Pengaruh Massa Sukrosa dan Lama Waktu Fermentasi Matriks Nata de Pina terhadap Kekuatan Tarik dan Modulus Elastisitas Green Composite Berpenguat Serat Ampas Tebu

Abstract

Kemajuan teknologi dan informasi mendorong manusia terus berinovasi untuk menghasilkan penemuan baru yang canggih dan ramah lingkungan. Green composite merupakan salah satu jenis material yang mampu menjadi alternatif untuk memenuhi kebutuhan manusia akan material ramah lingkungan. Green composite memiliki sifat biodegradable karena material penyusunnya yang berasal dari alam. Material penyusun green composite dalam penelitian ini yaitu serat ampas tebu sebagai penguat dan kulit nanas sebagai matriks Nata de Pina. Penggunaan serat ampas tebu dan kulit nanas sebagai material penyusun didasarkan pada sifat mekaniknya yang tinggi, selain itu pemanfaatan material ini diharapkan mampu meningkatkan nilai guna dan ekonomisnya. Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah mengetahui adakah pengaruh massa sukrosa dan lama waktu fermentasi matriks Nata de Pina terhadap kekuatan tarik dan modulus elastisitas bahan green composite berpenguat serat ampas tebu. Green composite dalam penelitian ini disintesis dalam dua tahapan yaitu modifikasi serat ampas tebu dengan menggunakan NaOH 5% selama 2 jam dan sintesis Nata de Pina pada media cair kulit nanas yang ditambah dengan berbagai variasi sukrosa, ZA 0,6 g, asam asetat 25% 5,3 ml dan Acetobacter xylinum 12 ml. Green composite kemudian disitesis dengan menggunakan hot press machine pada suhu 80oC selama 20 menit kemudian diturunkan pada suhu 65oC selamat 20 menit dengan tekanan 10 MPa untuk menyatukan penguat ampas tebu berbentuk lamina dengan lembaran matriks Nata de Pina. Sintesis green composite dilakukan dengan dua variasi yaitu massa sukrosa (3,5; 5; 6,5) g/ 100 ml dan lama waktu fermentasi (11, 13, 15) hari matriks Nata de Pina. Karakterisasi utama green composite hasil sintesis yaitu uji kekuatan tarik dan modulus elastisitas menggunakan alat uji merk Hung Ta type SF093A 1 kN dengan kecepatan crosshead 10 N/s dan jarak antar penjepit 3 cm. Kemudian dilakukan uji densitas dan uji FTIR menggunakan Thermo Scientific Nicolet iS10 untuk mendukung hasil uji tarik. Nilai kekuatan tarik dan modulus elastisitas green composite hasil sintesis masing-masing adalah (20,49 ± 0,15) MPa dan (67,62 ± 0,45) MPa untuk bahan A1, (23,52 ± 0,29) MPa dan (102,30 ± 1,52) MPa untuk bahan A2, (22,51 ± 0,35) MPa dan (92,41 ± 1,64) MPa untuk bahan A3, (24,19 ± 0,13) MPa dan (107,77 ± 1,48) MPa untuk bahan B1, (24,58 ± 0,44) MPa dan (112,21 ± 2,56) MPa untuk bahan B2, (22,90 ± 0,16) MPa dan (99,87 ± 1,24) MPa untuk bahan B3, (21,10 ± 0,50) MPa dan (86,68 ± 2,14) MPa untuk bahan C1, (21,22 ± 0,29) MPa dan (91,38 ± 1,28) MPa untuk bahan C2, dan serta (19,45 ± 0,33) MPa dan (66,17 ± 1.00) MPa untuk sampel C3. Hasil ini mengindikasikan bahwa massa sukrosa 5 gr/ 100 ml dan lama fermentasi 13 hari (B2) merupakan kondisi optimum dalam menghasilkan selulosa Nata de Pina. Semakin banyak selulosa yang terbentuk maka semakin banyak kadar serat yang dihasilkan. Kadar serat yang tinggi dalam selulosa mampu meningkatkan ikatan antara matriks Nata de Pina dan serat ampas tebu, sehingga kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang dihasilkan semakin besar. Hal ini terkonfirmasi dengan hasil uji densitas dan FTIR. Pengujian densitas (kerapatan) menunjukkan hasil yang linier dengan nilai kekuatan tarik dan modulus elastisitas. Nilai densitas green composite adalah (0,81 ± 0,019) g/cm3 pada sampel A1, (1,00 ± 0,014) g/cm3 pada sampel A2, (0,90 ± 0,012) g/cm3 pada sampel A3, (1,19 ± 0,027) g/cm3 pad sampel B1, (1,33 ± 0,014) g/cm3 pada sampel B2, (0,96 ± 0,022) g/cm3 pada sampel B3, (0,87 ± 0,024) g/cm3 pada sampel C1, (0,93 ± 0,014) g/cm3 pada sampel C2, dan (0,64 ± 0,014) g/cm3 pada sampel C3. Besarnya densitas sangat dipengaruhi oleh perbandingan massa dan volume green composite. Kondisi optimum Nata de Pina pada massa sukrosa 5 g/ 100 ml dengan lama fermentasi 13 hari (B2) menghasilkan selulosa tertinggi sehingga mampu meningkatkan massa green composite. Sementara itu, hasil pengujian FTIR menunjukkan massa sukrosa dan lama fermentasi tidak berdampak pada perbedaan gugus fungsi yang dihasilkan, tetapi berpengaruh terhadap intensitas transmisi yang dihasilkan. Seluruh sampel green composite menunjukkan tiga gugus fungsi diantaranya OH, C=C, dan C-O. Green composite sampel B2 menghasilkan gugus fungsi OH dengan intensitas transmisi yang tertinggi atau intensitas absorpsi yang terendah dari sampel lainnya. Hal ini menunjukkan rantai OH yang terbentuk lebih pendek sehingga sampel bersifat lebih hidrofobik dari sampel lainnya. Sifat hidrofobik ini mengindikasikan ikatan antara serat dan matriks kuat sehingga nilai kekuatan tarik, modulus elastisitas dan densitas yang dihasilkan lebih besar. Data kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan densitas dilakukan analisis dengan menggunakan two way Anova with replication untuk mengetahui pengaruh massa sukrosa dan lama waktu fermentasi matriks Nata de Pina. Hasil analisis menunjukkan, pada ketiga data tersebut hasil p-value yang terbentuk yakni sebesar , , dan . Hal ini menunjukkan hipotesis nol pada masing-masing data ditolak. Sementara hipotesis yang diterima yaitu hipotesis alternative yang menunjukkan adanya pengaruh variasi. Variasi yang paling berpengaruh terhadap nilai kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan densitas yaitu variasi penambahan sukrosa.