## NANOKOMPOSIT RAMAH LINGKUNGAN MELALUI ISOLASI NANOFIBRIL SELULOSA (NFS) DARI TANDAN KOSONG SAWIT DAN POLY LACTID ACID (PLA) SEBAGAI MATRIK
Nadia Handayani 1
1 Jurusan Teknik Kimia Politeknik i Negeri i Lhokseumawe Jln. B. Aceh-Medan Km. 280 NBuketrata 24301 INDONESIA
1 nadiahandayani114@gmail.com

## ABSTRAK
Nanokomposit  merupakan  salah  satu  kelompok  material  yang  terdiri  dari  matriks  polimer yang  diperkuat  dengan  nanopartikel  organik  dan  anorganik  yang  memiliki  setidaknya  satu dimensi  dalam  rentang  10  hingga  100  nm.  Biodegradabilitas  nanokomposit  dapat dipertahankan  dengan  memanfaatkan  bahan  polimer  dan  bahan  penguat  yang  berasal  dari sumber daya terbarukan. Bahan nanokomposit polimer seperti biopolimer menunjukkan sifat mekanik  dan  fisik  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan  biopolimer  lain  karena  luas permukaan  yang  besar  dan  rasio  aspek  partikel  nano  yang  tinggi.  Tantangan  dalam menghasilkan  nanokomposit  PLA  berkinerja  tinggi  adalah  meningkatkan  kompatibilitas antara  nanoselulosa  dan  matriks  polimer  PLA  untuk  memperbaiki  dispersi  partikel nanoselulosa.  Nanoselulosa  diperkuat  PLA  nanokomposit  umumnya  menunjukkan  dispersi pengisi  yang  buruk  dalam  matriks  PLA  karena  karakteristik  hidrofilik  dan  hidrofobik  yang berbeda masing-masing.
Kata i kunci i : i Nanokomposit, i Selulosa, i PLA

## ABSTRACT
Nanocomposites  are  a  group  of  materials  consisting  of  a  polymer  matrix  reinforced  with organic  and  inorganic  nanoparticles  that  have  at  least  one  dimension  in  the  10  to  100  nm range.  The  biodegradability  of  nanocomposites  can  be  maintained  by  utilizing  polymeric materials and reinforcing materials derived from renewable sources. Polymer nanocomposite materials such as biopolymers exhibit better mechanical and physical properties compared to other biopolymers due to their large surface area and high aspect ratio of nanoparticles. The challenge  in  producing  high  performance  PLA  nanocomposites  is  to  improve  the compatibility  between  the  nanocellulose  and  the  PLA  polymer  matrix  to  improve  the dispersion  of  the  nanocellulose  particles.  Nanocellulose  reinforced  PLA  nanocomposites generally  show  poor  filler  dispersion  in  the  PLA  matrix  due  to  different  hydrophilic  and hydrophobic characteristics respectively.

## Keywords: Nanocomposites, Cellulose, PLA

## PENDAHULUAN
1.1 Landasan i Teori 1.1.1 Biomassa Lignoselulosa
Biomassa  lignoselulosa  mencakup berbagai  bahan  organik  alami  yang sebagian  besar  mengacu  pada  tumbuhan
atau  bahan  nabati,  yang  merupakan kelompok  bahan  karbon  berkelanjutan dalam  jumlah  terbesar  dan  merupakan bahan  baku  paling  menjanjikan  untuk produksi berkelanjutan biokimia, bioetanol, dan biofuel. Terutama biomassa lignoselulosa  merupakan  sumber  serat alami  yang  dapat  menggantikan  polimer berbasis  minyak  bumi  karena  sifatnya yang ramah lingkungan. Selain itu, limbah dari biomassa seperti limbah pertanian dan sisa  hutan  memiliki  potensi  tinggi  untuk digunakan  kembali  sebagai  bahan  bakar atau  bahan  baku  untuk  produksi  bahan bernilai  tambah  tinggi  tanpa  persaingan dengan  rantai  makanan  manusia  dan hewan.
Struktur  dinding  sel  biomassa lignoselulosa  terutama  terdiri  dari  tiga macam polimer, yaitu lignin, hemiselulosa, dan  selulosa.  Namun,  komposisi  dan kandungan ketiga komponen ini bervariasi karena  perbedaan  spesies,  jenis,  dan sumber  biomassa  lignoselulosa.  Lignin mewakili  sekitar  10-25%  berat  biomassa lignoselulosa  kering.  Di  dinding  sel tumbuhan, lignin berfungsi sebagai pengikat  yang  menahan  antara  bagian selulosa  dan  kulit  hemiselulosa  (Gambar 1).  Dengan  fungsi  pengikatannya,  lignin memberikan  kekakuan,  kekuatan  tekan, tahan terhadap pembusukan, dan kedap air pada  dinding  sel  tanaman.  Lignin  terdiri dari  kopolimer  amorf  ikatan  silang  yang disintesis  dari  tiga  monomer  fenilpropana yang berbeda secara acak, yaitu pcoumaryl,  coniferyl, dan sinapyl  alcohol yang  masing-masing  mengandung  nol, satu, dan dua gugus metoksil.
Perbandingan  ketiga  satuan  monomer primer  ini  bergantung  pada  spesies  dan sumber  biomassa  lignoselulosa.  Baru-baru ini, isolasi lignin dari biomassa
lignoselulosa  dan  depolimerisasi  lignin terutama  dipelajari  untuk  produksi biofuel dan  bahan  kimia  dari  bahan  alami.  Selain itu,  bahan  karbon  berbasis  lignin  juga diterapkan  untuk  katalisis,  penyimpanan energi,  dan  penghilangan  polutan,  yang dikembangkan secara menarik.
Gambar  1.  Struktur  utama  dinding  sel tumbuhan
dalam  biomassa  lignoselulosa terdiri dari lignin, hemiselulosa, dan selulosa.
Hemiselulosa  mewakili  sekitar  20- 35% dalam biomassa lignoselulosa. Hemiselulosa  adalah  heteropolimer  yang tersusun  oleh  rantai  pendek,  linier,  dan bercabang  dari  berbagai  jenis  monomer seperti pentosa dan heksosa. Jenis hemiselulosa yang umum adalah xilan dan glukomanan.  Xilan  banyak  tersusun  di kayu keras sedangkan glukomanan sebagian  besar  ditemukan  di  kayu  lunak. Hemiselulosa  melekat  pada  fibril  selulosa melalui  ikatan  hidrogen  dan  interaksi  Van der  Waal  (Gambar  1).  Selain  itu,  ia  juga berhubungan silang dengan lignin. Penimbunan hemiselulosa dengan selulosa dan  lignin  berkaitan  dengan  kekuatan struktur dinding sel tumbuhan.
Hemiselulosa dapat dihidrolisis oleh asam, alkali,  atau  enzim  dalam  kondisi  ringan untuk  produksi  bahan  bakar  etanol  dan bahan  kimia  berharga  dari  oligomer  atau monomernya  yang  dapat  digunakan  untuk makanan, kosmetik, industri pertambangan dan sebagainya.
Selulosa  adalah  komponen  utama dalam biomassa lignoselulosa yang terutama  terlokalisasi  di  dinding  sel tanaman  sekitar  35-50%.  Selulosa  terdiri dari  homopolisakarida  linier  dari  unit anhidro-D-glukosa  terkait- β -1,4  dengan unit berulang selobiosa (Gambar 2).
Gambar 2. Skema selobiosa
Monomer  selobiosa,  yang  dinamai  unit anhidroglukosa,  terdiri  dari  tiga  gugus hidroksil yang membentuk ikatan hidrogen kuat  dengan unit  glukosa  yang berdekatan dalam rantai  yang sama dan dengan rantai berbeda,  masing-masing  disebut  sebagai jaringan  ikatan  hidrogen  intramolekul  dan antarmolekul (Gambar 3).
Gambar  3.  Jaringan  ikatan  hidrogen intramolekuler
( ---- )  dan  antarmolekul  ( ---- ) dalam struktur selulosa.
Jaringan  ikatan  hidrogen  ini  kuat dan  padat  di  bagian  kristal  fibril  selulosa yang  mengarah  pada  keras,  kekuatan, berserat,  tidak  larut  dalam  air,  dan ketahanan  tinggi  terhadap  sebagian  besar pelarut  organik  di  dinding  sel  tanaman.
Orientasi  molekul  glukosa  dan  jaringan ikatan  hidrogen  dalam  selulosa  memiliki orientasi yang luas, sehingga menghasilkan amorf selulosa yang berbeda. Variasi amorf selulosa tergantung pada  sumber  biomassa  lignoselulosa  dan metode perlakuannya. Secara umum terdapat  empat  jenis  amorf  selulosa  yaitu selulosa tipe I, II, III, dan IV. Selulosa tipe I adalah amorf umum selulosa di alam atau selulosa  asli  yang  merupakan  pengepakan paralel  jaringan  ikatan  hidrogen.  Selulosa tipe  II  berasal  dari  regenerasi  kimiawi selulosa  tipe  I  dengan  cara  dilarutkan dalam  pelarut  atau  pembengkakan  dalam larutan asam atau basa. Dengan regenerasi kimiawi  ini,  selulosa  tipe  II  disusun  oleh berbagai pengaturan pengemasan antiparalel jaringan ikatan hidrogen.
Selulosa  tipe  III  dapat  diperoleh  dari perlakuan  amonia  selulosa  I  atau  II, sedangkan  selulosa  tipe  IV  merupakan modifikasi  dari  selulosa  III  dengan pemanasan  hingga  260 ° C  dalam  gliserol.
Dengan  karbon  yang  berlimpah,  gugus hidroksil,  monomer  glukosa,  selulosa adalah sumber paling alami untuk produksi bahan  berbasis  karbon,  bahan  kimia berharga, tekstil, kertas, dan sebagainya.

## 1.1.2 Nanoselulosa
Nanoselulosa  adalah  serat  alami yang dapat  diekstraksi  dari selulosa. Yang menjadi  perhatian  khusus  adalah  ukuran serat nanoselulosa yang umumnya memiliki diameter kurang dari 100 nm dan panjang beberapa mikrometer. Nanocellulose adalah
nanofiber biodegradable dengan bobot ringan, kepadatan rendah (sekitar 1,6 g / cm3) dan sifat  kekuatan  yang  luar  biasa.  Terutama, ia  memiliki  kekakuan  tinggi  hingga modulus  elastisitas  220  GPa  yang  lebih besar  dari  serat  Kevlar.  Selain  itu,
nanoselulosa memiliki kekuatan tarik yang tinggi hingga 10 GPa yang lebih besar dari besi  tuang  dan  rasio  kekuatan  terhadap beratnya 8 kali lebih tinggi dari baja tahan karat.  Selain  itu,  nanoselulosa  transparan dan  penuh  dengan  permukaan  reaktif gugus hidroksil yang dapat difungsikan ke berbagai properti permukaan.
Nanoselulosa  dapat  dikategorikan menjadi tiga tipe utama; selulosa nanokristalin,  selulosa  nanofibrilasi,  dan nanoselulosa  bakteri.  Meskipun  semua jenis  memiliki  komposisi  kimia  yang sama,  tetapi  morfologi,  ukuran  partikel, kristalinitas,  dan  beberapa  sifat  berbeda karena  perbedaan  sumber  dan  metode ekstraksi.

## 1.1.2.1 Selulosa Nanokristalin
Selulosa nanokristalin, juga dikenal sebagai  nanokristal  selulosa,  kristal  nano selulosa,  atau  cambang  nano  selulosa, adalah  nanoselulosa  dengan  kekuatan tinggi, yang biasanya diekstraksi dari fibril selulosa dengan hidrolisis asam.
Bentuknya  seperti  batang  pendek  atau bentuk  kumis  dengan  diameter  2–20  nm dan  panjang  100–500  nm.  Juga,  ini mengandung  100%  komposisi  kimia selulosa terutama di daerah kristal (kristalinitas tinggi sekitar 54-88%).
Gambar  4.  menunjukkan  skema  selulosa nanokristalin  yang  dapat  diekstraksi  dari fibril  selulosa  dengan  hidrolisis  asam. Bagian  amorf  dihidrolisis  dan  dihilangkan oleh  asam  sedangkan  bagian  kristal  masih dipertahankan.  Kesimpulan  dari  metode ekstraksi  ini  adalah  selulosa  nanokristalin mengandung  kristalinitas  tinggi  dengan bentuk batang pendek.
Gambar  4.  Skema  selulosa  nanokristalin yang dapat
diekstraksi  dari  rantai  selulosa menghilangkan daerah amorf dengan  hidrolisis  asam  dan  hanya menyisakan daerah kristal

## 1.1.2.2 Selulosa Nanofibril
Nanoselulosa  ini  juga  dikenal sebagai  mikrofibril  selulosa,  selulosa mikrofibrilasi, serat nano selulosa, nanofibril selulosa, atau selulosa nanofibrillar, adalah nanoselulosa panjang, fleksibel, dan terjerat yang dapat diekstraksi  dari  fibril  selulosa  dengan metode mekanis.  Ia memiliki  bentuk  fibril panjang  dengan  diameter  1-100  nm  dan panjang 500-2000 nm. Juga, ini mengandung  100%  komposisi  kimia selulosa  dengan  daerah  kristal  dan  amorf. Gambar  5.  menunjukkan  skema  selulosa nanofibrillated  yang  dapat  diekstraksi  dari rantai  selulosa  dengan  pembelahan  fibril dalam  sumbu  longitudinal  dari  gaya  yang diterapkan oleh proses mekanis. Dibandingkan dengan selulosa
nanokristalin, selulosa nanofibrilasi memiliki  panjang  yang  lebih  panjang dengan  rasio  aspek  tinggi  (panjang terhadap diameter), luas permukaan tinggi, dan  gugus hidroksil  ekstensif  yang mudah diakses untuk modifikasi permukaan.
Gambar  5. Skema  selulosa  nanofibrilasi yang dapat
diekstraksi  dari  rantai  selulosa menggunakan proses mekanis untuk  membelah  serat  menjadi ukuran diameter nanometer.

## 1.1.2.3 Nanoselulosa Bakteri
Nanoselulosa  bakteri  adalah  jenis lain  dari  nanoselulosa  yang  berbeda  dari selulosa nanokristalin dan selulosa nanofibrilasi.  Selulosa  nanokristalin  dan nanofibrilasi dapat diekstraksi dari biomassa  lignoselulosa  ( proses  top-down ) tetapi  nanoselulosa  bakteri  dihasilkan  dari penumpukan  gula  dengan  berat  molekul rendah oleh bakteri terutama oleh
Gluconacetobacter
xylinus
selama beberapa  hari  hingga  dua  minggu  ( proses bottom-up ). Dengan
demikian,
nanoselulosa  bakteri  selalu  dalam  bentuk murni  tanpa  adanya  komponen  lain  dari biomassa  lignoselulosa  seperti  lignin, hemiselulosa,  pektin  dan  sebagainya. Nanoselulosa  bakteri  memiliki  komposisi kimia  yang  sama  dengan  dua  jenis nanoselulosa  lainnya.  Ini  dalam  bentuk pita  puntir  dengan  diameter  rata-rata  20– 100  nm  dan  panjang  mikrometer  dengan luas permukaan besar per unit. (Phantong, P. dkk. 2018)

## 1.1.3 PLA
Poli  asam  laktat  atau  Poly  Lactic Acid (PLA) dengan rumus kimia (CH3CHOHCOOH)n  merupakan  suatu polimer biodegradable yang diperoleh dari gabungan  monomer  asam  laktat.  PLA ditemukan pada tahun 1932 oleh Carothers yang  memproduksi  PLA  dengan  berat molekul rendah dengan memanaskan asam laktat  pada  kondisi  vakum.  PLA  termasuk kedalam  golongan  polimer  plastik  yang dapat  teruraikan  didalam  tanah  dalam jangka  waktu  yang  singkat.  Polimer  ini merupakan  bahan  serbaguna  yang  100% dibuat  dari  bahan  baku  alami  yang  seperti jagung,  pisang,  ubi,  gandum,  pisang kentang  dan  bahan-bahan  lainnya  yang memiliki  pati  dalam  jumlah  yang  banyak.
Poli  asam  laktat  mempunyai  potensi  yang sangat besar dikembangkan sebagai pengganti  plastik  konvensional  sebagai langkah  untuk  menunjukkan  kepedulian terhadap  lingkungan  dan  merosotnya persediaan  bahan  bakar.  PLA  diharapkan dapat  menjadi  bahan  alternatif  untuk pengganti  plastik  biasa  yang  terbuat  dari hidrokarbon.
Gambar 1. Paly Lactid Acid
Walaupun  PLA  sudah  dikenal sejak  abad  yang  lalu  namun  PLA  baru diproduksi secara komersial dalam beberapa tahun terakhir. Sebuah perusahaan  NatureWork  LLC  di  Amerika telah  mengembangkan  hak  paten  untuk memproduksi  polimer  berbahan  dasar asam  laktat  dengan  nama  PLA  dalam berbagai  tipe  dan  jenis.  Pembuatannya dilakukan  dengan  menggunakan  substansi lingkungan  berupa  bahan  pati  dari  jagung yang  menghasilkan  PLA  dalam  bentuk butiran atau biji plastik.
Tabel 1 Sifat Fisika dan Kimia Poly Asam Lactid
1.1.4 NKS/PLA Nanokomposit
Nanokomposit  merupakan  salah satu  kelompok  material  yang  terdiri  dari matriks  polimer  yang  diperkuat  dengan nanopartikel  organik  dan  anorganik  yang memiliki  setidaknya  satu  dimensi  dalam rentang
10 hingga 100 nm. Biodegradabilitas nanokomposit dapat dipertahankan dengan memanfaatkan bahan  polimer  dan  bahan  penguat  yang berasal  dari  sumber  daya  terbarukan. Bahan  nanokomposit  polimer  seperti biopolimer  menunjukkan  sifat  mekanik dan  fisik  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan  biopolimer  lain  karena  luas permukaan  yang  besar  dan  rasio  aspek partikel  nano  yang  tinggi.  Tantangan dalam  menghasilkan  nanokomposit  PLA berkinerja  tinggi  adalah  meningkatkan kompatibilitas  antara  nanoselulosa  dan matriks  polimer  PLA  untuk  memperbaiki dispersi partikel nanoselulosa. Nanocellulose diperkuat PLA
nanokomposit  umumnya  menunjukkan dispersi pengisi yang buruk dalam matriks PLA  karena  karakteristik  hidrofilik  dan hidrofobik  yang  berbeda  masing-masing. (Kian, L.K., dkk, 2018).

## KESIMPULAN
Pemanfaatan nanoselulosa semakin mendapat  perhatian  dari  berbagai  bidang penelitian,  terutama  bidang  nanokomposit polimer  karena  produk  serat  berbasis minyak  bumi  yang  semakin  berbahaya bagi  lingkungan.  Sementara  itu,  pencarian sumber  selulosa  alternatif  dari  berbagai tumbuhan menjadi minat untuk menghasilkan nanoselulosa dengan karakterisasi yang bervariasi sesuai dengan bidang aplikasi tertentu. Dalam kandungan ini serat kulit pohon yang panjang dan kuat dari  spesies  tumbuhan  secara  bertahap mendapatkan  posisinya  yang  luar  biasa  di
bidang ekstraksi nanoselulosa dan fabrikasi  nanokomposit.  Serat  tumbuhan atau  serat  selulosa dianggap sebagai agen penguat  yang  menjanjikan  dalam  matriks polimer  berbasis  bio  dalam  industri komposit polimer karena pembaharuannya, bobot  yang  ringan,  kekuatan  spesifik tinggi,  modulus  spesifik  tinggi  dan  biaya rendah.  Nanoselulosa  dari  serat  kulit pohon  adalah  penguat  yang  berpotensi untuk  polimer  untuk  meningkatkan  fitur polimer  dalam  bahan    nanokomposit  dan sangat  sesuai  dengan  permintaan  untuk berbagai aplikasi industri

## DAFTAR PUSTAKA
Putri, E., & Gea, S. (2018). Isolasi dan
Karakterisasi  Nanokistral  Selulosa dari Tandan Sawit (Elaeis
Guineensis  Jack). Elkawnie , 4 (1), 13-22.
Lamaming, J., Hashim, R., Sulaiman, O.,
Leh,  C.  P.,  Sugimoto,  T.,  & Nordin,  N.  A.  (2015).  Cellulose nanocrystals isolated from oil palm
trunk. Carbohydrate Polymers , 127 , 202-208.
Kian, L. K., Saba, N., Jawaid, M., &
Sultan,  M.  T.  H.  (2019).  A  review on  processing  techniques  of  bast fibers nanocellulose and its polylactic acid (PLA) nanocomposites. International journal of biological macromolecules , 121 , 1314-1328.
Hartati, N., Kemala, T., Sutriah, K., & Farobie,  O.  (2019).  Kompatibilitas Nanokristal Selulosa Termodifikasi Setrimonium Klorida (CTAC) dalam  Matriks  Poliasam  Laktat
sebagai  Material  Pengemas. Jurnal
Kimia  Sains  dan Aplikasi , 22 (4), 157-163.
Aulia, F. (2013). Studi penyediaan nanokristal  selulosa  dari  tandan kosong sawit (TKS). Saintia
Kimia , 1 (2).

## Suryani, Harry Agusnar, Basuki
Wirjosentono, Nurhanifa Aidy.
2017.  Improving  the  quality  of
biopolymer  (poly  lactic  acid)  with the  addition  of  bentonite  as  filler.
IOP  Conference  Series  Materials Science and
Engineering
222(1):012008.
https://doi.org/10.1088/1757- 899X/222/1/012008
Kargarzadeh, H., Mariano, M., Huang, J., Lin, N., Ahmad, I., Dufresne, A., &
Thomas, S. (2017). Recent developments on nanocellulose reinforced polymer nanocomposites: A review. Polymer , 132 , 368-393.
Julkapli, N. M., & Bagheri, S. (2017).
Progress
on nanocrystalline
cellulose  biocomposites. Reactive and  Functional  Polymers , 112 ,  9-
21.
Vinod, A., Siengchin, S., & Parameswaranpillai, J. (2020).
Renewable and sustainable
biobased  materials:  An  assessment on biofibers, biofilms, biopolymers
and biocomposites. Journal of
Cleaner Production , 120978.