Nanoselulosa adalah istilah umum untuk bahan berbasis selulosa struktur nano. Ada tiga jenis utama nanoselulosa, yaitu, nanokristal selulosa (CNC), atau nanowhisker selulosa, diproduksi melalui proses (perlakuan) kimia seperti hidrolisis asam; selulosa nanofibers (CNFs), diproduksi melalui proses mekanis dan kombinasi dari 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyloksidasi yang dimediasi radikal (TEMPO) dan proses mekanis; dan selulosa bakteri, yang diisolasi dari mikroba seperti bakteri. Nanoselulosa dapat diperbarui, biodegradable, dan biokompatibel, dan itu juga memiliki sifat mekanik dan termal yang baik dengan demikian, cocok untuk aplikasi di berbagai bidang. Dalam prakteknya beberapa metode, nanoselulosa dapat diisolasi dari berbagai sumber, termasuk tanaman, bakteri, tunicate, dan alga. Isolasi CNC dari kertas pulp, kertas saring, dan kacang polong menggunakan hidrolisis asam sulfat, sedangkan isolasi CNC dari serat dunchi, kulit biji ginkgo, dan aren serat aren, masing-masing, juga menggunakan hidrolisis asam sulfat.
Para peneliti mengisolasi CNC dari batang pisang, sekam padi, dan kapas linter, masing-masing, menggunakan proses yang sama. Peneliti lain mengisolasi CNF dari kayu menggunakan homogenizer bertekanan tinggi dengan metode mereka disain, selanjutnya diikuti oleh Iwamoto dkk. (2007) meskipun dengan beberapa modifikasi pada penggilingnya. Yang terbaru Chen dkk. (2020) mengisolasi CNF dari kulit jagung menggunakan kombinasi oksidasi yang dimediasi TEMPO dan homogenisasi tekanan tinggi, sedangkan Szyma麓nska-Chargot dkk.(2019) mengisolasi CNF dari parenkim apel dan akar wortel menggunakan homogenizer ultrasonik.
Salah satu sumber nanoselulosa yang paling menjanjikan datang berupa Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), yang menyediakan limbah padat yang dihasilkan melalui ekstraksi minyak mentah kelapa sawit dalam industri kelapa sawit. Produk terdiri dari 4050% selulosa, 20-30% hemiselulosa, dan 15-20% lignin. Itu nanoselulosa yang diisolasi dari TKKS dapat digunakan sebagai penguat agen/nanofiller untuk produksi komposit. Sementara itu, polivinil alkohol (PVA) dan natrium alginat (SA) adalah dua contoh matriks polimer, keduanya tidak beracun, larut dalam air, biodegradable, dan biokompatibel, sehingga membuatnya cocok untuk aplikasi di berbagai bidang, termasuk medis dan bidang tekstil bidang. Berbagai penelitian telah dilakukan terkait dengan produksi serat berkelanjutan diperkuat dengan nanoselulosa, dengan sebagian besar studi menunjukkan bahwa penambahan nanoselulosa meningkatkan kekuatan dan modulus serat yang dihasilkan.
Uddin dkk. (2011) menghasilkan PVA搒elulosa serat pintal gel whisker (CW) dengan penambahan CW hingga 30% dan menemukan bahwa penambahan 5% CWs meningkatkan daya kekuatan tarik serat sebesar 20% dibandingkan dengan serat PVA saja, sedangkan penambahan CWs >5% mengakibatkan penurunan kekuatan tarik serat, karena terjadi pengurangan orientasi molekul PVA. Sementara itu, PVA-alginat campuran sering digunakan sebagai matriks untuk produksi komposit gel manik-manik, pelet gel, membran, dan hidrogel. Penggunaan CNF yang berasal dari TKKS sebagai bahan baku untuk memproduksi serat berbasis nanoselulosa menghadirkan cara untuk meningkatkan nilai tambah biomassa pertanian. Saat ini studi difokuskan pada produksi serat berbasis nanoselulosa memanfaatkan nanoselulosa yang berasal dari TKKS dengan PVA dan SA sebagai matriks. Serat berbasis nanoselulosa diproduksi melalui metode pemintalan basah menggunakan kalsium klorida (CaCl2) sebagai pelarut koagulan. Efek dari kandungan nanoselulosa terutama pada sifat morfologi, mekanik, dan biokompatibilitas dari serat yang dihasilkan. Hasil penelitin atau studi menunjukkan bahwa peningkatan kandungan nanoselulosa menghasilkan serat dengan penampang yang lebih kasar dan kekuatan tarik yang lebih tinggi dengan penambahan nanoselulosa sampai 3%. Sementara itu, kristalinitas serat meningkat dengan penambahan kandungan nanoselulosa sampai 5%. Penambahan 1% nanoselulosa menghasilkan serat dengan biokompatibilitas secara in vitro lebih baik, yang dikonfirmasi oleh viabilitas sel yang lebih tinggi dan penghambatan yang lebih rendah.
Nanoselulosa yang diisolasi dari TKKS berhasil dicampur dengan PVA dan SA untuk menghasilkan serat berbasis nanoselulosa melalui metode pemintalan basah menggunakan CaCl2 sebagai pelarut koagulasi. Analisis Scanning Electrone Microscope (SEM) mengungkapkan bahwa peningkatan konten nanoselulosa yang dihasilkan serat dengan permukaan yang lebih kasar dan jumlah pori yang lebih banyak, yang selanjutnya mempengaruhi sifat tarik mereka. Studi ini menemukan bahwa penambahan nanoselulosa menyebabkan peningkatan kekuatan tarik dengan penambahan nanoselulosa sampai 3%, peningkatan Young’s modulus, dan penurunan perpanjangan putus yang dihasilkan serat. Sementara itu, analisis FTIR mengungkapkan bahwa hidroksil kelompok bergeser setelah PVA, SA, dan NC dicampur, yang menunjukkan pembentukan ikatan hidrogen antara PVA, SA, dan NC. Analisis XRD mengungkapkan bahwa karakteristik puncak NC pada 2饾渻 = 22,68掳 muncul pada serat yang dihasilkan ketika NC ditambahkan. Sementara itu, biokompatibilitas in vitro analisis mengungkapkan bahwa serat dengan penambahan 1% NC menunjukkan biokompatibilitas optimal, yang dikonfirmasi oleh viabilitas sel yang lebih tinggi dan penghambatan yang lebih rendah. Penelitian ini menyimpulkan bahwa penambahan konten NC mempengaruhi karakteristik biologis dan mekanis serat yang dihasilkan, sedangkan berdasarkan analisis biokompatibilitas in vitro, disimpulkan bahwa sampel PVA-SA-1% NC adalah versi terbaik untuk pengembangan lebih lanjut, mengingat kemampuannya untuk melestarikan sel-sel hidup.
Penulis: Muchammad Yunus, drh., M.Kes., Ph.D.
Judul Artikel: Starch – St盲rke 2022, 2100032; www.starch-journal.com
Production of Polyvinyl Alcohol揂lginate揘anocellulose Fibers
Link:
