Perpustakaan Digital ITB

Kandungan nitrogen yang tinggi merupakan kualifikasi utama yang harus dimiliki oleh nitroselulosa, produk modifikasi kimia selulosa melalui proses nitrasi, agar dapat digunakan sebagai bahan baku propelan pada senjata api. Kondisi ini umumnya dicapai dengan menggunakan kapas linter sebagai sumber selulosa. Namun, keterbatasan penyediaan kapas linter dan dampak ekotoksisitas yang ditimbulkan oleh produksinya mendorong upaya pengembangan sumber selulosa alternatif yang dapat memenuhi kualifikasi tersebut. Meskipun demikian, hingga saat ini pencapaian kandungan nitrogen yang tinggi dari sumber selulosa alternatif masih sulit untuk diwujudkan. Salah satu faktor yang mempengaruhi efektivitas proses modifikasi kimia selulosa, termasuk nitrasi, adalah tingkat aksesibilitas selulosa terhadap reagen. Aksesibilitas ini dipengaruhi oleh morfologi selulosa, yang dapat menentukan sejauh mana reagen nitrasi dapat berinteraksi dengan gugus hidroksil pada selulosa. Meskipun faktor morfologi tersebut berpotensi berperan penting dalam efisiensi nitrasi, perannya dalam proses nitrasi selulosa masih jarang ditinjau. Penelitian ini bertujuan mengkaji korelasi antara morfologi selulosa dan kemampuan nitrasi sebagai dasar seleksi sumber selulosa untuk bahan baku propelan. Pulp kopi dan Luffa cylindrica dipilih sebagai prekursor selulosa karena karakteristik morfologinya serta ketersediaannya secara lokal di Indonesia, dengan kapas linter sebagai pembanding. Pulp kopi dilaporkan memiliki morfologi mikrofibril berpori, sedangkan Luffa cylindrica memiliki struktur fibrillar, yang keduanya diperkirakan memiliki aksesibilitas yang baik. Penelitian ini melibatkan tiga tahapan utama: ekstraksi, karakterisasi selulosa, dan evaluasi awal kemampuan nitrasi; optimasi nitrasi menggunakan asam nitrat 65%; serta analisis hubungan antara morfologi selulosa dengan kemampuan nitrasi. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa selulosa Luffa cylindrica, yang memiliki morfologi berupa fibril berbentuk batang pipih berongga, lebih serupa dengan kapas linter yang bermorfologi fibril pita terpilin dibandingkan dengan pulp kopi, yang memiliki morfologi berupa matriks padat yang menyelubungi serat berbentuk spiral. Kondisi morfologi tersebut menunjukkan bahwa selulosa Luffa cylindrica memiliki potensi untuk dinitrasi secara efektif, serupa dengan kapas linter. Potensi ini didukung oleh hasil evaluasi awal nitrasi, yang menghasilkan nitroselulosa dengan kandungan nitrogen mencapai 12,91%, lebih tinggi dibandingkan dengan nitroselulosa dari kapas linter dan pulp kopi. Keunggulan ini menunjukkan bahwa morfologi selulosa memberikan akses lebih baik bagi ion nitronium dari asam nitrat yang digunakan dalam reaksi nitrasi untuk mensubstitusi gugus hidroksil pada selulosa menjadi gugus nitrat. Optimalisasi proses nitrasi menggunakan selulosa Luffa cylindrica menghasilkan nitroselulosa dengan kandungan nitrogen sebesar 13,67%, melebihi standar minimum untuk aplikasi propelan. Kondisi optimal nitrasi dicapai pada perbandingan asam nitrat:asam sulfat 1:3, rasio selulosa:asam nitrat 1:45, durasi nitrasi 60 menit, dan temperatur 25°C. Karakterisasi menggunakan X-ray Diffraction (XRD) menunjukkan adanya hubungan positif antara morfologi dan jarak antar bidang kristal selulosa dengan kandungan nitrogen pada nitroselulosa yang dihasilkan. Selulosa dengan morfologi fibrillar, seperti pada kapas linter dan Luffa cylindrica, memiliki jarak antar bidang kristal (101) yang lebih besar. Hal ini berperan dalam menghasilkan nitroselulosa dengan kandungan nitrogen yang lebih tinggi dibandingkan dengan nitroselulosa dari pulp kopi, yang memiliki morfologi padat dengan jarak antar bidang kristal lebih kecil. Setelah nitrasi, jarak antar bidang kristal (101) pada selulosa Luffa cylindrica meningkat sebesar 18,08%, yang menunjukkan adanya substitusi gugus hidroksil oleh gugus nitrat. Sementara itu, pada pulp kopi yang memiliki kandungan nitrogen lebih rendah, jarak antar bidang kristalnya tidak menunjukkan perubahan signifikan. Hasil ini mengonfirmasi bahwa peningkatan kandungan nitrogen pada nitroselulosa berkorelasi dengan bertambahnya jarak antar kisi kristal. Morfologi fibril berongga dapat dijadikan sebagai tolak ukur dalam pemilihan selulosa yang sesuai untuk menghasilkan nitroselulosa berkualifikasi propelan. Temuan ini memberikan landasan ilmiah dalam menentukan kriteria seleksi sumber selulosa, sehingga dapat menghindari percobaan selulosa secara acak atau dari sumber yang pada dasarnya kurang berpotensi. Selain itu, temuan ini juga membuka peluang pemanfaatan Luffa cylindrica sebagai alternatif pengganti kapas linter yang prospektif, sekaligus menjadi pijakan untuk pengembangan dan eksplorasi lebih lanjut terhadap potensi sumber selulosa lokal lainnya dengan karakteristik morfologi serupa untuk dikembangkan sebagai bahan baku propelan.