ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 157 – 163

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Kompatibilitas Nanokristal Selulosa Termodifikasi Setrimonium Klorida (CTAC) dalam Matriks Poliasam Laktat sebagai Material Pengemas
Nina Hartati a,* , Tetty Kemala a , Komar Sutriah a , Obie Farobie a
a Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, Jl. Tanjung kampus IPB Dramaga, Bogor 16680, Indonesia
* Corresponding author: ninahartati01@gmail.com
https://doi.org/10.14710/jksa.22.4.157-163
Art ic le   Info

## Ab s t rac t
Article history:
Received: 9 June 2019
Revised: 5 July 2019 Accepted: 20 July 2019 Online: 31 July 2019
Keywords:
CTAC; cellulose nanocrystalline; polylactic acid, mechanical properties
Title: Compatibility  of  Celluloce  Nanocrystal  Modified  Cetrimmonium  Chloride (CTAC) in Polylactic Acid Matrix as Packaging Material
Growth of population increases the consumption of  nonbiodegradable plastic which causes waste buildup. Diversion of plastic material from nonbiodegradable material to biodegradable  is  an  important  alternatif.  PLA  is  a  plastic  polymer  that  is  easily degraded but very brittle. Palm oil waste containing oil palm empty bunches has the potential  as  a  reinforcement  material  because  the  cellulose  content  is  30-40%. Minimizing size  to nanoscale will increase the surface area and dispersion ability of cellulose dispersibility into the PLA polymer matrix, thus increasing compatibility in terms  of  and  mechanical  properties  and  surface  morphology  of  the  composite. Hydrolysis  by  strong  acid  and  centrifugation  at  5000  rpm  succeeded  in  making cellulose nanocrystal with index of polidisperse 0.5 and average particle diameter of 7.967  nm.  CTAC  as  a  solubilizer  and  surface  modifier  agent  successfully  made interaction to cellulose nanocrystal as confirmed on absorption at wave number 2850 cm -1 , 2960 cm -1 and 720 cm -1 . Modified At the fixed CTAC concentration of 0.2 mol, the best mechanical properties of CNC-PLA composites were obtained in the composition ratio of 90: 10 with tensile strength of 26.295 MPa, elongation break of 68.18%, and Young modulus of 0.387 Gpa. The greater the CTAC added to nanocrystal cellulose, the lower  the  reinforcement  value  and  the  less  reduction.  Based  on  the  results  of morphology  surface  characterization,  PLA  surfaces  required  for  degradation  were obtained.

## Ab s t rak
Kata Kunci: CTAC; nanokristal selulosa; poliasam laktat; sifat mekanik Pertumbuhan  jumlah  penduduk  meningkatkan  konsumsi  plastik  nonbiodegradable yang  menyebabkan  penumpukan  sampah.  Pengalihan  bahan  plastik  dari  yang  tidak dapat terurai dengan plastik yang mudah terurai penting dilakukan. PLA merupakan polimer plastik  yang  mudah  terurai  namun  bersifat  rapuh.  Limbah  industri  minyak kelapa  sawit  yang  berupa  tandan  kosong  kelapa  sawit  memiliki  potensi  sebagai reinforcement material  karena  kandungan  selulosanya  sebesar  30-40%.  Perkecilan ukuran  menjadi  skala  nano  akan  meningkatkan  luas  permukaan  dan  kemampuan dispersi  selulosa  ke  dalam  matriks  PLA,  sehingga  meningkatkan  kompatibilitas ditinjau  dari  sifat  mekanik  dan  morfologi  permukaan  pada  kompositnya.  Hidrolisis asam kuat selulosa dan sentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm berhasil mendapatkan nanokristal  selulosa  dengan  persen  kristalin  sebesar  %.  Ultrasonikasi  nanoselulosa kristalin menghasilkan partikel dengan diameter rerata 7,967 nm. CTAC sebagai agen solubilizer dan  pemodifikasi  permukaan  berhasil  membentuk  interaksi  dengan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 157 – 163
nanokristal selulosa yang terekam pada bilangan gelombang 2850 cm -1 , 2960 cm -1 dan 720 cm -1 . Nanokristal selulosa yang dimodifikasi CTAC membentuk komposit CNCs- PLA dengan sifat mekanik yang lebih baik dari PLA murni. Pada jumlah CTAC tetap 0,2 mol, sifat mekanik komposit CNC-PLA terbaik diperoleh pada komposisi rasio 90 : 10 dengan kekuatan tarik 26,295 MPa, perpanjangan putus 68,18%, dan keteguhan tarik 0,387 Gpa. Semakin besar konsentrasi CTAC yang memodifikasi nanokristal selulosa, semakin rendah nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putusnya. Hasil karakterisasi morfologi  permukaan,  menunjukkan  adanya  degradasi  pada  permukaan  PLA  yang menyebabkan penurunan sifat mekanik komposit tersebut.

## 1. Pendahuluan
Tingginya  penggunaan  plastik nonbiodegradable sebagai  pengemas  oleh  masyarakat  di  Indonesia, menyebabkan  Indonesia  berada  pada  posisi  kedua sebagai  penghasil  limbah  plastik  terbanyak  di  dunia. Berdasarkan  data  yang  dike  luarkan  Kementrian Lingkungan  Hidup  dan  Kehutanan  (KLKH),  pada  tahun 2019 diperkirakan sampah plastik yang ada di Indonesia mencapai  9,52  juta  ton.  Penumpukan  sampah  ini  akan berdampak  pada  tingkat  kesuburan  tanah.  Plastik  yang banyak  digunakan  sekarang  ini  berasal  dari  turunan minyak  bumi  dengan  waktu  penguraiannya  yang  lama. Penggunaan  plastik biodegradable beberapa  tahun terakhir  menjadi  solusi  untuk  mengatasi  pencemaran tersebut. Namun, plastik biodegradable yang berkembang saat  ini  berasal  dari  perpaduan  polimer  alam  dengan polimer  sintesis  (polipropilena,  polietilena,  dan polistirena). Perpaduan kedua polimer ini kurang efektif karena degradasinya hanya bersifat parsial yang artinya hanya  polimer  alam  yang  akan  terdegradasi  terlebih dahulu.
Polimer-polimer  sintesis  seperti  poliasam  laktat (PLA), polihidroalkanoat  (PHA), polivinil  alkohol (PVA), dan  polibutilena  suksinat  (PBS)  merupakan  polimer sintesis yang bersifat biodegradable . Polimer-polimer ini bersifat biocompatible dan  mudah  diproses  serta  tidak berbahaya  ketika  terdegradasi  ke  alam  [1,  2,  3]. Penggunaan  PLA  sebagai  pengemas  memiliki  kelebihan selain sifatnya yang tidak hanya biodegradable tetapi juga nontoksik  karena  banyak  digunakan  dalam  bidang biomedis  dan  nilai  kekuatan  tariknya  yang  sebanding dengan polipropilena dan polietilena. Namun, kelemahan dari  PLA  ini  adalah  kerapuhannya  yang  tinggi  dengan nilai  elongasi  4-7%  dan  kekuatan  impaknya  hanya sekitar 2,6 kJ/m 2 [3].
Nanokristal  selulosa  dapat  dijadikan  sebagai  agen penguat  ( reinforcement )  untuk  meningkatkan  sifat mekanis dari PLA karena memiliki aspek rasio yang tinggi [4].  Salah  satu  biomassa  yang  mengandung  banyak selulosa  adalah  tandan  kosong  kelapa  sawit  dengan persentase selulosa 30-40%, hemiselulosa 20-25%, dan lignin  20-35%  [5,  6].  Nanokristal  selulosa  merupakan selulosa  dengan  ukuran  lebar  3-20  nm  dan  panjangnya 50-500  nm  dengan  persentase  kristalin  mencapai  65- 90%  [7].  Nanokristal  selulosa  umumnya  dihidrolisis secara asam sehingga menyebabkan perubahan sebagian gugus  hidroksil  menjadi  gugus  ester  sulfat  [8]. Keberadaan  gugus  hidroksil  menyebabkan  nanokristal selulosa  bersifat  hidrofilik  sehingga  kompatibilitasnya
dengan matriks polimer yang bersifat hidrofobik sangat rendah.
Modifikasi  permukaan  selulosa  dapat  dilakukan dengan beberapa cara.Penggunaan surfaktan adalah cara yang  paling  sederhana  namun  efektif  dan  efisien  [9]. Surfaktan kationik memiliki interaksi paling baik antara gugus  amina  dari  surfaktan  dengan  gugus  ester  sulfat pada nanokristal selulosa [10]. Nanokristal selulosa yang dimodifikasi  dengan  surfaktan  kationik  membentuk suspensi yang stabil di dalam etanol serta viskositasnya lebih tinggi dari nanokristal murni tanpa mempengaruhi sifatnya sebagai penguat [8, 11].
Modifikasi permukaan nanokristal selulosa meningkatkan interaksi antara filler dan matriks karena adanya  perpindahan  tegangan  dari  nanokristal  selulosa yang lebih kaku ke matriks  PLA. Berbeda halnya dengan Bondenson  [12],  penambahan  nanokristal  selulosa dengan  surfaktan  ke  dalam  matriks  PLA  menyebabkan degradasi  rantai  polimer  dari  PLA  dan  surfaktan  tidak membentuk miscelle sehingga  menurunkan  nilai kekuatan tariknya.
Penggunaan sebagian surfaktan kationik memberikan beberapa efek negatif karena bersifat toksik terhadap lingkungan. Namun CTAC merupakan surfaktan kationik  yang  biasa  digunakan  dalam  industri  kosmetik dan  perlengkapan  rumah  tangga  sehingga  aman  untuk digunakan  dalam  konsentrasi  yang  kecil.  Lin dkk. [13] melaporkan  bahwa  CTAC  dalam  konsentrasi  rendah sangat baik dalam memodifikasi permukaan karbon aktif, zeolit,  silika,  dan  monmorilonit.  Atas  dasar  inilah penelitian  ini  menggunakan  surfaktan  CTAC  yang diharapkan memiliki kerja yang baik seperti halnya pada material lainnya.

## 2. Metode Penelitian

## 2.1. Bahan dan Alat
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini antara lain serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) yang berasal dari PT Permata Subur Lestari Kalimantan Barat, H 2 SO 4 (p.a.  98%),  HNO 3 (p.a.63%),  H 2 O 2 (37%)  dibeli  di Merck,  NaNO 2 ,  NaOH,  Na 2 SO 3 ,  NaOCl  (teknis), Poliasamlaktat  (PLA,  3001D,  BM=  72000  g/mol, Naturework  USA),  setiltrimetilamonium  klorida  (CTAC, CH 3 (CH 2 ) 15 N(CH 3 ) 3 Cl, 30%, PT Cognis), Dichloromethane dibeli dari Bratachem.
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Fourier  Transform  Infra-Red (Perkin  Elmer  Spectrum One), alat penguji sifat mekanik Universal Testing Machine (Instron  3369), Particle Size  Analyzer (PSA, Malvern), X-
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 157 – 163 159
Ray Diffraction (XRD), peralatan gelas, pengaduk magnet, hotplate, Centrifuge (Hermle  Labnet  Z  206  A), Ultrasonikator, indikator pH universal.

## 2.2. Isolasi nanokristal selulosa dari tandan kosong kelapa sawit
Isolasi  selulosa  dari  tandan  kosong  kelapa  sawit mengacu  pada  prosedur  yang  telah  dilakukan Ohwoavworhua dan Adelakun [14]. Serbuk TKKS dengan ukuran  60  mesh  dimasukkan  ke  dalam  gelas  piala, ditambahkan  larutan  HNO 3 3,5%  (v/v)  dan  NaNO 2 kemudian  dipanaskan  di  atas hot  plate pada  suhu  90 ° C selama  2  jam.  Larutan  kemudian  disaring  dan  ampas serat  dicuci  hingga  netral.  Selanjutnya  ditambahkan dengan  larutan  yang  mengandung  NaOH  2%  (b/v)  dan Na 2 SO 3 2%  (b/v)  kemudian  dipanaskan  pada  suhu  50 ° C selama  1  jam.  Larutan  kemudian  disaring  dan  ampas dicuci  hingga  netral.  Pemutihan  menggunakan  larutan NaOCl 1,75% (v/v) yang dilakukan pada suhu 70°C selama 30  menit,  kemudian  disaring  dan  ampas  dicuci  hingga netral.  Pemutihan  selanjutnya  menggunakan  H 2 O 2 10%
(v/v)yang  dipanaskan  pada  suhu  60°C,  kemudian disaring  dan  selulosa  yang  dihasilkan  dicuci.  Hasil  yang berupa α -selulosa dikarakterisasi menggunakan FTIR.
Isolasi nanokristal selulosa mengikuti prosedur yang telah  dilakukan  Dasan dkk. [15]  dengan  bebrapa modifikasi. α selulosa dilarutkan ke dalam larutan H 2 SO 4 48%  (v/v)  dan  dipanaskan  pada  suhu  45°C  selama  25 menit  sambil  diaduk  menggunakan  pengaduk  magnet. Kemudian larutan didinginkan dan ditambahkan dengan aquadest  2  kali  lebih  banyak  dari  jumlah  asam,  lalu didiamkan  selama  satu  malam  hingga  terbentuk suspensi. Suspensi yang terbentuk disentrifugasi dengan kecepatan  5000  rpm  selama  20  menit  untuk menghilangkan  asam  yang  tersisa  dan  diultrasonikasi selama  10  menit.  Nanokristal  yang terbentuk dikarakterisasi menggunakan FTIR, PSA, dan XRD.

## 2.3. Modifikasi permukaan nanokristal selulosa
Modifikasi  mengacu  pada  Kaboorani  dan  Riedl  [8], sebanyak  5%  (m/v)  nanokristal  selulosa  dimasukkan  ke dalam  gelas  piala  dan  ditambahkan  0,2  mol  CTAC. Larutan  tersebut  diaduk  selama  3  jam.  Setelah  reaksi selesai,  nanokristal  selulosa  yang  telah  dimodifikasi kemudian  disentrifugasi  dengan  kecepatan  5000  rpm selama 15 menit. Untuk proses pengeringan, nanokristal selulosa dimasukkan ke dalam oven pada suhu 35°C dan dikeringkan pada suhu kamar. Nanokristal selulosa yang telah  termodifikasi  dikarakterisasi  menggunakan  FTIR. Proses  yang  sama  dilakukan  untuk  variasi  konsentrasi CTAC  0,3mol  dan  0,4  mol  Variasi  penambahan  CTAC dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini
Tabel 1 . Variasi penambahan CTAC Nanokristal selulosa (%) CTAC (mol) Kode 5 0,2 CNCs(2) 5 0,3 CNCs(3) 5 0,4 CNCs(4)

## 2.4. Pembuatan plastik dari PLA-CNC termodifikasi CTAC
Pembuatan  film  komposit  dilakukan  secara solution casting . PLA dilarutkan ke dalam pelarut Dichloromethane sambil diaduk menggunakan pengaduk magnet  pada  suhu  kamar  selama  2  jam  hingga  larut sempurna.  Kemudian,  nanokristal  selulosa  yang  telah dimodifikasi  yang  memiliki  persen  transmitan  terbaik didispersikan ke dalam larutan PLA dan diaduk selama 1 jam  hingga  membentuk  larutan  homogen.  Larutan dituang  di  atas  cetakan  yang  berukuran  10x15  cm 2 kemudian  dikeringkan  pada  suhu  ruang  dan  diuji kinerjanya. Rasio antara PLA dengan nanokristal selulosa dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 . Komposisi komposit PLA dengan nanokristal
selulosa Komposit PLA Nanokristal selulosa Nanokristal selulosa termodi- fikasi A (PLA murni) 100 0 - B (PLA: CNC) 90 10 - C (PLA: CNC) 80 20 - D (PLA: CNC) 70 30 - E (PLA : CNCs (2) 90 - 10 F (PLA: CNCs (2) 80 - 20 G (PLA: CNCs (2) 70 - 30 H (PLA: CNCs (3) 90 - 10 I (PLA: CNCs (3) 80 - 20 J (PLA: CNCs (3) 70 - 30 2.5. Analisis ukuran partikel Pengukuran partikel nanokristal selulosa menggunaan particle  size  analyser dilakukan  dengan metode dynamic  light  scattering. Nanokristal  selulosa dilarutkan  di  dalam  akuades  hingga  terbentuk  larutan putih. Larutan ini dituang ke dalam kuvet sekali pakai dan selanjutnya  kuvet  yang  berisi  larutan  diletakkan  dalam wadah sampel dari alat analisa partikel Mastersize 3000 MALVERN  Instrument.  Hasil  pengukuran  berupa  grafik dari distribusi partikel terhadap diameter partikel.

## 2.6. Analisis XRD
Analisis X-ray  difraction (XRD)  dilakukan  untuk mengetahui  struktur  kristalin  dan  amorf  sampel.  Uji dilakukan  menggunakan  XRD Bruker  D8  dengan  radiasi K α Cu  ( λ =1.54060).  Sampel  diletakkan  pada  tempat sampel  dan  analisis  dilakukan  pada  kondisi  operasional 40 kV dan 35 mA.

## 2.7. Uji kekuatan tarik (ASTM D638 2005)
Uji  kekuatan  tarik  menggunakan  alat  Instron  3369 dengan  kecepatan  25,00000  mm/min.  Film  yang dihasilkan selanjutnya dipotong dengan ukuran 120 mm x  20  mm.  Kedua  ujung  sampel  film  diletakkan  pada penjepit  pada  mesin  penguji.  Selanjutnya, panjang  awal dicatat dan ujung tinta pencatat diletakkan pada posisi 0 dalam  grafik.  Tombol start  ditekan  hingga  alat  menarik sampel  sampai  putus.  Pengukuran  perpanjangan  putus
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 157 – 163
dilakukan  dengan  cara  yang  sama  pada  pengujian kekuatan tarik.

## 3. Pembahasan

## 3.1. Karakteristik nanokristal selulosa
Isolasi  nanokristal  selulosa  melibatkan  reaksi hidrolisis α -selulosa  oleh  asam  kuat  H 2 SO 4 48%.  Proses hidrolisis  merupakan  proses  yang  paling penting  dalam isolasi  nanokristal  selulosa.  Spektrum  FT-IR  dari α - selulosa  dan  nanokristal  selulosa  pada  Gambar  1. Penambahan  asam  tidak  mempengaruhi  struktur  kimia dari selulosa.
Gambar 1. Spektra FT-IR α -selulosa dan nanokristal selulosa
Terdapat serapan pada bilangan gelombang berkisar 3400 dan 3500 cm -1 yang menunjukkan adanya gugus – OH  ulur  dan  pada  bilangan  gelombang  2900  cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  CH 2 .  Bilangan  gelombang 1644  cm -1 merepresentasikan  gugus  C=O  ulur, keberadaan  puncak  pada  daerah  bilangan  gelombang tersebut diperkirakan karena adanya penyerapan air yang menghasilkan interaksi yang kuat antara selulosa dengan air.  Bilangan  gelombang  1430  cm -1 menggambarkan adanya  tarikan  hidrogen  intermolekular  yang  terdapat pada gugus C 6 [16].
Ukuran  selulosa  yang  semakin  kecil  akan mempengaruhi  distribusinya  dalam  matriks  polimer. Semakin  kecil  ukuran  suatu  atom  maka  reaktivitasnya akan semakin meningkat karena dipengaruhi oleh atom- atom  yang  berada  pada  permukaan  yang  bersentuhan langsung  dengan  material  lain.  Berdasarkan  hasil pengukuran,  nanokristal  selulosa  yang  dihasilkan melalui  hidrolisis  dengan  asam  dilanjutkan  dengan ultrasonikasi diperoleh ukuran partikel sebesar 7,967 nm seperti yang terlihat pada Gambar 2.
Penggunaan  metode  ultrasonikasi  diperuntukkan memisahkan  kristal  hingga  menjadi  partikel  yang  lebih kecil dikarenakan kecenderungan kristal untuk mengalami  agregasi.  Gelombang  ultrasonik  dari  alat ultrasonikasi menyebabkan kavitasiyang dapat memecah kristal  yang  beraglomerasi  karena  keberagaman  ukuran partikel  juga  akan  mempengaruhi  pendistribusian partikel ke dalam matriks. Dari data pengukuran Particle Size Analyzer diperoleh polydisperse index sebesar 0,5, hal ini menunjukkan distribusi partikel yang seragam.
Gambar 2. Distribusi ukuran partikel nanokristal selulosa
Hasil  difraksi  sinar  X  nanokristal  selulosa  terlihat pada  Gambar  3.  Hidrolisis  asam  menyebabkan terpecahnya  bagian  kristalin  dan  amorf  sehingga meninggalkan  bagian  kristalin  tunggal.  Hidrolisis  asam melibatkan  reaksi  esterifikasi  gugus  hidroksil  selulosa dengan  ion  sulfat  pada  permukaan  selulosa  sehingga suspensi  kristal  stabil  tanpa  mengubah  gugus  fungsi selulosa  [14].  Penggunaan  asam  merupakan  titik  kritis dalam isolasi nanokristal selulosa karena jika konsentrasi asam  di atas  48%  dapat  menyebabkan  selulosa  berubah menjadi gula pereduksinya. Hidrolisis asam menyebabkan pemecahan bagian kristalin dan amorf dari selulosa  sehingga  meninggalkan  bagian  kristalin  utuh [17]. Pola difraktogram untuk kristal selulosa tipe I berada pada 2 θ dengan nilai 15°, 16°, 22,5°, dan 34° [18].
Gambar 3. Difraksi Sinar X dari nanokristal selulosa

## 3.2. Modifikasi Nanokristal selulosa
Adanya interaksi antara nanokristal selulosa dengan CTAC  dapat  dilihat  dari  hasil  spektrum  seperti  pada Gambar  4.  Dari  gambar  dapat  dilihat  bahwa  dengan penambahan  CTAC  yang  semakin  banyak,  serapan terhadap  gugus  OH  semakin  rendah.  Interaksi  antara nanokristal  selulosa  dengan  CTAC  ditandai  dengan bilangan gelombang 2850 dan 2960 cm -1 yang dihasilkan dari  CH 2 stretching  dan  720  cm -1 menunjukkan keberadaan  gugus  C-Cl  dari CTAC  di  dalam  nanokristal selulosa. Adanya serapan khas pada bilangan gelombang 1400 menyatakan adanya gugus C-N dari struktur CTAC. Dapat  disimpulkan  bahwa  modifikasi  nanokristal selulosa  oleh  CTAC  menyebabkan  interaksi  fisik  antar keduanya [19].
Gambar 4. Spektrum Inframerah Nanokristal selulosa termodifikasi dalam 0,2; 0,3; dan 0,4 mol CTAC

## 3.3. Uji Kinerja Plastik
Pembuatan  film  komposit  nanokristal  selulosa dengan poliasam laktat dilakukan secara solution casting . Nilai pengukuran sifat mekanik dapat dilihat pada Tabel 1. Dari gambar 5 dapat disimpulkan bahwa penambahan nanokristal  selulosa  termodifikasi  CTAC  0,2  mol  :  PLA dengan  rasio  90  :  10  memberikan  perbedaan  nilai kekuatan  tarikyang  tinggidibandingkan  PLA  murni Sedangkan penambahan nanokristal selulosa termodifikasi  CTAC  dengan  rasio  lebih  tinggi menyebabkan penurunan nilai kekuatan tarik.
Penambahan nanokristal selulosa tidak memberikan perubahan  kekuatan  tarik  namun  justru  menurunkan nilainya.  Semakin  banyak  jumlah  bahan  pengisi  yang ditambahkan  maka  semakin  rendah  pula  nilai  kekuatan tarik  yang  dihasilkan.  Wei dkk. [20]  juga  melaporkan penurunan  nilai  kekuatan  tarik  komposit  PLA  dengan nanokristal  selulosa  yang  disebabkan  rendahnya interaksi  interfasa  antara  kedua  polimer  tersebut., sehingga  menurunkan  tegangan  tarik  antara  filler  dan matriks yang menghasilkan komposit bersifat rapuh [21].
Semakin  banyak  jumlah  surfaktan  yang  digunakan untuk  memodifikasi  nanokristal  selulosa,  semakin rendah pula nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putus. Komposit PLA : CNC termodifikasi CTAC 0,2 mol memiliki nilai kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan PLA murni dengan  nilai  masing-masing  yaitu  26,395  dan  17,026 MPa. Nilai kekuatan tarik merupakan salah satu indikator kompatibilitas  dari  suatu  komposit.  Dari  data  yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa kompatibilitas antara PLA:CNC(2)  dengan  rasio 90:10  memiliki  kompatibilitas yang  baik.  Menurut  Mokhena dkk. [1],  modifikasi permukaan nanokristal selulosa meningkatkan interaksi antara  nanokristal  selulosa  dengan  PLA  dikarenakan adanya transfer tegangan dari nanokristal selulosa yang sifatnya kaku ke matriks polimer sehingga meningkatkan sifat  mekaniknya.  Hal  ini  dikarenakan  adanya  efek perkolasi yang terbentuk karena adanya ikatan hidrogen yang  dihasilkan  dari  nanokristal  selulosa  yang  saling berdekatan.
Tabel 1. Data pengukuran nilai kekuatan tarik, perpanjangan putus, dan keteguhan tarik Komposit Kekuatan Tarik (MPa) Perpanjangan putus (%) Keteguhan Tarik (GPa) PLA murni 17,026 60,002 0,284 PLA : CNCs5 90:10 26,395 68,183 0,387 PLA : CNCs5 80:20 12,361 75,271 0,164 PLA : CNCs5 70:30 11,938 72,600 0,164 PLA : CNCs10 90:10 10,239 68,781 0,149 PLA : CNCs10 80 : 20 9,916 70,869 0,140 PLA : CNCs10 70:30 9,441 74,684 0,126 PLA : CNC 90:10 13,170 66,962 0,197 PLA : CNC 80:20 12,887 68,218 0,189 PLA : CNC 70:30 8,208 71,061 0,116
a.
b.
Gambar 5. a) Nilai kekuatan tarik dan b) Nilai perpanjangan putus
Penambahan  0,2  mol  CTAC  memberikan  nilai kekuatan tarik lebih tinggi dan perpanjangan putus lebih tinggi dibandingkan penambahan 0,3 mol CTAC. Menurut Bondeson dan Oksman [12] penambahan surfaktan lebih dari  10%  meningkatkan  perpanjangan  putus  sehingga material  akan  bersifatkeras . Penurunan  nilai  kekuatan tarik  dengan  bertambahnya  rasio  nanokristal  selulosa termodifikasi dimunginkan karena penurunan miscibility dengan  polimer  dan  membentuk  suatu admicelles serta degradasi  pada  PLA.  Degradasi  terhadap  matriks  PLA dikarenakan banyaknya surfaktan yang terlokalisasi pada permukaan  selulosa  sehingga  menyebabkan  adanya hidrolisis  ikatan  ester  pada  PLA.dan  menyebabkan adanya cracking seperti yang terlihat pada Gambar 6 hasil pengujian morfologi permukaan.
Gambar 6. Hasil pengujian morfologi PLA:CNCs(3) 90:10
Cracking pada  permukaan  tersebut  disebabkan penambahan  surfaktan  CTAC  yang  memiliki  sifat softening , sehingga  komposit  cenderung  menjadi  rapuh. Terjadinya  agregasi  pada  nanokristal  selulosa  yang dimodifikasi  dengan  surfaktan  juga  dapat  menjadi penyebab penurunan sifat mekanik dari komposit plastik. Seperti  yang  dilaporkan  Góis dkk. [22],  nanokristal selulosa yang dimodifikasi oleh surfaktan nonionik yang memiliki  unit  polietilena  glikol  dan  pluronik.  Surfaktan yang  digunakan  tidak  mampu  mencegah  terjadinya garegasi  ditinjau  dari  ukuran  partikel  dan  stabilitas termal  dari  nanokristal  selulosa.  Agregat  inilah  yang menyebabkan  sifat  mekanik  matriks  PLA  rendah Penurunan nilai ini juga

## 4. Kesimpulan
Isolasi nanokristal selulosa telah berhasil dilakukan dengan metode hidrolisis menggunakan asam sulfat dan diikuti  dengan  ultrasonikasi  menghasilkan  partikel dengan  ukuran  7,967  nm.  Untuk  meningkatkan kompatibilitas  nanokristal  selulosa  dengan  PLA,  perlu dilakukan  modifikasi  terhadap  permukaan  nanokristal selulosa  sehingga  mengurangi  sifat  hidrofilisitasnya. Interaksi antara nanokristal selulosa dengan CTAC yang ditunjukkan  dengan  adanya  serapan  pada  bilangan gelombang  tertentu.  Penambahan  nanokristal  selulosa termodifikasi 0,2 mol CTAC ke dalam matriks PLA dengan rasio 90:10 memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan PLA  murni  namun  mengalami  penurunan  dengan  rasio nanokristal  selulosa  termodifikasi  lebih  banyak,  begitu juga dengan penambahan nanokristal selulosa termodifikasi  0,3  mol  CTAC.  Penurunan  terhadap kekuatan  tarik  dan  perpanjangan  putus  dari  tiap komposit dapat disebabkan adanya agregasi nanokristal selulosa  sehingga  dispersinya  terhadap  matriks  PLA menurun.

## Daftar Pustaka
[1]  T. C. Mokhena, J. S. Sefadi, E. R. Sadiku, M. J. John, M. J.  Mochane,  A.  Mtibe,  Thermoplastic  Processing  of PLA/Cellulose  Nanomaterials  Composites, Polymers , 10, 12, (2018) 1363 https://doi.org/10.3390/polym10121363
[2]  Astrid  J.  R.  Lasprilla,  Guillermo  A.  R.  Martinez, Betânia  H.  Lunelli,  André  L.  Jardini,  Rubens  Maciel Filho,  Poly-lactic  acid  synthesis  for  application  in biomedical  devices — A  review, Biotechnology Advances , 30, 1, (2012) 321-328 https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2011.06.019
[3]  Joseph K. Muiruri, Songlin Liu, Wern Sze Teo, Junhua Kong, Chaobin He, Highly Biodegradable and Tough
Polylactic  Acid – Cellulose  Nanocrystal  Composite, ACS Sustainable Chemistry & Engineering , 5, 5, (2017) 3929-3937 http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b03123
[4]  Zhen  Hu, Richard  M.  Berry, Robert  Pelton, Emily  D. Cranston,  One-Pot  Water-Based  Hydrophobic Surface Modification of Cellulose Nanocrystals Using Plant  Polyphenols, ACS  Sustainable  Chemistry  & Engineering , 5, 6, (2017) 5018-5026 http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b00415
[5]  Jesus  David  Coral  Medina,  Adenise  Lorenci Woiciechowski, Arion Zandona Filho, Lucas Bissoqui, Miguel  D.  Noseda,  Luciana  Porto  de  Souza Vandenberghe, Sônia Faria Zawadzki, Carlos Ricardo Soccol, Biological activities and thermal behavior of lignin from oil palm empty fruit bunches as potential source  of  chemicals  of  added  value, Industrial  Crops and Products , 94, (2016) 630-637 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.09.046
[6]  Farah Fahma, Sugiarto, Titi Candra Sunarti, Sabrina Manora Indriyani, Nurmalisa Lisdayana, Thermoplastic Cassava Starch-PVA Composite Films with Cellulose Nanofibers from Oil Palm Empty Fruit Bunches  as  Reinforcement  Agent, International Journal of Polymer Science , 2017, (2017) 5 https://doi.org/10.1155/2017/2745721
[7]  Erin M. Sullivan, Robert J. Moon, Kyriaki Kalaitzidou, Processing  and  Characterization  of  Cellulose Nanocrystals/Polylactic  Acid  Nanocomposite  Films, Materials , 8, 12, (2015) 8106-8116
https://doi.org/10.3390/ma8125447
[8]  Alireza Kaboorani, Bernard Riedl, Surface modification  of  cellulose  nanocrystals  (CNC)  by  a cationic surfactant, Industrial Crops and Products , 65,
(2015) 45-55 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.11.027
[9]  Farhan Ansari, Michaela Salajková, Qi Zhou, Lars A. Berglund,  Strong  Surface  Treatment  Effects  on Reinforcement Efficiency in Biocomposites Based on Cellulose Nanocrystals in Poly(vinyl acetate) Matrix, Biomacromolecules , 16, 12, (2015) 3916-3924 https://doi.org/10.1021/acs.biomac.5b01245
[10] Blaise L. Tardy, Shingo Yokota, Mariko Ago, Wenchao Xiang,  Tetsuo  Kondo,  Romain  Bordes,  Orlando  J. Rojas, Nanocellulose – surfactant interactions, Current  Opinion  in  Colloid  &  Interface  Science ,  29,
(2017) 57-67 https://doi.org/10.1016/j.cocis.2017.02.004
[11]  Tiffany  Abitbol,  Heera  Marway,  D.  Cranston  Emily, Surface  modification  of  cellulose  nanocrystals  with cetyltrimethylammonium  bromide, in:    Nordic  Pulp & Paper Research Journal, 2014, pp. 46.
[12] Daniel  Bondeson, Kristiina  Oksman,  Dispersion  and characteristics  of  surfactant  modified  cellulose whiskers  nanocomposites, Composite  Interfaces ,  14, 7-9, (2007) 617-630 https://doi.org/10.1163/156855407782106519
[13] Shu-Ying  Lin,  Wei-fang  Chen,  Ming-Tao  Cheng, Qian  Li,  Investigation  of  factors  that  affect  cationic surfactant  loading  on  activated  carbon  and perchlorate  adsorption, Colloids  and  Surfaces  A: Physicochemical  and  Engineering  Aspects ,  434, (2013) 236-242 https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.05.048
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (4) (2019): 157 – 163
[14] F.  O.  Ohwoavworhua,  T.  A.  Adelakun,  Phosphoric Acid-Mediated Depolymerization and Decrystallization of α -Cellulose Obtained from Corn Cob:  Preparation  of  Low  Crystallinity  Cellulose  and Some Physicochemical Properties, Tropical Journal of Pharmaceutical  Research ,  4,  2,  (2005)  509-512 http://dx.doi.org/10.4314/tjpr.v4i2.14627
[15] Y. K. Dasan, A. H. Bhat, Faiz Ahmad, Polymer blend of PLA/PHBV based bionanocomposites reinforced with nanocrystalline cellulose for potential application as packaging  material, Carbohydrate  Polymers ,  157,
(2017) 1323-1332 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.11.012
[16] M.  K.  Mohamad  Haafiz,  Azman  Hassan,  Zainoha Zakaria, I.  M.  Inuwa,  Isolation  and  characterization of  cellulose  nanowhiskers  from  oil  palm  biomass microcrystalline  cellulose, Carbohydrate  Polymers , 103, (2014) 119-125 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.11.055
[17] Eduardo  Robles,  Iñaki  Urruzola,  Jalel  Labidi,  Luis Serrano, Surface-modified nano-cellulose as reinforcement  in  poly(lactic  acid)  to  conform  new composites, Industrial  Crops  and  Products ,  71,  (2015) 44-53 https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.03.075
[18] Nasrullah  Razali,  Md.  Sohrab  Hossain,  Owolabi Abdulwahab  Taiwo,  Mazlan  Ibrahim,  Nur  Wahidah Mohd  Nadzri,  Nadilah  Razak,  Nurul  Fazita Mohammad  Rawi,  Marliana  Mohd  Mahadar, Mohamad  Haafiz  Mohamad  Kassim,  Influence  of Acid  Hydrolysis  Reaction  Time  on  the  Isolation  of Cellulose  Nanowhiskers  from  Oil  Palm  Empty  Fruit Bunch Microcrystalline Cellulose, BioResources , 12, 3,
(2017) 6773-6788
[19] E.  Fortunati,  I.  Armentano,  Q.  Zhou,  A.  Iannoni,  E. Saino,  L.  Visai,  L.  A.  Berglund,  J.  M.  Kenny, Multifunctional bionanocomposite films of poly(lactic  acid),  cellulose  nanocrystals  and  silver nanoparticles, Carbohydrate  Polymers ,  87,  2,  (2012)
1596-1605 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.09.066
[20] Liqing Wei, Nicole M. Stark, Ronald C. Sabo, Laurent Matuana,  Modification  of  cellulose  nanocrystals (CNCs)  for  use  in  poly(lactic  acid)  (PLA)-CNC composite packaging products, Forest Products Society
International Convention , Portland, Oregon, (2016)
[21] Hayati Samsudin, Rafael Auras, Dharmendra Mishra, Kirk Dolan, Gary Burgess, Maria Rubino, Susan Selke, Herlinda  Soto-Valdez,  Migration  of  antioxidants from  polylactic  acid  films:  A  parameter  estimation approach  and  an  overview  of  the  current  mass transfer  models, Food  Research  International ,  103, (2018) 515-528 https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.09.021
[22] Gelsoneide S. Góis, Neymara C. Nepomuceno, Carlos H.A.  França,  Yeda  M.B.  Almeida,  Eduardo  P. Hernandéz, Juliano  E.  Oliveira, Mauricio  P.  Oliveira, Eliton  S.  Medeiros,  Amélia  S.F.  Santos,  Influence  of morphology and dispersion stability of CNC modified with  ethylene  oxide  derivatives  on  mechanical properties  of  PLA-based  nanocomposites, Polymer Composites , 40, S1, (2019) E399-E408 https://doi.org/10.1002/pc.24704