## SINTESIS DAN KARAKTERISASI SELULOSA ASETAT (CA)
Synthesis and Characterization of Cellulose Acetate (CA)

## Fensia Analda Souhoka*, Jolantje Latupeirissa
Department of Chemistry, Faculty of Matemathic and Natural Sciences, Pattimura University, Jl. Ir. Putuhena No. Poka, Ambon 97233 - Indonesia
*Corresponding author, e-mail: fensia@fmipa.unpatti.ac.id
Received: Nov. 2017 Published: Jan. 2018

## ABSTRACT
Synthesis and characterization of cellulose acetate (CA) has been conducted. The cellulose used in this study is a commercial  -cellulose  in  92%  content.  All  the  CA  products  were  analyzed  by  FTIR  spectrometers. Determination of cellulose content was done using standart method of TAPPI T-203, while the determination of the degree of substitution (DS) was based on SNI 0444:2009 method. Conventional acetylation of cellulose was performed  using  glacial  acetic  acid,  anhydride  acetic  acid,  and  sulfuric  acid.  The  acetylation  at  25  C  for  2.5 hours gave the DS of 1.482 and at 40  C for 5 hours gave the higher DS 2.295.
Keywords : Acetylation, cellulose, cellulose acetate, degree of substitution

## PENDAHULUAN
Selulosa  merupakan  biopolimer  alami  yang sangat  berlimpah  di  alam.  Selulosa  merupakan polimer  rantai  lurus  dari  ratusan  hingga  puluhan ribu  ikatan  glikosida  β-(1,4)  unit  D-glukosa, yang  menyebabkan  molekul-molekul  selulosa membentuk  rantai  yang  saling  bersisian,  kokoh, dan  lurus  (Fessenden  dan  Fessenden,  1999). Selulosa tidak larut dalam air dan pelarut-pelarut umum,  karena  memiliki  ikatan  hidrogen  yang kuat,  baik  intramolekul  maupun  antarmolekul. Sebab  itu,  telah  dilakukan  modifikasi  struktur selulosa  supaya  larut  dalam  air  dan  pelarut lainnya, sehingga turunannya banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang.
Proses  modifikasi  selulosa  dapat  dilakukan dengan  cara  esterifikasi  dan  eterifikasi  terhadap gugus  hidroksil  dari  selulosa  (Kamel et  al. , 2008). Esterifikasi selulosa dilakukan menggunakan  asam  asetat,  asam  nitrat,  asam sulfat,  dan  asam  fosfat.  Selulosa  trinitrat  dapat digunakan sebagai smokeless gunpowder , sedangkan  selulosa  asetat  umumnya  dapat digunakan  untuk  beberapa  jenis  film  dan  bahan pelapis. Selulosa asetat juga dimanfaatkan dalam aplikasi  kedokteran,  farmakologi,  perlakuan limbah, kromatografi, dan tekstil tiruan (Wang et al ., 2009).
Selulosa  asetat  adalah  selulosa  yang  gugus hidroksilnya  diganti  oleh  gugus  asetil.  Selulosa asetat  berbentuk  padatan  putih,  tak  beracun,  tak
berasa,  dan  tak  berbau  (SNI  0444:  2009). Selulosa  asetat  mempunyai  nilai  komersial  yang tinggi  karena  memiliki  karakteristik  fisik  dan optik  yang  baik,  sehingga  banyak  digunakan sebagai  serat  untuk  tekstil,  filter  rokok,  plastik, film fotografi, lak, pelapis  kertas, dan membran . Di samping itu, CA mempunyai daya tarik  yang tinggi  karena  sifatnya  yang biodegradable sehingga ramah lingkungan.
Gaol, dkk. (2013), membuat CA dari tandan kosong  kelapa  dengan  variasi  waktu  asetilasi, diperoleh  waktu  maksimum  2,5  jam  dengan  DS 1,68.  Dalam  skala  industri,  CA  diproduksi melalui dua cara, yaitu menggunakan asam asetat sebagai agen asetilasi sekaligus pelarut dan asam sulfat sebagai katalis, atau melalui proses metilen klorida yang menggunakan asam asetat anhidrida sebagai  agen  asetilasi,  dan  metilen  klorida sebagai pelarut, serta asam sulfat sebagai katalis. Reaksi  asetilasi  selulosa  ditunjukkan  pada Gambar 1.

## Gambar 1 Reaksi asetilasi selulosa
Pada  penelitian  ini  dilakukan  sintesis  selulosa asetat  melalui  reaksi  esterifikasi  (asetilasi)
 -selulosa  dan  karakterisasi  CA  meliputi penentuan  kadar  air,  kadar  asetil  dan  DS, identifikasi gugus fungsi menggunakan spektrometer  FTIR,  serta  sifat  kelarutannya dalam pelarut air, alkohol, aseton, dan kloroform. Selulosa asetat hasil sintesis diharapkan  dapat  diaplikasikan  sebagai  bahan dasar  pembuatan  film  atau  membran  pada penelitian selanjutnya.

## METODOLOGI

## Bahan
Bahan dasar yang digunakan dalam penelitian ini adalah  -selulosa komersil (Sigma, CAS  Number  9004-34-6).  Bahan-bahan  lain yang digunakan dengan kualitas pro analisis dari Merck,  yaitu  natrium  hidroksida  (NaOH),  asam asetat  (CH 3 COOH),  etanol  (C 2 H 5 OH),  asam asetat  glasial  (CH 3 COOH),  natrium  asetat (CH 3 COONa),  metanol  (CH 3 OH),  asam  asetat anhidrida  (CH 3 CO) 2 O,  asam  sulfat  (H 2 SO 4 ), indikator  pp,  asam  klorida  (HCl),  akuades, aseton (CH 3 ) 2 CO, kloroform (CHCl 3 ), aluminium foil, pH universal, dan kertas saring.

## Alat
Alat-alat  yang  digunakan  dalam  penelitian antara  lain  peralatan  gelas  laboratorium  ( pyrex ), hot  plate (Cimarec  1),  pengaduk  magnet,  cawan porselin,  oven  (Memert),  timbangan  analitik (Ohaus),  satu  set  alat  titrasi,  dan  desikator. Instrumentasi  kimia  yang  digunakan  adalah spektrometer  infra  merah  (FTIR,  Shimadzu Prestige-21).

## Prosedur Kerja Preparasi Sampel
Sebelum sintesis CA dilakukan karakterisasi meliputi  penentuan  kadar  -selulosa,  penentuan kadar  air,  dan  identifikasi  gugus  fungsi  dengan spektrometer FTIR sebagai data awal.
Penentuan kadar  -selulosa Sebanyak 1,5 g sampel, 50 mL NaOH 7,5% (b/v), dan 300 mL akuades dimasukkan ke dalam beker  gelas  500  mL  yang  telah  dilengkapi pengaduk  magnet, kemudian  diaduk dan didiamkan.  Endapan  yang  terbentuk  disaring, ditambahkan  40  mL  CH 3 COOH  10%  (v/v), didiamkan  selama  5  menit,  dicuci  menggunakan 25 mL etanol 96% (v/v), diletakkan dalam cawan porselin  dan  dikeringkan  dalam  oven  pada
temperatur 105  C hingga massa konstan. Serbuk selulosa kering  ditimbang  dan  dilakukan perhitungan kadar selulosa menggunakan rumus:

## Penentuan kadar air
Cawan  petri  kosong  dikeringkan  selama 1  jam  di  dalam  oven  pada  suhu  103  C, kemudian  didinginkan  dalam  desikator,  lalu ditimbang beratnya (W1). Setelah itu, ditambahkan  1  g  sampel  (W2),  dikeringkan  di dalam  oven  pada  suhu  103  C  selama  2  jam, kemudian  didinginkan  dalam  desikator,  setelah itu ditimbang beratnya (W3).
Identifikasi gugus fungsi dengan spektrometer FTIR
Sampel  yang  akan  dianalisis  dipreparasi dalam  bentuk pellet KBr  dengan  perbandingan 1:100 (b/b).

## Sintesis CA (Gaol dkk., 2013)
Sebanyak  masing-masing  2  g  -selulosa dimasukkan  ke  dalam  labu  alas  bulat  lalu ditambahkan  100  mL  asam  asetat  glasial, kemudian  diadukselama  3  jam.  Selanjutnya ditambahkan  masing-masing  30  mL  asam  asetat anhidrit dan 6 tetes asam sulfat pekat, kemudian campuran diaduk (dengan variasi suhu 25  C; 2,5 jam dan 40  C; 5 jam). Setelah itu, ditambahkan 4,5  mL  akuades  dan  10  mL  asam  asetat  glasial sambil diaduk selama 30 menit. Lalu ditambahkan  2  g  natrium  asetat  sambil  diaduk selama  5  menit.  Campuran  dicuci  dengan akuades  hingga  netral,  lalu  direndam  dalam metanol  selama  10  menit.  Hasil  yang  diperoleh disaring  dan  dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu 50  C,  kemudian  digerus  menjadi  serbuk. Selanjutnya  dilakukan  analisis  kadar  air,  kadar asetil  dan  DS,  identifikasi  gugus  fungsi  dengan spektrometer  FTIR , serta  penentuan  kelarutan CA.

## Penentuan kadar asetil dan DS
Sebanyak  1  g  serbuk  CA  hasil  sintesis dimasukkan ke dalam Erlenmeyer dan ditambahkan  dengan  40  mL  etanol  75% kemudian  dipanaskan  dalam  penangas  air  pada
suhu  55  C  selama  30  menit.  Selanjutnya Erlenmeyer dikeluarkan dari penangas, kemudian ditambahkan 40 mL NaOH 0,5 N lalu dipanaskan  kembali  pada  suhu  55  C  selama  30 menit.  Erlenmeyer  ditutup  dengan alumunium foil dan  didiamkan  selama  72  jam.  Kemudian ditambahkan  2  tetes  indikator  pp  dan  dititrasi dengan HCl 0,5 N (dicatat banyaknya HCl  yang terpakai).  Erlenmeyer  ditutup  kembali  dengan alumunium  foil dan  didiamkan  selama  24  jam. Kemudian  dititrasi  dengan  NaOH  0,5  N  (dicatat banyaknya  NaOH  yang  terpakai).  Perlakuan yang sama untuk blanko namun tanpa penambahan  serbuk  CA.  Kadar  asetil  dihitung dengan rumus:
X = [(D-C)Na + (A-B)Nb] x (F/W)
Sedangkan DS dihitung menggunakan rumus:
di mana:
X = kadar asetil (%) A = volume NaOH yang terpakai untuk titrasi sampel (mL) B = volume NaOH yang terpakai untuk titrasi blanko (mL)
C  = volume HCl yang terpakai untuk titrasi sampel (mL) D  = volume HCl yang terpakai untuk titrasi blanko (mL) Na  =  Normalitas HCl Nb  =  Normalitas NaOH F =  4,305 W  =  Berat sampel

## Penentuan kelarutan CA
Sampel  CA  hasil  sintesis  dilarutkan  dalam beberapa  pelarut,  yaitu  air,  alkohol,  kloroform, dan aseton kemudian dicatat hasilnya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan kadar  -selulosa dan kadar air Berdasarkan  hasil  perhitungan,  diperoleh serbuk  -selulosa kering sebanyak 1,38 g dengan kadar  selulosa  92%.  Kadar  air  dalam  -selulosa komersil  adalah  0,358%.  Serbuk  -selulosa  ini digunakan  untuk  sintesis  CA  dan  karakterisasi pada tahapan selanjutnya.
Identifikasi
gugus fungsi dengan
spektrometer FTIR
Analisis  FTIR  dilakukan  terhadap  sampel  -selulosa  dan  CA  hasil  sintesis.  Spektra  yang dihasilkan  dianalisis  secara  kualitatif  untuk menginterperasikan gugus fungsi yang terkandung dalam masing-masing sampel.
Analisis  dilakukan  dengan  cara  membandingkan spektra  yang  diperoleh  dengan  hasil  penelitian sebelumnya,  seperti  disajikan  pada  Tabel  1. Souhoka  (2013),  telah  melakukan  analisis  FTIR  -selulosa hasil isolasi dari limbah sagu.
Tabel 1. Perbandingan hasil analisis spektra FTIR  - selulosa dengan yang dilaporkan oleh Souhoka (2013)
Bilangan Gelombang (cm -1 ) Keterangan Eksperimen Souhoka (2013) 3394-3332 2887 1658 1433
1336 1242 1153
1045
898 3448 2931 1635
1427 1373
1242 1157 1026 856 -OH C sp3 -H H-O-H (air terserap) -CH 2 - >CH- C-O eter
C-O-C eter C-O alkohol Ikatan β- glikosida

## Sintesis CA
Serbuk  -selulosa direaksikan dengan asam asetat  glasial  selama  3  jam.  Proses pretreatment
ini bertujuan untuk melemahkan gaya intramolekul  dan  intramolekul  berupa  ikatan hidrogen yang cukup kuat pada rantai lignoselulosa.  Pelemahan  ikatan  hidrogen  oleh pelarut asam didasarkan oleh  adanya sifat protik hidrofilik  dari  pelarut  yang  digunakan.  Ion  H + bertindak  sebagai  proton  yang  akan  menyerang ikatan pada struktur selulosa, sehingga melemahkan ikatan hidrogen (Lismeri, 2016).
Selanjutnya  proses  asetilasi  dilakukan dengan  menggunakan  asam  asetat  anhidrit  dan asam  sulfat  pekat.  Pada  penelitian  ini  dilakukan variasi  suhu  dan  waktu  reaksi,  di  mana eksperimen  1  (Suhu  25  C;  2,5  jam)  dan eksperimen  2  (40  C;  5  jam).  Setelah  itu, dihidrolisis  menggunakan  akuades  dan  asam asetat  glasial  Campuran  dicuci  dengan  akuades hingga  netral,  lalu  direndam  dalam  metanol. Hasil  yang  diperoleh  disaring  dan  dikeringkan, kemudian  digerus  menjadi  serbuk.  Diperoleh serbuk putih CA seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. CA hasil sintesis
Salah  satu  cara  analisis  kualitatif  untuk mengetahui  keberhasilan  dari  reaksi  asetilasi adalah dengan mengidentifikasi perubahan gugus fungsi setelah penambahan gugus asetil.
Identifikasi  gugus  fungsi  dengan  spektrometer FTIR ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Spektra FTIR selulosa dan CA
Secara  garis  besar,  spektra  FTIR  CA  hasil eksperimen  1  menunjukkan  serapan  yang  sama dengan spektra IR  -selulosa. Hal ini mengindikasikan  bahwa  reaksi  esterifikasi  pada proses  sintesis  belum  berjalan  dengan  baik  pada suhu  25  C  selama  2,5  jam.  Serapan  melebar pada  bilangan  gelombang  3257-3375  cm -1 merupakan  karakterisitik  gugus  hidroksi  (-OH) dari selulosa yang belum tersubstitusi oleh gugus asetil.  Oleh  karena  itu,  dilakukan  sintesis  CA pada suhu 40  C selama 5 jam.
Tabel 2 Perbandingan hasil analisis spektra FTIR selulosa hasil isolasi dengan yang dilaporkan oleh Gaol, dkk. (2013)
Bilangan Gelombang (cm -1 ) Keterangan Eksperimen 1 Eksperimen 2 Gaol, dkk. (2013) 3257 2941 2889 - 1242 3294 2943 2885 1730 1246 3400 2950 2860 1750 1235 -OH C sp3 -
Hasimetrik C sp3 -H simetrik C=O ester -C-O asetil
Berdasarkan hasil analisis, terlihat perbedaan  yang  signifikan  pada  spektra  FTIR CA hasil eksperimen 2. Intensitas serapan gugus hidroksi      (-OH)  menurun  sedangkan  serapan gugus  asetil  meningkat.  Adanya  serapan  pada bilangan  gelombang  1730  cm -1 yang  merupakan karakteristik  dari  gugus  karbonil  (-C=O)  ester. Hal  ini  menunjukkan  bahwa  secara  kualitatif selulosa  telah  mengalami  reaksi  esterifikasi, sehingga produk CA telah terbentuk. Perbandingan  hasil  analisis  spektra  FTIR  CA hasil sintesis dengan  yang dilaporkan oleh Gaol,
dkk.  (2013)  disajikan  pada  Tabel  2.  Untuk membuktikan  telah  terjadi  reaksi  esterifikasi terhadap  selulosa  secara  kuantitatif,  dilakukan penentuan kadar asetil dan DS terhadap CA hasil eksperimen 1 dan 2.

## Penentuan kadar asetil dan DS
Analisis  kadar  asetil  bertujuan  untuk mengetahui  jenis  selulosa  asetat  yang  dihasilkan termasuk  monoasetat,  diasetat,  atau  triasetat. Penentuan  kadar  asetil  didasarkan  pada  reaksi saponifikasi,  yaitu  reaksi  antara  basa  dan  ester asetat  membentuk  sabun  dan  asam  asetat (Fessenden  dan  Fessenden,  1999).  Pengaruh kondisi  reaksi  asetilasi  terhadap  kadar  asetil  dan DS CA hasil sintesis disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3 Kadar asetil dan DS selulosa asetat hasil sintesis
No Suhu (  C) Waktu (jam) CA (g) Kadar air (%) Kadar asetil (%) DS 1 2 25 40 2,5 5 2,34
1,64 93,22 91,11 28,413 38,207 1,482 2,295
Data  di  atas  menunjukkan  bahwa  DS  CA meningkat dengan bertambahnya waktu dan suhu reaksi,  namun  jumlah  CA  yang  dihasilkan berkurang.  Hal  ini  disebabkan  karena  pada  suhu yang  tinggi  mulai  terbentuk  gel.  Kadar  asetil berbanding  lurus  dengan  DS.  Meningkatnya  DS selulosa asetat akan meningkatkan titik lelehnya . Titik  leleh  dari  selulosa  asetat  adalah  170- 240 o C.
Selulosa  asetat  dengan  DS  0-2,0  dan kandungan  asetil  13-18,6%  tergolong  dalam selulosa  monoasetat,  selulosa  diasetat  memiliki DS  2,0-2,8  dengan  kandungan  asetil  35-43,5%, sedangkan selulosa triasetat memiliki DS 2,8-3,5 dan  kandungan  asetil  43,5-44,8%.  Berdasarkan nilai  DS,  maka  jenis  selulosa  yang  dihasilkan yaitu  monoasetat  dan  diasetat.  Selulosa  mono asetat  digunakan  dalam  pembuatan  plastik  dan cat leker, sedangkan selulosa diasetat dimanfaatkan dalam pembuatan benang dan film fotografi (Fengel dan Wegener, 1995).

## Penentuan kelarutan CA
Selulosa  asetat  hasil  sintesis  tidak  larut dalam air dan kloroform, tapi sedikit larut dalam etanol dan aseton.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan,  maka  dapat  ditarik  kesimpulasn sebagai berikut:
1. Selulosa  asetat  (CA)  dapat  disintesis  melalui reaksi  esterifikasi  -selulosa  menggunakan asam asetat glasial, asam asetat anhidrida dan asam  sulfat  pekat.  Diperoleh  DS  CA  1,482 (suhu 25  C, waktu 2,5 jam) dan 2,295 (suhu 40  C, waktu 5 jam).
2. Karakterisasi CA hasil sintesis yaitu kadar air (0,322  dan  0,3111%),  kadar  asetil  (28,413 dan  38,207%),  indentifikasi  gugus  fungsi dengan FTIR diperoleh serapan pada bilangan gelombang 3257-3375 cm -1 (-OH), 1730 cm -1 C=O  (ester),  1242-1246  cm -1 (C-O  asetil).
Selulosa asetat hasil sintesis tidak larut dalam air  dan  kloroform,  tapi  sedikit  larut  dalam etanol dan aseton.

## DAFTAR PUSTAKA
Fessenden,  R.  J.,  dan  Fessenden,  J.  S.,  1999,
Kimia Organik , diterjemahkan oleh Pudjaatmaka,  A.  H.,  Jilid  2,  edisi  ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta. Fengel, D. dan Wegener, G., 1995, Kayu: Kimia, Ultrastruktur,
Reaksi-reaksi , edisi
Indonesia,  diterjemahkan  oleh  Hardjono Sastrohamidjojo,  Univeritas  Gadjah  Mada Press, Yogyakarta.
Gaol, M. R. L. L., Sitorus, R., Yanthi, S., Surya, I.,  dan  Manurung,  R.,  2013,  Pembuatan Selulosa  Asetat  dari  -Selulosa  Tandan Kosong Kelapa Sawit, Jurnal Teknik Kimia , USU, 2 (3), 33-39.
Kamel, S., Ali, N., Jahangir K., Shah, S. M., El-
GendyA. A., 2008, Pharmaceutical significance of cellulose: A review. Express Polymer Letters , 2(11), 758-778.
Lismeri, L., Zari, P. M., Novarani, T., dan Darni, Y.,  2016,    Sintesis  Selulosa  Asetat  dari Limbah Batang Ubi Kayu. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan , 11(2), 82-91.
Souhoka,  F.  A.,  2013,  Metilasi Green Selulosa Menggunakan  Dimetil  Karbonat  (DMC) dengan  Teknik  Sonokimia  dan  Gelombang Mikro, Tesis ,  Jurusan  Kimia  FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.