Teknologi nano mengalami perkembangan
yang begitu pesat dalam satu dekade terakhir. Pemanfaatan nanopartikel dalam
tekstil memungkinkan kita untuk meningkatkan kegunaan dan nilai suatu produk. Seperti
sifat antibakteri, anti api, membersihkan diri, dan karakter lainnya.
Sifat-sifat tersebut sangat bergantung
pada jenis nanopartikel yang tertanam pada bahan tekstil serta mekanisme penggunaannya.
Kali ini kita akan secara khusus membahas
potensi pemanfaatan nanopartikel TiO 2 bagi pengembangan kemampuan
self-cleaning dan antibakteri material tekstil.
Nanopartikel adalah partikel
terdispersi atau padat dengan ukuran sekitar 10 – 100 nm. Singkatnya, nanopartikel
merupakan material sangat kecil yang hanya berukuran 0,00001 milimeter.
Metode sintesis material nano terbagi
menjadi dua, yaitu pendekatan “bottom-up” dan “top-down”, seperti
gambar berikut.
Dalam mekanisme "bottom-up"
nanopartikel didapatkan dari perakitan atom dan molekul. Sedangkan pendekatan
"top-down" bergantung pada fragmentasi atau pemrosesan
material skala makro menjadi objek berukuran nano.
Pembuatan nanopartikel melalui
pendekatan “top-down” dan “bottom-up”.
Hasil proses sintesis senyawa akan
memiliki sifat intrinsik baru. Contoh sederhana yaitu partikel logam perak yang
mempunyai sifat antibakteri saat berukuran nano.
Tidak hanya perak, zat lain dan
logam juga bisa dibentuk menjadi versi nano untuk memperoleh fitur tersebut.
Titanium dioksida dengan rumus
kimia TiO2 terbentuk secara alami. Senyawa tersebut berasal dari mineral
ilmenite, rutile, dan anatase yang sering digunakan sebagai material cat,
pelindung matahari, dan pewarna makanan.
Jika unsur titanium dioksida dipakai
sebagai pigmen makai ia akan menghasilkan warna putih atau CI 77891 atau
Pigment White 6 (PW6). Nanopartikel TiO 2 kerap
dimanfaatkan dalam tabir surya karena mampu memblokir radiasi ultraviolet.
Nanopartikel TiO 2 mempunyai
karakteristik unik berupa aktivitas fotokatalitik yang bisa dikembangkan sebagai
dasar teknologi self-cleaning. Ciri khusus itu dapat disematkan pada berbagai
bahan, termasuk material tekstil.
Self-cleaning adalah sebuah
penemuan paling mencengangkan dalam teknik pelapisan kain berteknologi
tinggi. Topik ini menyedot banyak perhatian sejak peneliti menemukan
fenomena yang dikenal sebagai "Efek Teratai". Kebersihan daun Teratai
disebabkan oleh gabungan efek topografi dan hidrofobisitas senyawa di
permukaannya.
Para peneliti pun melakukan uji coba
“Lotus-Effect” sebagai sistem pelapisan dengan berbagai cara. Sifat self-cleaning
akan memberikan kualitas terbaik karena material tersebut hanya membutuhkan air
untuk membersihkannya. Bahan berlapis material ini juga tidak akan
terlihat kusam meski dipakai dalam waktu lama.
Sifat self-cleaning
photocatalytic didasarkan pada kemampuan TiO 2 untuk
menghasilkan Reactive Oxygen Species (ROS) ketika terpapar sinar ultraviolet
(UV) maupun cahaya matahari. ROS akan mendegradasi senyawa organik menjadi
CO 2 dan H 2 O seperti gambar
berikut.
Mekanisme fotokatalitik
nanopartikel TiO 2 untuk pengembangan self cleaning textile
Dalam keseharian kita, kotoran
dan noda dapat mengotori permukaan bahan tekstil. Pakaian kotor perlu dicuci
agar bersih. Penggunakan detergen dari permukaan bahan tekstil bertujuan
menghancurkan bahan anorganik yang menempal pada bahan tekstil.
Dengan coating nanopartikel TiO2,
material tekstil akan tetap bersih karena noda dan kotoran tidak akan menempel pada
bahan tersebut.
Sejumlah peneliti dari The
University of Yaoundé, Université Paris-Est, dan Université de Bordeaux telah mencoba
menerapkan sifat fotokatalitik pada kain tenun. Mereka juga menguji keefektifan
bahan tersebut dengan noda senyawa organik berbentuk metilen biru.
Setelah terpapar sinar matahari
selama 5 jam, peneliti menemukan degradasi noda yang sangat signifikan setelah
kain dilapisi nanopartikel titanium dioksida.
Hasil Uji Fotokatalitik
TiO 2 pada Kain Katun; (a) topografi kain katun
kosong; (b) topografi kain katun berlapis nanopartikel TiO 2
; (A) Noda biru metilen pada kain berlapis nanopartikel
TiO 2 ; (B) Hasil penghilangan noda melalui proses
fotokatalitik pada kain berlapis nanopartikel TiO 2 melalui
proses pengeringan di bawah sinar matahari selama 5 jam.
Fakta menyebutkan bahwa para
peneliti sudah mempelajari fenomena fotokatalitik sejak tahun 1970. Reaksi fotokatalitik
diaktifkan oleh kehadiran foton dari sinar matahari atau UV yang akan
menghasilkan elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan melubangi pita
valensi.
Elektron itulah yang akan mereduksi
warna polutan dan bereaksi dengan akseptor electron. Seperti O 2
yang teradsorpsi pada permukaan katalis atau dilarutkan dalam air sehingga membentuk
anion radikal superoksida.
Lubang oksidasi molekul organik akan
bereaksi dengan OH– atau H 2 O untuk menghasilkan OH
radikal hidroksil.
§ OH
merupakan spesi kuat yang mampu menguraikan hampir semua jenis senyawa organik
pencemar (dalam konteks ini berupa noda). Produknya berupa CO 2 dan
H 2 O atau dapat degradasi, oksidasi dan reduksi.
Serangkaian reaksi tersebut mampu
menghilangkan noda dan kotoran pada kain. Mekanisme itulah yang disebut
self-cleaning fotokatalitik. Keseluruhan reaksi fotokatalitik dapat digambarkan
sebagai berikut:
Pengembangan Tekstil
Antimikroba dengan Nanopartikel Ag-TiO 2
Sterilisasi permukaan adalah
sifat intrinsik lain dari bahan nanopartikel TiO 2. Properti
ini mengacu pada mekanisme fotokatalitik yang terjadi ketika material terkena
sinar matahari atau sinar UV.
Sampai saat ini, para peneliti belum menyetujui mekanisme sterilisasi permukaan menggunakan nanopartikel TiO 2. Tapi mereka yakin bahwa spesies oksigen yang dihasilkan oleh TiO 2 adalah pembunuh utama sel bakteri.
Dengan kata lain, nanopartikel
titanium dioksida yang terpapar sinar matahari mampu menghasilkan senyawa anti-bakteri.
Sehingga nanopartikel TiO 2 berfungsi sebagai zat antibakteri
aktif untuk bahan tekstil.
Mekanisme eliminasi bakteri
oleh partikel nano TiO 2
Sifat antimikroba bahan tekstil bisa
dikembangkan menggunakan partikel titanium dioksida berukuran nano.
Peneliti berhasil mengembangkan
teknologi agen pembentuk biobarrier antimikroba dari kombinasi nanopartikel
TiO 2 dan 3-(trimethoxysilyl) propyl-N,N,N
dimethyloctadecyl ammonium chloride (SiQAC). Hasilnya bisa aplikasikan pada
permukaan kain katun dan menghasilkan lapisan anti-mikroba.
Penambahan material SiQAC dalam pembuatan
pelapis antimikroba mampu meningkatkan daya tahan nanopartikel pada bahan
tekstil.
Material SiQAC mampu
memaksimalkan daya rekat dan ketahanan luntur material nanopartikel pada kain
katun.
Skema fungsionalisasi
nanopartikel TiO 2 dengan 3-(trimetoksisilil) propil-N,N,N
dimetiloktadesil amonium klorida papa pembuatan biobarrier antimikroba kain
katun
Hasil pengujian biobarrier
antimikroba menggunakan bakteri S. Aureus dan E. Coli menunjukkan bahwa
penambahan lapisan biobarrier antimikroba menghasilkan zona hambat pada semua
sampel.
Bercak putih pada sampel
menggambarkan zona hambat
Jika ukuran bercak putih besar dan banyak maka aktivitas bakteri juga makin banyak. Sehingga dapat disimpulkan bahwa nanopartikel TiO 2 sangat berpotensi menjadi bahan baku pembuatan kain antibakteri.