double Base. Bogor : Pusat Teknologi Dirgantara Terapan LAPAN (2010).
Heinze,  T.,  dan  Pfeiffer,  K.  1999. Studies  on  The  Sinthesis  and  Characterization  of  CMC. Die Angewandte Makromolekuler Chemie. 266 (4638): 37-45
Larsson, K. A. 2015. Chemical Characterisation of Nitrocellulose. Project in Chemistry. 15p Purwati, R. D. 2010. Strategi pengembangan rami (Boehmeria nivea Gaud).
Sorgi Sorgi, K,L. 2001. Encyclopedia of Reagents for Organic synthesis. John Wiley & Sons. New York. Vogelsanger, B and Sopranetti, R 2010. Stanag 4178 Ed. 2 Testing of Nitrocellulose. Nitrochemie, NCW Patrick Folly, Armasuisse