17 Yuli Darni - FT

Kembali PENINGKATAN HIDROFOBISITAS PENINGKATAN HIDROFO BISITAS DAN SIFAT FISIK PLASTIK BIODEGRADABEL PATI TAPIOKA DENGAN PENAMBAHAN SELULOSA RESIDU RUMPUT LAUT Euchema spinossum

Yuli Darni, Herti Utami dan Siti Nur Asriah Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas U niversitas Lampung Jl Prof. Dr. Soemantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung, Telp. (0721) 701609 E-mail : [email protected] [email protected] Abstrak

Tapioka, merupakan hasil pengolahan ubi kayu yang potensial sebagai bahan film plastik biodegradabel. Namun sifat dasarnya yang hidrofilik menjadikan film plastik yang dihasilkan memiliki nilai penyerapan air yang besar dan mudah retak sehingga belum layak untuk digunakan sebagai plastik kemasan. Hal ini mengindikasikan perlunya penambahan biopolimer pencampur dan plasticizer guna memperbaiki sifat fisik dan mekanik plastik biodegradabel. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh dari penambahan selulosa sebagai biopolimer pencampur dan plasticize r gliserol terhadap sifat fisik dan ketahanan air (hidrofobisitas) plastik biodegradabel. Metode yang digunakan adalah dengan mencampurkan pati tapioka dan selulosa dengan formulasi pati-tapioka 10:0, 9:1, 8:2, 7:3 dan 6:4 (m/m) kemudian diaduk dengan kecepatan pengadukan 50 rpm dan suhu 90 0C selama 30 menit. Plasticizer gliserol ditambahkan sebanyak 20 %, 25%, dan 30 % dari total 10 gram campuran pada 5 menit terakhir pengadukan. Kemudian plastik dicetak dan dipanaskan dalam oven dengan temperatur 600C selama 24 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan selulosa mampu mengurangi penyerapan air bioplastik dan meningkatkan nilai kuat tarik ( tensile strength ) film plastik pada titik tertentu. Sedangkan penambahan gliserol dapat meningkatkan nilai perpanjangan (elongation at break) film plastik. Besarnya penyerapan air yang paling rendah dan nilai tensile strength tertinggi dihasilkan oleh formulasi pati-tapioka 8:2 dengan konsentrasi plasticizer 25%. Sedangkan untuk film plastik yang memiliki nilai elongation at break terbesar adalah pada formulasi pati-tapioka 7:3 dengan konsentrasi plasticizer 30%. Kata kunci: gliserol, pati, plastik biodegradabel, selulosa.

PENDAHULUAN

Plastik merupakan bahan polimer rantai rantai panjang dengan atom yang mengikat mengikat satu sama lain, rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang. Dalam kehidupan manusia plastik banyak digunakan. Hampir setiap produk seperti makanan dan minuman, menggunakan plastik sebagai kemasan. Sedangkan produk rumah tangga banyak yang menggunakan bahan dasar plastik karena plastik mempunyai keunggulan seperti ringan tetapi kuat, transparan, tahan air serta harganya relatif murah dan terjangkau oleh semua kalangan masyarakat. Saat ini plastik yang digunakan merupakan polimer sintetik dari bahan baku minyak bumi yang terbatas jumlahnya dan tidak dapat diperbaharui. Berdasarkan hal tersebut, maka dibutuhkan adanya alternatif bahan plastik yang diperoleh dari bahan yang mudah didapat dan tersedia di alam dalam jumlah besar dan murah tetapi mampu menghasilkan produk dengan kekuatan yang sama atau bahkan lebih baik. Plastik berbahan pati memiliki dua kekurangan yaitu rendahnya kekuatan mekanik serta bersifat hidrofilik. Untuk mengatasi kekurangan ini ada beberapa cara yang dapat dilakukan, salah satunya adalah pencampuran pati dengan polimer sintesis atau polimer lain seperti polipropilen. Namun hasilnya hanya pati saja yang dapat terdegradasi, polimer sintetis yang digunakan sebagai campuran tetap sulit didegradasi, sehingga masih menimbulkan masalah Seminar Hasil Penelitian & Pengabdian Kepada Masyarakat, Unila, 2009

C-127

lingkungan. Selanjutnya cara lain adalah pencampuran pati dengan selulosa, gelatin dan jenis biopolimer lainnya yang dapat memperbaiki kekurangan dari sifat plastik berbahan pati (Weiping Ban, 2006). Penggunaan biopolimer seperti selulosa digunakan untuk meningkatkan kekuatan mekanik dan ketahanan air film plastik. Berdasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Weiping Ban tahun 2006, penambahan kandungan biopolimer campuran dibawah 10 % tidak memiliki kenaikan yang cukup signifikan terhadap nilai kekuatan mekanik dan ketahanan air. Dengan kandungan selulosa yang semakin besar sebagai campuran pati dalam film plastik diharapkan kekuatan mekanik dan ketahanan air akan semakin meningkat. Untuk itu perlu dilakukan penambahan kandungan biopolimer pencampur dan mencari formulasi pati – selulosa terbaik dalam pembuatan bioplastik agar pengaruh jumlah selulosa menjadi signifikan sehingga dapat memperbaiki kekuatan mekanik dan ketahanan air plastik berbahan pati. Metode lain untuk memanfaatkan pati sebagai bahan baku bioplastik selain mencampur pati dengan biopolimer seperti selulosa juga dapat dilakukan dengan melarutkan plasticizer dengan larutan pati. Kedua metode di atas dapat dipadukan untuk menghasilkan film plastik yang memiliki kekuatan mekanik dan fisik yang lebih baik. Untuk itu perlu dilakukan penambahan plasticizer seperti gliserol dan mencari konsentrasi gliserol pada campuran patiselulosa terbaik Penelitian dengan menggunakan tapioka-gelatin sebagai bahan pembuat bioplastik pernah dilakukan oleh Rahmawati dan Yuli Darni (2008). Namun film plastik yang dihasilkan memiliki nilai penyerapan air yang besar (hidrofobisitasnya masih rendah). Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dengan tujuan untuk menghasilkan film plastik dengan tingkat hidrofobisitas yang tinggi (ketahanan air yang tinggi) dan sifat fisik dan mekanik mendekati plastik konvensional seperti polipropilen. Pada penelitian ini, selulosa digunakan sebagai biopolimer campuran pada pati tapioka untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik (yaitu kekuatan tarik, perpanjangan dan Modulus Young) serta ketahanan terhadap air ( hidrofobisitas) dengan mencari formulasi campuran bahan antara pati – selulosa dan kandungan gliserol yang terbaik dalam pembuatan bioplastik. Maka tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh formulasi pati-seluloserta dan ketahanan air bahan bioplastik, dan menentukan formulasi terbaik pati – selulosa dan konsentrasi gliserol terbaik yang dilihat dari sifat mekanik dan ketahanan air bioplastik yang mendekati sifat mekanik plastik konvensional (polipropilen) dan nilai ketahanan air ( water uptake) terkecil. BAHAN DAN METODE

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia Universitas Lampung dan analisis plastik hasil penelitian dilakukan di ITB, Bandung. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : Tepung Tapioka, residu Rumput Laut Euchema spinossum. R esidu rumput laut yang digunakan adalah hasil ekstraksi Euchema spinossum untuk diambil selulosanya , NaOH 40 % (m/v), Hidrogen peroksida (H 2O2) 6 % (v/v), gliserol, anhydrous sebagai plasticizer dari MERCK, dan aquades Peralatan yang digunakan dalam penelitian antara lain : 1. Peralatan utama; Hot plate, temperatur : 100 0 C, labu leher tiga, volum : 2000 ml, Kolom pendingin balik, Kain saring, Krus porselin, Gelas Beaker, kapasitas: 500 ml, 200 ml, 100 ml, dan 50 ml, Gelas Ukur, kapasitas : 10 ml, Water bath dan Stirrer, Drying oven, Termometer, skala: 0-1000C, Digital balance, Cetakan teflon, diameter 15 cm, Zipbag lock, Pipet, Stopwatch, Desiccator 2. Peralatan analisis ; Universal Testing Machine, Universal Testing Machine merupakan alat uji kekuatan mekanik material, Jangka sorong digital, Jangka sorong untuk mengukur ketebalan plastic, Desikator a. Desikator digunakan untuk mengurangi kandungan air pada plastik yang dihasilkan sebelum dianalisa, Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang digunakan dalam analisis morfologi film plastik biodegradable, Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR buatan Shimadzu 8400 untuk mengidentifikasi gugus fungsi.

Seminar Hasil Penelitian & Pengabdian Kepada Masyarakat, Unila, 2009

C-128

A. Rancangan Percobaan

1. Variabel yang divariasikan : a. Perbandingan massa (m/m) pati tapioka terhadap selulosa yaitu 6:4, 7:3, 8:2, 9:1 dan 10: 0 berdasarkan berat kering campuran pati – selulosa yaitu 10 gram. b.Konsentrasi gliserol dalam campuran total pati-selulosa yaitu 20%, 25% dan 30% dari 10 gram campuran pati-selulosa. 2. Variabel yang ditetapkan : a. Waktu pengadukan 30 menit dengan kecepatan pengadukan 50 rpm. o b. Temperatur pengeringan dalam oven 60 C dan lamanya 24 jam. c. Total campuran antara pati terhadap selulosa adalah 10 gram, dan konsentrasi larutan 4 g/100 ml. 0 d. Temperatur pengadukan campuran pati-selulosa- plasticizer yaitu 90 C Tabel 1. Rancangan percobaan .

Run

Konsentrasi gliserol (%)

Rasio massa tapioka – selulosa(g/g)

1

20

6: 4

2

20

7: 3

3

20

8: 2

4

20

9: 1

5

20

10 : 0

6

25

6: 4

7

25

7: 3

8

25

8: 2

9

25

9: 1

10

25

10 : 0

11

30

6: 4

12

30

7: 3

13

30

8: 2

14

30

9: 1

15

30

10 : 0

B. Prosedur Penelitian

Pembuatan plastik menurut metode yang dilakukan oleh Weiping Ban (2005). Adapun langkah – langkahnya sebagai berikut : a. Timbang sejumlah massa pati dan selulosa yang diinginkan. b. Buat larutan pati serta melalui penambahan aquades sesuai dengan jumlah volume yang telah dihitung pada gelas beaker yang terpisah, larutan pati pada gelas beaker 500 ml Ukur volume larutan gliserol sesuai yang divariasikan. c. Masukkan larutan selulosa ke dalam gelas beaker berisi larutan pati. d. Panaskan water bath dan atur temperatur yang akan digunakan yaitu 900C e. Letakkan gelas beaker 500 ml berisi larutan pati dan larutan selulosa pada water bath kemudian hidupkan stirrer . f. Setelah 25 menit tambahkan gliserol pada larutan pati – selulosa aduk selama 5 menit. g. Kemudian angkat gelas beaker berisi larutan dan matikan water bath dan stirrer . Seminar Hasil Penelitian & Pengabdian Kepada Masyarakat, Unila, 2009

C-129

h. Setelah itu dinginkan larutan tersebut dan hilangkan gelembung udara ataupun pengotor yang tercampur pada larutan. i. Tuangkan larutan sebanyak 150 gram ke dalam cetakan teflon berdiameter 15 cm kemudian letakkan cetakan ke dalam oven pada T = 60 oC selama 24 jam. j. Setelah dikeringkan dalam oven, angkat dan masukkan cetakan ke dalam desiccator (kondisikan selama 24 jam). k. Lepaskan plastik dari cetakannya. Plastik siap untuk dianalisis. C. Analisis Plastik Pengujian Sifat Mekanik

Pada penelitian ini sifat mekanik bahan ditentukan melalui kekuatan tarik ( ultimate tensile strength ), persen perpanjangan dan modulus young. Sampel film plastik diuji sesuai dengan ASTM-D6381. Uji Ketahanan Air Bioplastik Uji ketahanan air plastik biodegradable yang dilakukan menurut Pongchayant dan Panu

Danwanichakul (2006). Potongan plastik dengan ukuran kecil yaitu 1 x 1 cm 2 dimasukkan ke dalam botol yang mengandung 5 ml air pada temperatur kamar. Potongan plastik ini selanjutnya diambil tiap menitnya dan air yang terdapat pada permukaan plastik dihilangkan dengan tisu kertas setelah itu baru dilakukan penimbangan. Langkah ini diulang sampai berat plastik konstan. Air yang diserap dihitung melalui persamaan : Air yang diserap % =

W

−

Wo

Wo

×

....................(1)

100

Dimana : Wo = berat sampel kering dan botol air

W = berat sampel setelah dikondisikan dalam

Uji Densitas Bioplastik

Densitas plastik merupakan rasio antara massa dan volum plastik. Sampel plastik dipotong, kemudian diukur panjang, lebar dan tingginya. Setelah itu ditimbang. Nilai densitas didapatkan dengan menghitung ρ = m/v. Analisis Mor fologi

Analisis morfologi terhadap penampang atas film bioplastik dilakukan dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy ) melalui perbesaran 500 – 5000x. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Sampel yang berupa film, ditempatkan ke dalam set holder, kemudian dicari spektrum yang sesuai. Hasilnya didapat berupa difraktogram hubungan antara bilangan gelombang dengan intensitas. Spektrum FTIR direkam menggunakan spektrometer pada suhu ruang


C-130

HASIL DAN PEMBAHASAN 1.

Sifat Fisik Bioplastik Ketahanan Bioplastik Terhadap Air

Pengaruh jumlah selulosa terhadap daya tahan bioplastik terhadap air dapat dilihat pada gambar berikut :

200 180 160

) % ( e k a t p u r e t a W

20%

140 120

25%

100 80 60

30%

40 20 0 10;0

9;1

8;2

7;3

6;4

Formulasi pati-selulosa (gram/gram)

Gambar 1 Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer

terhadap

water uptake

Tampilan hubungan persen air yang diserap ( water uptake) terhadap variasi konsentrasi plasticizer (20, 25 dan 30 %) dan formulasi selulosa (6;4,7:3,8;2,9;1,10:0) dapat dilihat pada Gambar 2. Pada gambar terlihat bahwa penambahan jumlah selulosa pada beberapa variasi mampu meningkatkan ketahanan air pada film plastik, namun penyerapan air kembali meningkat pada rasio pati-selulosa 6:4. Film plastik dengan ketahanan air terbaik adalah pada film plastik dengan rasio pati- selulosa 8:2 dan konsentrasi plasticizer 25% dimana absorbsi air sebesar 32,322 %. Sementara itu film plastik yang memiliki sifat ketahanan air paling rendah didapat pada film plastik dengan rasio pati-selulosa 10:0 dan konsentrasi plasticizer 25%. Dari hasil ini dapat terlihat bahwa kombinasi antara selulosa dan pati tapioka mampu meningkatkan ketahanan air bioplastik pada formulasi tertentu, penambahan selulosa residu rumput laut lebih dari 2 gram pada tiap 10 gram campuran pati-selulosa mengakibatkan persen air yang diserap kembali meningkat. Penambahan selulosa bertujuan untuk mengurangi sifat hidrofilik pati, karena karakteristik selulosa yang tidak larut dalam air. Ditinjau dari struktur kimia, selulosa memiliki ikatan hidrogen yang kuat sehingga sulit untuk bergabung dengan air. Namun penambahan selulosa yang berlebih mampu meningkatkan daya serap selulosa. Hal ini terjadi karena ikatan hidrogen dalam molekul selulosa cenderung untuk membentuk ikatan hidrogen intramolekul (Fengel, D and Wegener, G., 1995), termasuk dengan molekul air. Densitas Bioplastik

Pengukuran nilai densitas pada plastik sangat penting, karena densitas plastik erat kaitannya dengan kemampuan plastik dalam melindungi produk dari beberapa zat yang ada dalam udara bebas seperti air, O2, dan CO2. Nurminah (2009), mengemukakan bahwa plastik dengan densitas yang rendah menandakan bahwa plastik tersebut memiliki struktur yang terbuka, artinya mudah atau dapat ditembusi fluida seperti air, O2, dan CO2. Dari hasil perhitungan, didapat nilai densitas bioplastik adalah seperti terlihat pada gambar dibawah ini.


C-131

0.9

) 3 m c / m a r g ( k i t s a l p s a t i s n e d

0.8

20%

0.7 0.6

25%

0.5 0.4

30%

0.3 0.2 0.1 0 10;0

9;1

8;2

7;3

6;4

formulasi pati-selulosa (gram/gram)

Gambar 2. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer densitas bioplastik

terhadap

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa besarnya densitas bioplastik fluktuatif. Nilai terbesar didapat pada bioplastik dengan formulasi pati-tapioka 7:3 dan konsentrasi plasticizer 30%, yaiu sebesar 0,8953 gram/cm 3. Pati tapioka didominasi oleh amilopektin yang memiliki banyak percabangan. Percabangan ini mengakibatkan ikatan antar molekul dalam amilopektin mudah putus jika dibandingkan dengan amilosa yang memiliki rantai molekul lurus tanpa percabangan. Oleh karena itu rapat massa antar molekul pati tapioka pun tidak terlalu besar. Penambahan selulosa mampu meningkatkan rapat massa plastik, namun pada titik tertentu mengakibatkan molekul antar komponen penyusun bioplastik tidak rapat. Hal ini disebabkan oleh selulosa yang digunakan merupakan selulosa yang diproduksi secara manual, sehingga ukuran partikel selulosanya cenderung besar (>1 mm) dan mengakibatkan homogenisasi campuran pati-selulosa berkurang sehingga rapat massanya tidak terlalu besar. 2.

Sifat Mekanik Bioplastik

Sifat mekanik dipengaruhi oleh besarnya jumlah kandungan komponen-komponen penyusun film plastik yaitu pati, selulosa serta gliserol. Gliserol sebagai plasticizer dapat memberikan sifat elastis pada plastik. Film plastik berbahan pati saja bersifat lebih elastis serta memiliki kekuatan tarik dan Modulus Young rendah. Film plastik dari campuran pati dan selulosa agar dapat digunakan sebagai plastik kemasan harus memenuhi standar sifat mekanik tertentu. Umumnya plastik kemasan komersil yang digunakan adalah polipropilen. Plastik berbahan pati harus memiliki kesamaan sifat mekanik untuk dapat menggantikan polipropilen sebagai polimer sintetik. Merujuk pada Tabel 4, bioplastik dari campuran pati dan selulosa memiliki kekuatan tarik yang masih di bawah PP, yaitu sebesar 10,28 Mpa. Untuk nilai perpanjangan sudah memenuhi nilai perpanjangan polipropilen, yaitu sebesar 40, 475 %.


C-132

a. Pengaruh formulasi pati-selulosa terhadap kekuatan tarik plastik

Pengaruh formulasi pati-selulosa terhadap kekuatan tarik plastik dapat dilihat pada gambar berikut : 12

) a P M ( h t g n e r t s e l i s n e T

10

20%

8

25%

6 4

30%

2 0 10;0

9;1

8;2

7;3

6;4


Gambar 3 Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap kuat tarik bioplastik. Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa kekuatan tarik terbaik berada pada bioplastik dengan formulasi pati-selulosa 8:2 dan konsentrasi plasticizer 25%, yaitu sebesar 10,28 MPa. Data hasil uji kekuatan tarik ini menunjukkan bahwa penambahan selulosa mampu meningkatkan kekuatan tarik film plastik pada formulasi tertentu. Ikatan serat yang disebabkan karena proses penggilingan akan mempengaruhi kekuatan serat. Peningkatan ikatan disebabkan oleh peningkatan penggilingan tetapi penggilingan yang berlebihan cenderung akan sedikit menurunkan ketahanan tarik karena perusakan struktur serat yang disebabkannya (Vivi, 1993 dalam Nurminah 2009). Penggilingan pada tingkat tertentu dapat meningkatkan kekuatan kekuatan tarik. Tapi penggilingan yang berlebihan akan menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik, yang mungkin disebabkan terjadinya disintegrasi serat (Nurminah, 2009) Kondisi fisik film plastik setelah dicetak dengan jelas menunjukkan bahwa campuran pati-selulosa ini tidak homogen, hal ini disebabkan oleh proses penggilingan selulosa residu rumput laut yang tidak sempurna. Kadar selulosa yang terlalu banyak akan menyebabkan film plastik semakin tidak homogen. Ketidakhomogenan ini berakibat pada tidak sempurnanya blending yang terjadi, sehingga ikatan yang terjadi antara pati-selulosa dan gliserol tidak kuat. Ikatan antar komponen penyusun ini sangat berpengaruh pada kekuatan tarik film plastik.


C-133

b. Pengaruh formulasi pati-selulosa terhadap persen perpanjangan

Pengaruh formulasi pati-selulosa terhadap persen perpanjangan dapat dilihat pada gambar berikut :

45 40

) % 35 ( k a 30 e r b 25 t a n 20 o i t a 15 g n 10 o l E

20% 25% 30%

5 0

10;0

9;1

8;2

7;3

6;4


Gambar 4. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap elongation at break bioplastik. Data di atas menunjukkan bahwa perpanjangan tertinggi berada pada bioplastik dengan formulasi pati-selulosa 9:1 dan konsentrasi plasticizer 30%. Plasticizer berfungsi sebagai pemberi sifat elastis pada film plastik, sehingga semakin banyak plasticizer yang diberikan akan meningkatkan nilai perpanjangan plastik. Penambahan plasticizer menyebabkan turunnya gaya intermolekular sepanjang rantai polimer sehingga meningkatkan fleksibilitas (Li Yang, 1997). Hal ini terlihat dari data yang dihasilkan, secara umum penambahan plasticizer mencapai 30% mengakibatkan nilai elongation at break plastik meningkat signifikan. Rumput laut memiliki serat selebar 3-7 mikrometer dan panjang 0,5-1 milimeter, dengan fleksibilitas tinggi, dan mengandung substansi perekat cair (Fetjuwaty, 2008). Fleksibilitas selulosa residu rumput laut lebih tinggi jika dibandingkan dengan selulosa berbahan baku kayu. Hal ini terlihat dari rumput laut yang mampu mengalami pembengkakkan (swelling) yang jauh lebih besar daripada kayu jika direndam dalam larutan alkali. Fleksibilitas yang tinggi ini memberikan pengaruh terhadap besarnya perpanjangan bioplastik.


C-134

c. Pengaruh formulasi pati-selulosa terhadap Modulus Young

Pengaruh jumlah selulosa terhadap Modulus Young dapat dilihat pada gambar berikut : 500 450

) a P M ( g n u o Y s u l u d o M

20%

400 350

25%

300 250

30%

200 150 100 50 0 10;0

9;1

8;2

7;3

6;4


Gambar 5. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap Modulus Young Modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu bahan, yang didapat dengan menghitung besarnya tensile strength dibagi dengan nilai elongation at break . Pada grafik dapat dilihat Modulus Young cenderung naik seiring kenaikan jumlah selulosa yang ditambahkan. Pati tapioka mengandung 83 % amilopektin yang sifat dasarnya elastis. Pada plastik dengan bahan baku pati murni, nilai Modulus Young sangat kecil, yang berarti plastik tersebut sangat elastis. Namun ketika formulasi pati-selulosa 8:2 dan konsentrasi plasticizer 25%, nilai Modulus Young mencapai angka yang tertinggi, yang berarti plastik tersebut lebih kaku. Hal ini disebabkan karena meskipun selulosa residu rumput laut memiliki tingkat fleksibilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan selulosa berbahan baku kayu namun sifat elastisitasnya tidak lebih baik daripada pati tapioka yang mengandung banyak amilopektin 3.

Stuktur Permuk aan Bioplastik

Gambar 6 Penampang atas film plastik pati-selulosa 8:2 dan konsentrasi plasticizer 25% dengan perbesaran 2500x


C-135

Dari gambar dapat dilihat bahwa struktur molekul bioplastik yang menggunakan patiselulosa terlihat tidak rapat. Retakan yang terjadi diakibatkan oleh serat selulosa yang ukurannya masih terlalu besar karena proses penghalusan tidak sempurna. Seperti terlihat pada gambar di atas, selulosa yang berukuran relatif besar mengawali terjadinya retakan di sekitar serat selulosa . Namun untuk zona dengan selulosa yang halus terlihat struktur morfologi yang cukup rapat.

Gambar 7 Penampang atas film plastik polipropilen, dengan perbesaran 4723x (sumber: Machado G, et all. 2001) Hasil SEM polipropilen ditunjukkan sebagai pembanding. Dimana dapat dilihat morfologi dari propilen yang lebih rapat ( dense) jika dibandingkan dengan morfologi bioplastik pati-selulosa. Keseragaman dalam film plastik ini sangat baik, sehingga tidak ada retakan yang terjadi. 4.

Analisis Gugus Fu ngsi Bioplastik

Analisis gugus fungsi bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam suatu senyawa.. Banyaknya frekwensi yang dilewatkan diukur sebagai persen transmittance(%T). 100 %T 90 8 8 . 1 6 7

80

2 3 . 8 5 8

1 0 . 7 7 6

3 8 . 5 2 9

70

6 5 . 7 3 6 1

60

2 8 . 3 1 4 1

4 9 . 7 2 9 2

50

6 3 . 5 5 1 7 1 0 . 9 0 1 1

40

30

0 7 . 7 3 0 1

9 2 . 6 0 4 3

4500 Si3

4000

3500

3000

2500

2000

1750

1500

1250

1000

750 1/cm

Gambar 8. spektrum FTIR bioplastik formulasi pati-selulosa 8:2 Dari gambar di atas, dapat dilihat adanya lembah spesifik pada bagian kiri gambar, terletak pada bilangan gelombang 3406, 29 cm -1. Hal ini menunjukkan bahwa film plastik masih memiliki banyak gugus OH.


C-136

Tabel 2. Hasil analisis gugus fungsi dengan FTIR.

Bilangan

Gugus fungsi

gelombang

Pustaka (Shriner et al 2004 & Fessenden)

(cm-1) 2927.94

Uluran C-H

2840 – 3000

1637.70

C=O karbonil

1540 – 1820

1155.36

C-O ester

1000 – 1300

3406.29

O-H karboksil

3330 - 3500

1037.30

Uluran C-O (ester)

900 – 1300

Penambahan selulosa dan gliserol bertujuan untuk memodifikasi pati . Namun jika dilihat dari panjang gelombang yang terbaca belum ada gugus fungsi baru yang terbentuk. Hal tersebut berarti film plastik yang dihasilkan merupakan proses blending secara fisika karena tidak ditemukannya gugus fungsi baru sehingga film plastik memiliki sifat seperti komponen-komponen penyusunnya. Selain gugus hidroksida (OH), gugus fungsi lain yang terdapat dalam film plastik ini adalah gugus fungsi karbonil (CO) dan ester (COOH). Dengan dimilikinya gugus fungsi tersebut maka film plastik dapat terdegradasi. Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa di dalam bioplastik terdapat ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antar molekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas ( lone pair electron ). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen. Banyaknya gugus OH yang dimiliki sangat memungkinkan film plastik untuk berikatan dengan air. Berdasarkan uraian di atas dan hasil analisa sifat mekanik dan fisik bioplastik dapat kita bandingkan dengan sifat mekanik dan fisik dari polipropilen sebagai berikut: Tabel 3 Perbandingan Sifat Mekanik dan F isik Film Plastik

No

Sifat Mekanik & Fisik

PP

*Bioplastik

Bioplastik

24,7-302

28,33

10,208

21-220

9.31

2,233

1430

643,86

450,034

1.

Tensile strength (Mpa)

2.

Elongation (%)

3.

Modulus Young (Mpa)

4.

Densitas (g/cm3)

0,90-0,914

-

0,7066

5.

Water Uptake (%)

0,01

64,4

32,322

Sumber : www.boedeker.com *Penelitian terdahulu (Rahmawati dan Darni, 2008)


C-137

SIMPULAN

Berdasarkan uraian hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa tingkat hidrofobisitas (penyerapan air) dan sifat fisik terbaik dari film plastik yang dihasilkan pada formulasi pati:selulosa 8:2 dan konsentrasi plasticizer 25% dengan nilai penyerapan air 32,32%, kekuatan tarik 10,208 Mpa dan Modulus Young 450,034 Mpa. Plastik yang dihasilkan telah mendekati sifat polipropilen sebagai plastik kemasan. DAFTAR PUSTAKA

Anggara, R. 2001. Kajian Formulasi Bahan Bioplastik Dari Campuran Tapioka Dan Damar . Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Universitas Lampung. Lampung. Averous, L and O Vilpoux. 2002. Starch – Based Plastics . Journal of Technology Latin America. Brazil. Bioplastic Magazine. 2006. Vol.1. http://www.bioplasticsmagazine.net. Diakses: 27 April 2008 Boedeker Plastics, Inc. Polyethylene Spesifications . BPI. 29 April 2009. http://www.boedeker.com/polyp_p Fengel, D and G Wegener. 1984. Wood, Chemistry, Ultrastructure, Reaction. Walter de Gruyter. New York. Fetjuwaty, J. 2008. Hutan, Kertas dan Alga Merah. www.kabarindonesia.com .29 Oktober 2008 Firdaus, Feris. 2006. Bahan Plastik Ramah Lingkungan . LIPI. Bogor Google. Struktur Selulosa. 13 Mei 2008. http://en.google.com/pencarian gambar/struktur selulosa. Heuser, E. 1943. The Chemistry of Cellulose . John Wiley and Sons, Inc.

New York

IDES, Inc. Tensile Properties – ASTM D638 . 22 Agustus 2007 http://ides.beta.ides.com Institute Systems and Innovation Research. 2004. Techno-economic Feasibility of Large-scale Production of Bio-based Polymers in Europe (PRO-BIP) . Final Report Utrecht University. Uni Eropa Jan van Beilen et al. 2006. Flagship Biopolymers . Epobio. Uni Eropa. Krogars, Karin. 2003. Aqueous-Based Amylose-Rich Maize Starch Solution and Dispersion: A study on Free Films and Coatings . Faculty of Science of the University of Helsinki, Finlandia. Li Yang.1997. Physicochemical Properties of Biodegdradable/Edible Films Made With Gellan Gum. University of Nova Scotia. Canada Machado, G; Maria Agusta de Luca; Dimitrios Samios. 2001. Microstructural Orientation of Isotactic Polypropylene Studied by Computerized Scanning Eletron Microscopy Image Analysis. Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS, Brazil Nurminah, M. 2009. Penelitian Sifat Berbagai Bahan Kemasan Plastik dan Kertas Serta Pengaruhnya Terhadap Bahan Yang Dikemas. Fakultas Pertanian Jurusan Teknologi

Pertanian. Universitas Sumatera Utara Puprasert, C dan C Poonsawat. 2005. Physical and Mechanical Properties of Polymer Blends of Natural Rubber and Cassava Starch . Khon Kean University. Thailand. Seminar Hasil Penelitian & Pengabdian Kepada Masyarakat, Unila, 2009

C-138

Rahmawati, Dwi dan Yuli Darni. 20 08 . Pemanfaatan Pati Tapioka dan Gelatin pada Pembuatan Bioplastik dengan Plastisizer Gliserol. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Soebardjo

Brotorahardjono, “Pengolahan Sumber daya alam dan energi terbarukan”, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, UPN, Jatim Sirikhajornnam, P dan P Danwanichakul. 2006. A Preliminary Study of Preparing Biodegradable Film From Starch. Thammasat University. Thailand. Suzanti, S. 2007. Isolasi Selulosa dari Residu Rumput Laut Euchema spinossum dengan Metode Ekstraksi menggunakan Sodium Hidroksida (NaOH ). Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung. Lampung. Weiping Ban et al. 2006. Improving The Physical and Chemical Functionally of Starch – Derived Films With Biopolymers. Journal of Applied Polymer Science 2006 Vol. 100. United States. Weiping Ban et al. 2006. Influence of Natural Biomaterials on the Elastic Properties of StarchDerived Films: An Optimization Study . Journal of Applied Polymer Science 2006 Vol. 100. United States. Wikipedia. Glycerol.24 Mei 2008. http://en.wikipedia.org/wiki/glycerol.


C-139

LAMPIRAN GAMBAR DAN TABEL

Tabel

1. Rancangan percobaan 2. Hasil analisis gugus fungsi dengan FTIR 3. Perbandingan Sifat Mekanik dan Fisik Film plastik Gambar

1. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap water uptake 2. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap densitas bioplastik 3. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap kuat tarik bioplastik 4. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap Elongation at break bioplastik 5. Pengaruh formulasi pati-selulosa dan konsentrasi plasticizer terhadap Modulus Young bioplastik 6. Penampang atas film plastik pati-selulosa 7. Penampang atas film plastik polipropilen 8. Spektrum FTIR bioplastik


17 Yuli Darni - FT

Recommend Documents