Dokumen tersebut membahas tentang hidrogel superabsorben yang mampu menyerap air hingga ratusan kali beratnya sendiri dan aplikasinya dalam berbagai bidang seperti kesehatan, pertanian, dan lingkungan.

1. TUGAS KELOMPOK 4
HYDROGEL SUPERABSORBENT
Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Material Maju
Dosen Pengampu :
Dhena Ria Baerlany., ST., M.Eng
Disusun oleh :
Chairul Anam (3335190006)
Fayola Delicia Fitri (3335190058)
Nadiya Rahadatul'aisy (3335200090)
Indira paramita (3335190045)
Robi Yana Nur Cahyadi (3335190036)
Kelas A
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
BANTEN
2022

2. Pendahuluan
Hidrogel polimer adalah suatu material yang tersusun dari kisi-kisi polimer padat dan
sebuah fasa larutan. Secara khusus, hidrogel memiliki kemampuan untuk menyerap air hingga
melebihi 95% dari keseluruhan massanya disebut sebagai polimer superabsorben (SAP).
Bahkan material tersebut dapat memiliki kemampuan untuk menyerap 1 liter air per gram
polimer keringnya.
Material polimer superabsorben (SAP) adalah jaringan hidrofilik yang dapat
menyerap dan menahan sejumlah air atau cairan pelarut. Hidrogel SAP adalah polimer
hidrofilik terikat silang yang dapat menyerap, menggembung dan menahan cairan pelarut
hingga ratusan kali beratnya sendiri. Material ini pertama kali diperkenalkan di Amerika
sebagai agen penahan air dalam agrikultur, kemudian dikembangkan di Jepang pada
pertengahan tahun 1970 sebagai perawatan pribadi dan produk higienis (diaper, pembalut
wanita, pembalut luka dan lainnya). Selain untuk produk perawatan kesehatan, SAP juga
digunakan untuk mengkondisikan tanah dan sebagai media tumbuh bagi tanaman hidrofonik,
sebagai agen lepaskendali (Control Release Agent) dalam bidang agrokimia atau farmasi dan
banyak penerapan .
Pengertian Hydrogel
Hidrogel adalah jaringan polimer tiga dimensi dengan ikatan silang (crosslinked)
pada polimer hidrofilik, yang mampu swelling atau menyimpan air dan larutan fisiologis
sampai dengan ribuan kali dari berat keringnya, serta tidak mudah larut. Hidrogel berasal
dari kata hydro = air, yang artinya gel yang dapat menyerap dan menyimpan air ratusan kali
beratnya. Hidrogel merupakan koloid yang mempunyai fase terdispersinya adalah air.
Hidrogel adalah jaringan makromolekul yang dapat menyerap dan melepaskan air
tergantung pada rangsangan eksternal, seperti pH, kelembaban, suhu, dan tekanan
lingkungan sekitarnya. Tergantung pada pemilihan material dan teknik sintesisnya, hidrogel
termasuk ke dalam produk teknologi nano dengan ukuran rongga permukaan antara 50-200
nm (SEM) dan luas permukaan ~300 m2/gram (BET).
Mekanisme Kerja Hydrogel
Hidrogel secara umum memiliki kemampuan untuk menyerap dan melepas air. Pada
saat terjadi kontak dengan air, grup hidrofilik yang bersifat polar dari hidrogel merupakan
bagian awal yang akan terhidrasi oleh molekul air yang menyebabkan pembentukan ikatan
primer. Proses pembentukan ikatan primer ini dapat terjadi karena adanya struktur rongga

3. berukuran nano (nanocavity) pada jaringan polimer hidrogel yang memungkinkan
terjadinya ikatan hidrogel antara molekul air dan grup polar hidrogel. Proses ini akan
menyebabkan hidrogel secara struktur membengkak (swells) dan berakibat terbukanya
struktur hidrogel yang bersifat hidrofobik yang juga memiliki kemampuan untuk mengikat
air, sehingga terbentuk ikatan sekunder. Total jumlah air terikat oleh ikatan primer dan
sekunder disebut juga sebagai total bound water. Selain oleh ikatan primer dan sekunder,
air juga dapat diserap melalui gaya osmosis sampai tercapainya titik kesetimbangan
(equilibrium level).Proses pelepasan air terserap dalam struktur hidrogel dapat terjadi
apabila kestabilan ikatan antara air dan struktur hidrogel yang terbentuk selama proses
penyerapan terganggu. Beberapa stimulan luar yang dapat mengganggu stabilitas ikatan
struktural hidrogel dan air meliputi perbedaan temperatur, tekanan, kelembaban, derajat
keasaman dari media aplikasinya, dan juga karena hadirnya bahan kimia lain.
Pengertian Hydrogel Superabsorbent
HSA (Hidrogel Superabsorben) adalah suatu jaringan rantai polimer hidrofilik yang
saling terikat silang satu sama lain serta memiliki kemampuan absorpsi yang tinggi hingga
99,9 %. Seiring dengan kemajuan pengembangan di bidang penelitian dan teknologi,
beberapa tahun kebelakang ini penelitian yang berkaitan dengan HSA semakin banyak
diaplikasikan seperti dalam pembuatan HSA dari polimer poliakrilamida ( PAAM ) untuk
keperluan kosmetik, sebagai pengganti silikon dalam bedah plastik HSA, sebagai bahan
penyerap dalam personal care misalnya seperti absorben dalam popok bayi, pembalut
wanita juga pembalut luka.
HSA Poli akrilamida ko kalium akrilat ( AAm - ko - KA ) berguna untuk
mengeliminasi kontaminasi ion logam CU2+ dan Fe3+ dalam air serta memiliki potensi
digunakan sebagai wadah penyimpan air dan media pertumbuhan hortikultura. HSA kitosan
yang terikat silang dengan asetaldehid diaplikasikan sebagai diaper, dan HSA berbasis PVP-
Karaginan yang berikatan silang digunakan untuk menyerap eksudat dari luka basah serta
sebagai pendingin luka. Adapun gugus fungsi hidrofilik yang terdapat pada HSA
diantaranya OH (Polivinil Alkohol) , -COOH (Asam Akrilat) , -CONH (Akrilamida) , dan
SOH yang dapat menyerap air tanpa larut. Hal tersebut terjadi karena molekul-molekulnya
terikat silang secara kimia maupun fisika dari rantai polimer hidrofilik. Sedangkan sifat
ketidak larutannya dalam air dan kemampuannya mempertahankan bentuk dipengaruhi oleh
struktur tiga dimensi dari HSA. HSA merupakan polimer yang memiliki karakteristik
hidrofilik (menyukai air) ini disebabkan oleh keberadaan dari gugus fungsi yang bersifat

4. water-solubilizing. Saat HSA dimasukkan ke dalam air akan terjadi interaksi antara polimer
dengan molekul air. Kemampuan penyerapan air ditentukan dengan menghitung selisih
massa HSA yang sudah menyerap air pada massa yang relatif konstan dengan massa polimer
kering dibagi dengan massa polimer kering. Jika nilai selisih tersebut makin besar, maka
polimer tersebut memiliki kemampuan penyerapan air yang semakin baik.
Sifat daya serap air yang sangat besar dipengaruhi oleh tekanan osmotik yang memaksa
air menjadi polimer karena konsentrasi ionik yang lebih tinggi di dalam polimer
dibandingkan dengan larutan di sekitarnya, karena adanya gugus bermuatan dan hidrofilik
ke monomer ionik. Kombinasi gugus bermuatan dan gugus polar tambahan dalam hidrogel
superabsorbent (fungsi hidroksil, karbonil atau amina) akan menarik air dan menginduksi
ikatan hidrogen. Jumlah gugus polar dan/atau ionik berbanding lurus dengan kapasitas
swelling. Hidrogel superabsorben dengan konsentrasi ion yang lebih rendah akan
menghasilkan kapasitas pengembangan yang lebih tinggi. Hidrogel superabsorbent dalam
aplikasinya pada pertanian biasanya digunakan untuk daerah kering dan gurun karena
mampu menahan air, mengurangi irigasi, meningkatkan permeabilitas tanah, meningkatkan
perkebunan, meningkatkan penyerapan unsur hara, menunda pembubaran pupuk dan
meningkatkan pertumbuhan tanaman.
Sifat-sifat Hidrogel Superabsorben
HSA memiliki sifat fisik dan kimia antara lain :
a. Termoplastik dan Termostat
Hidrogel dapat berasal dari hasil proses sintesis alami dan proses kimia atau fisika.
Hidrogel yang terbentuk secara alami pada umumnya berasal dari proses biologis yang
terjadi di dalam tanaman dan hewan misalnya , agar , gel lidah buaya, gelatin dan alginate.
Sedangkan hidrogel sintetik pada umumnya sebagai komponen utamanya adalah monomer
/ polimer sintetik . Sifat fisik produk yang dihasilkan dari hidrogel sintetis bersifat sebagai
termoplastik dan thermoset. Termoplastik hidrogel dapat larut dalam air, alcohol dan ikatan
silang yang terbentuk terjadi berdasarkan proses interaksi fisika dan mudah meleleh,
sedangkan thermoset adalah jenis hidrogel yang dibentuk dan bersifat rapuh dengan bentuk
yang relatif stabil.
b. Penyerapan Air (Water Absorption)
Jika hidrogel kering direndam dalam air, awalnya molekul air akan menghidrasi gugus
yang paling polar dalam rantai molekulnya seperti gugus hidrofilik dan gugus ionik serta
gugus-gugus fungsi yang dapat membentuk ikatan hidrogen. Selanjutnya yaitu selama

5. proses tersebut rantai molekul dalam jaringan hidrogel mulai mengembang disertai dengan
gugus-gugus fungsi hidrofobik mulai tersingkap (exposed) pada molekul-molekul air dan
berinteraksi melalui interaksi hidrofobik membentuk sistem. Air yang dihasilkan dari proses
interaksi tersebut dikenal sebagai air terikat sekunder. Apabila interaksi antara air dengan
permukaan polimer telah mencapai keadaan jenuh, jaringan hidrogel menghambat air dan
selanjutnya berekspansi membentuk keadaan setimbang. Air yang dihasilkan dari proses
tersebut dikenal sebagai air bebas (free water) yang mengisi pori-pori dan mikropori dalam
hidrogel yang menyebabkan hydrogel swelling.
c. Absorpsi
Sifat absorpsi hidrogel adalah sifat permukaannya yang khas. Pada umumnya senyawa
yang dapat diabsorpsi hidrogel adalah senyawa larut dalam air yang dipengaruhi oleh ukuran
diameter senyawa, sedangkan sebagian besar senyawa non polar tidak dapat diabsorpsi oleh
hidrogel.
d. Sifat Permukaan Hidrogel
Sifat permukaan hidrogel dipengaruhi oleh sifat komponen utamanya yang terdiri dari
gugus hidrofilik dan hidrofobik. Jika hidrofilitas hidrogel relatif dominan dibandingkan
hidrofobisitasnya, hidrogel dengan mudah dibasahi oleh air. Sedangkan pada hidrogel
dengan sifat permukaannya didominasi oleh gugus hidrofobik, permukaannya relatif sukar
dibasahi oleh air dan mudah dibasahi oleh minyak. Selain itu jika hidrogel terdiri dari gugus
hidrofilik dan hidrofobik yang terdistribusi secara heterogen, permukaan hidrogel dapat
dibasahi oleh air maupun minyak.
Karakteristik Hydrogel superabsorbent
Super absorbent polymer hydrogel, yaitu polimer yang mempunyai karakteristik
hidrofilik (menyukai air) dan tidak larut dalam air. HSA didefinisikan sebagai hidrogel
berikatan silang dengan struktur 3 dimensi yang dapat menyerap air/cairan minimal 100 x
berat keringnya dan tidak larut dalam air. Jika hidrogel direndam dalam air dan menyerap
air, maka bentuknya berubah mirip air. Sifat hidrofilik disebabkan kehadiran dari gugus
fungsi yang bersifat water-solubilizing, seperti gugus CONH yang dimiliki akrilamida.
Ketik dimasukkan ke dalam air atau pelarut akan terjadi interaksi antara polimer dengan
molekul air. Penggembungan pada polimer terjadi dari keseimbangan antara gaya dispersif
yang terjadi pada rantai hidrasi dan gaya kohesif yang menyebabkan HSA lebih rapat
sehingga mengurangi penetrasi air ke dalam jaringan. Gaya kohesif ini disebabkan oleh
ikatan kovalen crosslinking. Polimer superabsorben adalah suatu bahan yang dapat

6. mengabsorpsi dan atau menyimpan cairan lebih dari berat bahan tersebut dan tidak melepas
cairan tersebut.
Aplikasi Hydrogel superabsorbent
Hidrogel merupakan satu produk teknologi polimer yang mempunyai struktur tiga
dimensi yang mampu menyerap atau melepas air berdasarkan stimulan eksternal.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa aplikasi hidrogel di bidang pertanian mampu
meningkatkan efisiensi penggunaan air irigasi dan mengurangi tingkat erosi secara
signifikan. Selain itu, hidrogel juga dapat dijadikan media transfer untuk aplikasi pelepasan
terkontrol pupuk dan atau pestisida. Isu utama penerapan hidrogel di bidang pertanian
adalah belum diketahuinya tingkat toksisitas hidrogel terhadap lingkungan dan juga biaya
produksinya. Penggunaan material polimer alami yang terbukti biodegradable melalui
pendekatan sintesis secara bottom-up dapat menjadi alternatif aplikasi hidrogel yang mudah,
murah, biocompatible, dan aplikatif untuk tujuan peningkatan efisiensi penggunaan sumber
daya air dalam menghadapi kelangkaan air karena perubahan iklim global.
Fabrikasi Hydrogel Superabsorben
Berikut adalah proses fabrikasi komposit hidrogel superabsorben berbasis pati yang
diperkuat dengan nanokristal selulosa dari limbah kulit kentang.
Material :
Tepung kentang, acrylic acid (AA), acrylamide (AM), polyvinyl alcohol (PVA), N,N′-
methylene bisacrylamide (MBA), ammonium persulfate (APS), sulfuric acid (˃98%),
sodium hydroxide dan sodium chloride.
Proses Fabrikasi:
a. Ekstraksi Selulosa
Tahap pertama yaitu membersihkan kentang dari sisa tanah atau kontaminan,
lalu dikupas. Kemudian, campuran air suling dan kulit kentang disiapkan dalam gelas
kimia dengan perbandingan berat air dan pulp 1:20. Campuran yang dihasilkan diaduk
dengan blender sampai diperoleh suspensi yang homogen. Setelah itu, bubur yang telah
disiapkan disaring dengan saringan 250 µm dan kemudian dicuci dengan air suling.
Bahan padat yang tersisa ditambahkan ke dalam labu yang mengandung larutan berair
natrium hidroksida (0,5 N) dan diaduk secara mekanis pada suhu 80 °C selama 2,5 jam.

7. Proses perlakuan alkali diulang tiga kali untuk memastikan eliminasi lengkap lignin,
hemiselulosa, dan pengotor lain yang tidak diinginkan. Setelah setiap proses, pulp
disaring dengan saringan 75 µm dan dibilas untuk menghilangkan pengotor terlarut.
Kemudian, bahan padat yang tersisa diputihkan menggunakan larutan berair NaClO2
(2,3% berat) dalam larutan buffer asetat (pH=4,9) pada 70 °C selama 2 jam untuk
menghilangkan pengotor organik. Proses ini direplikasi dua kali. Akhirnya, selulosa
yang diekstraksi dicuci dan dikeringkan.
b. Preparasi Nanokristal Selulosa
Nanokristal selulosa diperoleh dengan menggunakan reaksi hidrolisis asam.
Selulosa yang diekstraksi sebelumnya diaduk dalam larutan berair asam sulfat 64 berat
(rasio berat pulp-ke-asam 1:17,5) oleh pengaduk mekanis pada 45 °C selama 1,5 jam.
Sejumlah ekivalen air suling ditambahkan ke bubur pada akhir reaksi, dan kemudian
produk padat yang dihasilkan dipisahkan dari larutan dengan cara disentrifugasi pada
10.000 rpm selama 5 menit. Proses centrifuge diulang dengan penambahan air suling
sampai supernatan buram tercapai. Suspensi akhir dituang ke dalam dialysis membrane
bag, kedua ujungnya diikat erat, kemudian direndam dalam akuades. Media air
sekitarnya sering diubah sampai nilai pH suspensi sama dengan nilai pH air suling
(pH⁓6,5). Suspensi yang dihasilkan kemudian dibekukan-kering dan disimpan dalam
botol kaca tertutup rapat.
c. Sintesis komposit superabsorben St-graft-poly(AA-co-AM)/PVA/CNC
Pertama, 3 g pati, 0,9 g pelet NaOH, dan 14 mL air suling dituangkan ke dalam
labu alas bulat leher empat 250 mL yang dilengkapi dengan pengaduk mekanis,
termometer, kondensor refluks, dan saluran nitrogen. Temperatur sistem dinaikkan
hingga 40 °C menggunakan penangas air dan kemudian campuran reaksi diaduk terus
menerus sampai diperoleh larutan lengket yang transparan. Setelah itu, sejumlah
tertentu CNC (0,25% berat, 0,5% berat, 1% berat, 2% berat, dan 3% berat terhadap pati)
dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi 10 mL air suling, kemudian disonikasi
pada suhu 30 W selama 10 menit. Suspensi CNC kemudian dituangkan ke dalam labu
reaksi sambil diaduk. Selain itu, 6 mL larutan berair PVA (2% berat) dan 2 g AM
ditambahkan ke dalam bubur bersamaan dengan pengadukan. Pada langkah berikut,
0,01 g MBA dilarutkan dalam 8,5 mL AA yang dinetralkan sebagian (70%) dan
kemudian diisikan ke dalam labu reaksi. Labu dibersihkan dengan gas nitrogen selama

8. 30 menit untuk menghilangkan oksigen terlarut, dan kemudian 0,05 g APS
ditambahkan ke dalam campuran. Setelah itu, sistem dipanaskan hingga 65 °C dan
dijaga pada kondisi ini setidaknya selama 3 jam untuk menyelesaikan proses
polimerisasi. Gel yang diperoleh dipotong kecil-kecil, kemudian potongan tersebut
dicelupkan ke dalam etanol selama 12 jam untuk menghilangkan bahan kimia yang
tidak bereaksi. Kemudian mengeringkan produk akhir dalam oven vakum pada 55 °C
selama 36 jam, hidrogel digiling dan disaring dengan saringan 300-500 mikron.