Rancang Bangun Sistem Electrospinning untuk Mensintesis Nanofiber Polivinil Alkohol dan Karakterisasinya RANCANG BANGUN SISTEM ELECTROSPINNING UNTUK MENSINTESIS

## NANOFIBER POLIVINIL ALKOHOL DAN KARAKTERISASINYA
Aa Santosa, Eri Widianto, Ferry Restianto *)

## Program Teknik Mesin Fakultas Teknik – Universitas Singaperbangsa Karawang
Abstrak :  :  Telah   dilakukan   penelitian   tentang   rancang   bangun   sistem electrospinning untuk   mensintesis nanofiber polivinil   alkohol   (PVA)   dan   karakterisasinya.   Tujuan   dari   penelitian   ini   adalah   membuat electrospinning dengan memodifikasi syringe pump yang dapat bergerak kanan-kiri. Mesin electrospinning dibuat dari komponen-komponen yang   mudah   diperoleh.   Pengujian electrospinning dilakukan   dengan   mensintesis nanofiber dari   polimer   PVA. Karakterisasi nanofiber PVA   menggunakan Scanning   Electron   Microscope (SEM),  hasil   karakterisasi   menggunakan SEM menunjukan ukuran diameter rata-rata nanofiber sebesar (151,26  ± 27,47078) nm dan (152,89  ± 17,0341) nm masing-masing untuk jarak needle ke collector 15 cm dan 12 cm. Hasil menunjukan bahwa mesin electrospinning yang dibuat dapat menghasilkan serat (fiber) dengan ukuran nanometer.
Kata kunci: electrospinning, nanofiber PVA, SEM

## I. PENDAHULUAN 1
Perkembangan  nanoteknologi yang  pesat  dalam beberapa tahun terakhir sangat berdampak pada perkembangan   berbagai   industri.   Nanoteknologi merupakan pembuatan dan penggunaan material pada   skala   1-100   nm,   dimana   material   disusun dalam   orde   atom-per-atom.   Salah   satu nanoteknologi   yang   sedang   banyak dikembangkan   adalah   pembuatan   serat   nano (nanofiber). Nanofiber didefinisikan sebagai serat yang memiliki diameter 100-500 nm (Subbiah [1]). Nanofiber memilik   sifat   yang   sangat   khas,   yaitu sangat   kuat,   rasio   permukaan   terhadap   volume yang   besar   dan   berpori.   Sifat-sifat   tersebut menjadikan   nanofiber   menjadi   material   yang sangat   menjanjikan   untuk   dimanfaatkan   pada berbagai   bidang   industri,   seperti   industri   tekstil, komposit,   otomotif,   kertas,   elektronik,   optik, pertanian, kosmetik, kesehatan, kedokteran, olah raga dan farmasi ([Mohan [2], Dotti [3], Qian [4], Piras [5], Jia [6], Hui wu [7], Hui Wu [8], Syed [9], Lijun   Yang   [10]).   Pembuatan   nanofiber   dapat dilakukan   dengan   cara   drawing,   template synthesis dan electrospinning. Dari ketiga metode pembuatan   serat   tersebut, electrospinning
1 *) ferryrestianto@gmail.com
merupakan teknik yang cukup sederhana namun mampu menghasilkan serat nano dengan rentang ukuran paling kecil yakni 0,04-2 mikron (Wahyudi [11]).
Proses electrospinning menggunakan   larutan polimer   yang   disiapkan   pada   tabung   semprot (syringe) kemudian   dilewatkan   melalui   sebuah lubang spinnered (jet)   dengan   ujung   kecil   dan ditarik dengan medan listrik tegangan tinggi arus searah.   Larutan   yang   ditarik   oleh   medan   listrik berbentuk droplet /jet   karena   pengaruh   tegangan permukaan.   Jet   tersebut   bergerak   menuju kolektor   dan   pada   bagian   ini   serat   nano   akan terkumpul. Keunggulan dari electrospinning yaitu proses mudah, mampu mengendalikan morfologi, keseragaman,   porositas   dan   menghasilkan nanofiber   yang   cukup   panjang   (kontinu),   namun tingkat   produksinya   masih   rendah.   Keunggulan teknologi ini memungkinkan untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai mesin pembuat serat mikro- nano dalam skala besar (He [12]).
Teknologi ini relatif baru yang dapat diamati dari publikasi   ilmiah   internasional   yang   terus meningkat   dari   tahun   2000   kurang   dari   100,
Infomatek Volume 19 Nomor 2 Desember 2017 : 101 - 108 hingga   tahun   2007   menjadi   lebih   dari   500 publikasi dengan prosentase terbesar yang masih dikuasai   oleh   negara-negara   maju   seperti Amerika   Serikat,   Korea   dan   China   (Pikett   [13]). Hal ini membuka peluang bangsa Indonesia untuk berkompetisi di tingkat Internasional. Penguasaan teknologi   nano   khususnya electrospinning akan menempatkan Indonesia sejajar dengan negara- negara   maju   dalam   mengembangkan nanofiber dan   aplikasinya   sesuai   dengan   kebutuhan bangsa.
Perancangan   mesin   electrospinning   meliputi konsep   perancangan,   perencanaan   wujud   yang dibantu   pembuatannya   di workshop pemesinan, kemudian perakitan bagian elemen-elemen mesin yang telah dibuat.
Berdasarkan   uraian   di   atas,   maka   dalam penelitian   ini   akan   dirancang   dan   dibuat   mesin electrospinning dengan desain syringe pump yang dapat bergerak kanan-kiri ( right-left ). Desain dan pengembangan   mesin electrospinning dilakukan dengan   menggunakan   bahan   baku   dan komponen  lokal yang  mudah  didapat  di wilayah Kabupaten   Karawang   dan   dibantu   dengan Software   Autodesk   Inventor   2015 .   Pengujian mesin electrospinning dilakukan untuk pembuatan nanofiber Polivinil   Alkohol   (PVA).   Karakterisasi nanofiber menggunakan Scanning   Electron Microscopy (SEM)   untuk   mengetahui   morfologi dan   ukuran   diameter   nanofiber.   Mesin electrospinning yang dihasilkan diharapkan dapat menghasilkan   serat   (fiber)   dengan   ukuran diameter dalam skala nanometer.
Pada   penelitian   yang   dilakukan,   permasalahan dititikberatkan   pada   rancang   bangun   mesin eletrospinning   namun   aplikasi nanofiber dan parameter-parameter   belum   dikaji   dalam penelitian ini.
Tujuan pembahasan pada penelitian ini adalah:
a. Merancang   dan   membuat   mesin
electrospinning untuk memproduksi serat nano (nanofiber) dengan   memodifikasi syringe pump.
b.   Mensintesis   nanofiber   berbasis   polimer   PVA (Polivinil Alkohol) menggunakan electrospinning yang telah dibuat.

## II. METODOLOGI
Langkah-langkah   penelitian   yang   dilakukan adalah   seperti   yang   dijelaskan   pada   Gambar   1 berikut ini.

## Gambar 1
Flowchart pembuatan dan pengujian electrospinning

## 1. Tahap Persiapan
Tahap persiapan meliputi kajian pustaka mengenai   proses   pembuatan   mesin electrospinning dan   aplikasinnya   dalam mensintesis nanofiber .   Alat   dan   bahan dipersiapkan seperti : kaca akrilik, motor listrik dc, trafo flyback dan rangkaian step up ,   kabel   listrik,   jarum   suntik,   gunting, penggaris   dan   pinset, aluminiumfoil , preparat, beaker   glass , magnetic   hot plate   stirrer ,   timbangan   digital, chamber mesin, Polivinil   Alcohol (PVA)   dan aquades
2. Tahap Perancangan dan Perakitan
Tahapan   perancangan   dan   perakitan berupa   perancangan syringe   pump dan High voltage.
Gambar 2
Rancang Bangun Sistem Electrospinning untuk Mensintesis Nanofiber Polivinil Alkohol dan Karakterisasinya Keseluruhan syringe pump
3. Tahapan Pembuatan Program
Program   yang   digunakan   untuk High
Voltage menggunakan  Program Sketch Arduino .   Program   pertama   yang   dibuat merupakan   program   untuk   tampilan kalimat dan nilai tegangan di LCD.
4. Tahap Pengujian Mesin electrospinning yang telah selesai dibuat   selanjutnya   dilakukan   pengujian untuk  memproduksi nanofiber. Nanofiber dibuat menggunakan bahan yang banyak dipakai   dan   diteliti   yaitu   PVA.   Pada penelitian ini digunakan larutan PVA 10%. Serbuk   PVA   1.111   gram   dilarutkan   ke dalam 10 ml aquades yang sebelumnya telah   dipanaskan   pada   suhu   90   °C, kemudian diaduk menggunakan magnetic hot   plate   stirrer hingga   homogen.
Selanjutnya larutan dimasukkan ke dalam suntikan,   dan   siap   dilakukan   proses electrospinning. Nanofiber yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi menggunakan mikroskop   optik   dan   SEM   untuk mengetahui   ukuran   diameter   fiber tersebut.   Pembuatan   larutan   PVA
sebelum melakukan
pengujian electrospinning:
PVA 10% Dengan persamaan 4.1
(1)
Keterangan :  adalah berat PVA per gram. Maka didapat perhitungan :
10 = 10 + gram
dalam   10   ml   aquades.   Jadi   untuk mendapatkan   PVA   10%   dengan
melarutkan   1,111   gram   serbuk   PVA   ke dalam 10 ml aquades.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Telah   dilaksanakan   penelitian   tentang Electrospinning .
Komponen utama electrospinning High Voltage , Syringe Pump dan collector yang   telah   dibuat   ditunjukkan   pada Gambar 3.
Gambar 3
Electrospinning yang telah dibuat
Tabel 1 Spesifikasi hasil pembuatan syringe pump No. Parameter Keterangan 1 Dimensi (P x L x T) 26 cm x 20 cm x 7 cm 2 Bahan material Bearing SKF 6001-2z, as drat Ss400, case aluminium alloy seri 6, pusher pvc (polyvinyl Chloride) 3 Berat Alat 1.5 kg 4 Penggerak Motor dc dengan dimmer control 12 v, 3 A 5 Kapasitas   tabung syringe 5 ml

## Infomatek Volume 19 Nomor 2 Desember 2017 : 101 - 108
Gambar 4 Nilai tegangan yang keluar pada tampilan LCD
Tabel 2

## Rentang tegangan yang keluar dengan waktu ± 20 menit
Waktu (menit) Nilai tegangan yang keluar padaLCD 16x2 (v) ± 20 menit 16137-16300
Setelah   mesin electrospinning dibuat   maka dilakukan   pengujian   untuk   mendapatkan   serat berukuran nanometer.

## Tabel 3 Parameter Pengujian Electrospinning
Nama Sampel Jarak tip- collector (cm) D dalam needle (mm) Larutan PVA (%) Tegangan (Volt) Waktu (menit) NF-01 15 0,4 10 16137- 16300 10 NF-02 12 0,4 10 16137- 16300 10 Gambar 5 Sampel Hasil Electrospinning
Struktur   morfolgi   nanofiber   PVA   sampel   NF-01 ditunjukkan pada gambar 6 berikut :
(d)
Gambar 6
Struktur morfologi nanofiber NF-01 menggunakan SEM dengan perbesaran (a) 1000x, (b) 5000x, (c) 10.000x; (d)
Distribusi ukuran nanofiber
Morfologi   nanofiber   NF-01   menunjukan   tidak begitu banyak gumpalan PVA yang tidak berhasil ditarik oleh medan listrik. Terdapat 2 (dua) lubang pada   gambar   (a),   karena   pada   saat   melakukan pengujian
diduga udara lingkungan
mempengaruhi   proses   electrospinning,   sehingga larutan   PVA   menuju collector kemungkinan menguap seblum menjadi serat.
Ukuran rata-rata diameter nanofiber NF-01 terlihat pada Gambar 6(d) yaitu (151,26 ± 27,47078) nm. Hasil   pengujian   menunjukan   bahwa electrospinning   yang   dibuat   dapat   menghasilkan nanofiber dengan ukuran skala nanometer.
Struktur   morfologi  nanofiber  PVA   sampel  NF-02 ditunjukkan pada Gambar 7 berikut.
Rancang Bangun Sistem Electrospinning untuk Mensintesis Nanofiber Polivinil Alkohol dan Karakterisasinya
(d)
Gambar 7
Struktur morfologi nanofiber NF-02 menggunakan SEM dengan perbesaran (a) 1000x, (b) 5000x, (c) 10.000x; (d)
Distribusi ukuran nanofiber
Morfologi nanofiber NF-02   secara   keseluruhan belum   homogen.   Serat   yang   terbentuk   terlihat belum   kontinyu,   disamping   itu   diantara   serat terdapat gumpalan PVA yang tidak berhasil ditarik oleh   tegangan   tinggi   medan   listrik.   Penyebab gumpalan juga diduga karena tidak seimbangnya laju   alir   larutan   PVA,   diperkirakan   terlalu   cepat keluar   dari   lubang spinneret sehingga   jatuh
menetes   berbentuk   gumpalan.   Selain   itu   jarak spinneret dengan collector juga   berpengaruh terhadap   larutan,   semakin   dekat   jarak menyebabkan   larutan   PVA   yang   ditarik   oleh medan listrik ke collector belum terbentuk serat. Gambar (a), (b) dan (c) merupakan pembesaran 1000x, 5000x dan 10.000x nanometer.
Ukuran rata-rata diameter nanofiber NF-02 terlihat pada Gambar 7(d) yaitu (152,89 ± 17,0341) nm. Hasil   pengujian   menunjukan   bahwa electrospinning yang   dibuat   dapat   menghasilkan nanofiber dengan ukuran skala nanometer.

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1.   Mesin Electrospinning berhasil dibuat dengan bahan dan alat lokal yang mudah diperoleh.
2. Nanofiber PVA   berhasil   disintesis menggunakan electrospinning dengan
ukuran diameter rata-rata 150 nm.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Subbiah   T.   et.al,   2005. Electrospinning   of Nanofiber , Journal   of   Applied   Polymer
Science , 2005, 96, 557-569.
[2] Mohan   A.   2002, Formation   and Characterization   of   Electrospun   Nonwoven web,   Textile   Management   and   Technology , North Carolina State University.
[3] Dotti F. et al, 2007, Electrospun Porous Mats for   High   Efficiency   Filtration,   Journal   of Industrial Textile, 37, 151-162.
[4] Qian   L.   et.al,   2004. Application   of Nanotechnology   for   High   Performance Textiles , Journal   of   Textile   and   Apparel Technology and Management , 4,1, 1-7.
Infomatek Volume 19 Nomor 2 Desember 2017 : 101 - 108
[5] Piras   et   al,   2008. New   Multicomponent
Bioerodible Electrospun Nanofibers for Dual- controlled   Drug   Realease , Journal   of Bioactive and compatible Polymers , 23, 423,
423-443.
[6] Jia-Horng   Lin,   Chao-Tsang   Lu,   Jin-Jia   Hu, Yueh-Sheng Chen, Chen-Hung Huang, and Ching-Wen   Lou,  2012, Property   Evaluation of   Bletilla   striata/Polyvinyl   Alcohol   Nano Fibers   and   Composite   Dressing ,   Journ.   of
Nanomat., Vol. 2012, pp 1-7.
[7] Hui   Wu,   Dandan   Lin,   Rui   Zhang,   and   Wei Pan,  2008. ZnO   Nanofiber   Field-Effect Transistor Assembled by Electrospinning , J.
Am. Ceram. Soc., 91 [2] pp 656–659.
[8] Hui  Wu,   Liangbing   Hu,   Michael   W.   Rowell, Desheng   Kong,   Judy   J.   Cha,   James   R. McDonough, Jia Zhu, Yuan Yang, Michael D. McGehee,   2010, Electrospun   Metal
Nanofiber   Webs   as   High-Performance Transparent   Electrode, NanoLetter,   10,
4242–4248.
[9] Syed   Abdul   Moiz1,   Ahmed   Muhammad Nahhas1,   HanDon   Um,Sang-Won   Jee,
Hyung   Koun   Cho4,   Sang-Woo   Kim   and
Jung-Ho   Lee. 2012. A   stamped
PEDOT:PSS–silicon   nanowire   hybrid   solar cell , Nanotechnology, 23, 145401-145408.
[10] Lijun   Yang,   Wallace   Woon-Fong   Leung,
2011. Improvement of Dye Sensitized Solar Cells   With   Nanofiber-Based   Anode ,  ASME 2011   International   Mechanical   Engineering Congress   and   Exposition   (IMECE2011)   , November 11– 17, 2011 , Denver, Colorado, USA.
[11] Wahyudi T. et.al, 2011. Pembuatan Serat Nano menggunakan Metode Electrospinning, 2011, Arena tekstil Vol 26 No.1-Juni 2011 :1- 60.
[12] He, J. H., Y. Liu, L. F. Mo, Y. Q. Wan, dan L.   Xu.   2008. Electrospun   Nanofibers   and Their   Applications .   Shawbury,   shrewsbury, Sropshire, SY4-4NR, UK: iSmithers e-Book.
[13] Pickett,   A.N.,   2012. Electrospinning Applications   in   Mechanochemistry   and
Multifunctional Hydrogel Materials