PROPOSAL PRAKTIKUM MATA KULIAH PILIHAN POLIMER
PEMBUATAN PLASTIK BIODEGRADABLE BIODEGRADABLE MENGGUNAKAN LIMBAH BIJI MANGGA SEBAGAI BAHAN BAKU DENGAN PLASTICER GLISERIN DARI MINYAK JELANTAH
Disusun Oleh :
Sutisno Prabowo
21030111060056 21030111060056
Ilham Ramadhan
21030111060119 21030111060119
Andhika Pusparini
21030111060120 21030111060120
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2013
HALAMAN PENGESAHAN
Praktikum :
Mata Kuliah Pilihan Polimer
Judul Usulan Kegiatan
: Pembuatan Edible Film dengan Bahan Baku Pati Singkong Sebagai Kemasan Permen
Dosen Pembimbing
:
Praktikan
:
Ir. Dedy Kurniawan Wikanta, MM
1. Wahyu Adhe Kurniawan
21030111060032
2. Septian Adi Gita P
21030111060057
3. Anastasia Armandita Octaviana
21030111060091
Proposal Praktikum dengan Judul :
Pembuatan Edible Film dengan Bahan Baku Pati Singkong Sebagai Kemasan Permen telah disetujui pada tanggal ……………… November 2013
Semarang, November 2013 Dosen pembimbing
Ir. Dedy Kurniawan Wikanta, MM NIP. 19520422 198103 1 001
ORGANISASI KELOMPOK
Praktikum Mata Kuliah Pilihan Polimer akan dilaksanakan oleh mahasiswa Program Studi Diploma III Teknik Kimia Program Diploma Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang, yaitu sebagai berikut : 1. Wahyu Adhe Kurniawan
21030111060032
2. Septian Adi Gita P
21030111060057
3. Anastasia Armandita Octaviana
21030111060091
Demikian usulan kegiatan ini dibuat agar dapat disetujui dan dapat dilaksanakan dengan sebaik – baiknya.
Semarang, November 2013
Praktikan
Praktikan
Praktikan
Wahyu Adhe Kurniawan
Septian Adi Gita
Anastasia Armandita
21030111060032
21030111060057
21030111060091
Mengetahui, Dosen Pembimbing
Ka. Laboratorium
Ir. Dedy Kurniawan Wikanta, MM
Ir. Hj. Wahyuningsih, M.Si
NIP. 19520422 198103 1 001
NIP. 19540318 198603 2 001
PROPOSAL PRAKTIKUM MATA KULIAH PILIHAN POLIMER
I. JUDUL
Pembuatan Plastik Biodegradable Menggunakan Limbah Biji Mangga Sebagai Bahan Baku dengan Plasticizer Gliserin dari Minyak jelantah II. LATAR BELAKANG MASALAH
Limbah adalah salah satu permasalahan yang paling memprihatinkan di Indonesia. Seiring dengan pertumbuhan penduduk yang kian pesat, produksi limbah juga semakin meningkat pesat, termasuk limbah plastik. Penggunaan plastik dalam kehidupan sehari – hari sudah sangat umum sehingga limbah plastic yang ada di Indonesia pun jumlahnya sudah sangat banyak, bahkan diperkirakan limbah plastik di Indonesia telah mencapai ribuan ton. Sampah plastik termasuk sampah non-organik yang butuh waktu sangat lama untuk dapat terdegradasi dengan sempurna. Plastik baru dapat terdegradasi dalam waktu 450 hingga 600 tahun (Katz,1995). Limbah plastik
ini
dapat
menimbulkan
berbagai
permasalahan
lingkungan
seperti
tersumbatnya jalan air dalam tanah, menyebabkan racun bagi berbagai organisme, dan memerlukan lahan yang sangat besar untuk penampungan sampah – sampah tersebut. Di sisi lain, plastik yang selama ini banyak digunakan berasal dari pengolahan sumber energi fosil. Pembuatan plastik sintetis yang berasal dari energi fosil bahkan telah mencapai 140 juta ton/tahun di seluruh dunia.Banyaknya pemakaian tersebut kini dihadapkan pada ketersediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis. Industri plastik dituntut untuk lebih meminimalisasi penggunaan bahan bakar fosil dan lebih menekan laju produksinya. Berbagai hal di atas menuntut suatu solusi dalam menghasilkan plastik yang mudah diuraikan sempurna dalam waktu singkat serta berasal dari bahan lain selain sumber energy fosil. Plastik biodegradable, sebagai plastik yang berasal dari bahan yang ramah lingkungan dapat dijadikan salah satu solusinya. Plastik biodegradable memiliki beberapa keunggulan dibandingkan plastic sintetis. Selain sifatnya yang mudah terurai, proses pembuatan plastic biodegradable juga menghasilkan lebih sedikit emisi karbon dibandingkan proses pembuatan plastik biasa (Kusumastuti et.al , 2010) dan lebih aman digunakan sebagai kemasan makanan.
Plastik biodegradable dapat dibuat dari berbagai macam bahan alami seperti limbah kulit buah-buahan dan limbah chitosan. Selain itu, pembuatan plastik biodegradable relatif mudah sehingga dapat diterapkan oleh masyarakat. Proses pembuatan biodegrable plastik menggunakan plasticizer sintetis. Plasticizer adalah senyawa yang memungkinkan plastik yang dihasilkan tidak kaku dan rapuh. Sebagian besar platicizer sintetis yang digunakan berasal dari golongan ftalat. Berdasarkan penelitian, ester turunan asam ftalat ini dapat membahayakan kesehatan, bahkan dapat menyebabkan kematian (Arban, 2007). Dalam penelitian ini, penulis mencoba menghasilkan plasticizer yang lebih aman,yaitu gliserin yang dihasilkan sebagai hasil samping reaksi transesterifikasi alkohol dengan minyak jelantah. Proses pembuatan plasticizer yang berasal dari minyak jelantah juga diharapkan dapat membantu memecahkan permasalahan limbah minyak jelantah, terutama sebagai hasil aktivitas rumah tangga.Selain plasticizer , bahan utama dalam komposisi plastik biodegradable adalah pati. Di indonesia banyak sekali bahan – bahan yang bisa diolah menjadi suatu bahan potensial dan bermanfaat tapi hanya dibuang begitu saja sebagai sampah tanpa ada yang memanfaatkan. Diantaranya adalah biji mangga yang sampai saat ini masih dibuang begitu saja sebagai sampah dan belum dimanfaatkan, padahal dari biji mangga ini bisa diperoleh hasil suatu produk-produk yang sangat berguna sebagai makanan maupun sebagai bahan industri.
Oleh karena itu, penulis mencoba melakukan penelitian yang memanfaatkan berbagai jenis limbah tersebut dalam proses pembuatan plastik biodegradable dengan mengangkat judul “Pembuatan Plastik Biodegradable Menggunakan Limbah Biji Mangga Sebagai Bahan Baku dengan Plasticizer Gliserin dari Minyak Jelantah”.
III. PERUMUSAN MASALAH
Berkaitan
dengan
produksi
plastik
biodegradable
diantaranya
denganmenggunakan substrat yang berbasis pati dan selulosa dengan biaya produksi yang lebih murah dan terjangkau. Produksi plastik biodegradable memberikan prospek yang baik karena bahan baku yang dipakai mudah ditemukan bahkan melimpah di Indonesia dan selama ini pati dan selulosa dianggap mencemari lingkungan. Namun demikian, kendala yang dihadapi adalah menentukan kondisi operasi yang baik untuk plastik biodegradable dengan hasil relatif baik yang harus dicapai untuk memproduksi plastik biodegradable dari limbah biji mangga dan juga
dihasilkan paket teknologi tepat guna dan mendukung program pemerintah. Untuk itu, perlu menelaah proses produksi plastik biodegradable dari limbah biji mangga dengan baik.
IV. TUJUAN DAN MANFAAT PRAKTIKUM
Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan limbah biji mangga sebagai bahan baku pembuatan film plastik biodegradable. Disamping itu, untuk mengetahui gambaran sifat fisik atau mekanik (warna, kekuatan tarik dan elongasinya), kelarutan dalam air dan sifat biodegradabilitasnya.Produk yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat elongitas dan hidrofobik yang tinggi. Hasil proses yang optimal didukung dengan biaya operasional minimal. Hasil Penelitian ini dapat menciptakan inovasi baru dalam pembuatan plastik yang biasanya terbuat dari polimer sintetik menjadi plasticbiodegradable yang berbahan baku
biji mangga. Selain itu juga dapat dipergunakan sebagai dasar
pengembangan lebih lanjut dan scale-up alat pemroses dari skala laboratorium menjadi skala industri. Dengan demikian, diharapkan plastik biodegradable ini dapat mensubstitusi plastik konvensional yang sifatnya terbaharukan dan ramah lingkungan.
V. TINJAUAN PUSTAKA
Kajian pustaka ini mengulas tentang plastik biodegradable, biji mangga dan komposisinya,pati,plasticizer, dan etanol. 5.1 Plastik Biodegradable
Plastik biodegradable merupakan jenis plastik yang terbuat dari biopolimer. Biopolimer adalah polimer yang tersusun atas biomassa yang dapat diperbaharui (Anonim 1, 2006). Selain penyusunnya, perbedaan antara plastic biodegradable dengan plastik biasa adalah
biodegrability atau tingkat penguraian plastik
biodegradable yang dapat terdegradasi dengan lebih mudah daripada plastik biasa. Hal tersebut menyebabkan plastik biodegradable merupakan plastic alternatif yang ramah lingkungan (Anonim 1, 2006). Sebenarnya, penggunaan biomassa sebagai bahan dasar plastic biodegradable bukan suatu hal yang baru. Sejarah plastik biodegradable dapat ditelusuri hingga tahun 1900 pada saat pebisnis Henry Ford mengembangkan metode pembuatan plastik biodegradable dari kacang kedelai untuk digunakan sebagai plastik pada mobil (Anonim 1, 2006). Penggunaan plastik biodegradable menurun selama masa Perang
Dunia, namun sekarang plastik biodegradable mendapatkan popularitasnya kembali (Anonim 1, 2006) Pada umumnya, plastik biodegradable dapat dikategorikan menjadi dua kelompok besar berdasarkan sumber penyusun biopolimer. Kedua kelompok tersebut adalah biopolimer yang sudah ditemukan di dalam organisme hidup dan biopolimer yang harus dipolimerisasi terlebih dahulu (Anonim 1, 2006).
Biopolimer yang sudah ditemukan di dalam organisme hidup Biopolimer yang berasal dari organisme hidup antara lain adalah
pati. Pati merupakan polimer, yang ditemukan di jaringan tumbuhan dan tersusun atas rantai panjang glukosa (Anonim 1, 2006). Plastik biodegradable yang berbahan dasar pati disebut plastik berbasis pati. Pembuatan plastik tersebut meliputi pembuatan tepung pati yang kemudian diproses dengan menambahkan plasticizer seperti gliserin. Guna pemberian plasticizer adalah menambahkan elastisitas dan fleksibilitas pada produk (Darni et al., 2008). Pembuatan plastik berbahan dasar pati memiliki potensi yang tinggi di Indonesia karena terdapat berbagai tumbuhan penghasil pati seperti jagung, singkong, pisang, dan lainnya (Darni et al., 2008). Selain biopolimer pati, poliester alami pun dapat digunakan sebagai bahan dasar plastik biodegradable. Poliester alami tersebut berasal dari reaksi kimiawi bakteri (Anonim 1, 2006). Polimer yang dihasilkan dari reaksi tersebut adalah poli-3-hidroksibutirat atau PHB sehingga produk yang dihasilkan dikenal sebagai plastik biodegradable PHB (Luengo et al., 2003). Sintesis plastik biodegradable PHB menggunakan mikroorganisme Ralstonia eutropha (Luengo et al., 2003).
Biopolimer yang harus dipolimerisasi terlebih dahulu Asam laktat merupakan salah satu molekul yang dapat dipolimerisasi
guna menghasilkan suatu biopolimer (Anonim 1, 2006). Proses yang dilalui untuk menghasilkan plastik biodegradable tersebut adalah a) produksi asam laktat melalui proses fermentasi glukosa dengan bantuan bakteri, b) asam laktat yang didapatkan dipolimerisasi menjadi suatu polimer yakni asam polilaktik atau PLA. Plastik biodegradable yang diproses dengan metode tersebut dikenal sebagai plastik PLA (Anonim 1,2006).
5.2 Biji Mangga Mangga (M angif era in dica L .)
Klasifikasi Mangga (Mangifera indica L.) adalah sebagai berikut : Kerajaan
: Plantae
Filum
: Magnoliophyta
Kelas
: Magnoliopsida
Ordo
: Sapindales
Famili
: Anacardiaceae
Genus
: Mangifera
Spesies
: M. indica
Nama binomial
: Mangifera indica L.
5.3 Pati
Pati adalah karbohidrat yang merupakan polimer glukosa yang terdiri dari amilosa dan amilopektin dengan perbandingan 1:3 (besarnya perbandingan amilosa dan amilopektin ini berbeda-beda tergantung jenis patinya. Kandungan amilosa dan amilopektin pati kulit singkong adalah 15:73. Pati memiliki tingkat kristalinitas 1545%. Pemanfaatan pati dalam pembuatan plastik dikarenakan keunggulan-keunggulan yang dimiliki pati, yakni sifatnya yang dapat diperbarui, penahan yang baik untuk oksigen, ketersediaan yang melimpah, harga murah dan mampu terdegradasi. Pati memiliki stabilitas termal dan minimun interference dengan sifat pencairan yang cukup untuk membentuk produk dengan kualitas yang baik. Campuran polimer hidrokarbon dan pati sering digunakan untuk menghasilkan lembaran dan film berkualitas tinggi untuk kemasan. Pembuatan film dari 100% pati sulit diproses saat kondisi melting (Nolan-ITU, 2002).
5.4 Plasticizer
Plasticizer adalah material yang ditambahkan untuk meningkatkan beberapa sifat/properties dari polimer, misalnya kemampuan kerja (workability), ketahanan terhadap panas (heat resistance), sifat insulasi (insulation properties), dan ketahanan terhadap minyak (oil resistance). Penambahan plasticizerpada sebuah film penting karena diperlukan untuk mengatasi sifat rapuh film yang disebabkan oleh kekuatan
intermolekuler ekstensif, sehingga diperoleh film yang tidak mudah putus, lebih fleksibel dan kuat (Guilbert dan Biquet, 1996). Menurut Guilbert dan Biquet (1996), plasticizer yang sering digunakan dalam pembentukan film adalah sebagai berikut: 1. Monosakarida, disakarida, dan oligosakarida 2. Poliol (gliserol dan derivatnya, polietilen glikol dan gliserin) 3. Lipida dan derivatnya (asam lemak, monogliserida dan esternya, asetogliserida, fosfolipida dan emulsifier lainnya). Plasticizer harus sesuai dengan polimer pembentuk film dan dapat secara permanen terdapat pada sistem solven-polimer pada kondisi yang digunakan. Formulasi dari seluruh sistem film (polimer, solven, plasticizerdan bahan tambahan lain) memliki efek langsung pada sifat dan karakteristik film yang dihasilkan, akibatnya polimer dan plasticizer yang digunakan tidak hanya harus sesuai, namun juga harus memiliki solubilitas yang sama dengan solven yang digunakan. Sebuah plasticizer yang dapat larut ( soluble) umumnya dapat digunakan untuk pembuatan pelapis yang tidak larut atau memilki kelarutan rendah (Guilbert dan Biquet, 1996). Penambahan plasticizer pada suatu produk bertujuan untuk menurunkan kekakuan dari polimer, sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas polimer. Keberadaan plasticizer sebagai salah satu komponen pembentuk film sangat penting pengaruhnya terhadap stabilitas sifat fisis dan mekanis film. Oleh karena itu, seharusnya plasticizer bukan bahan yang bersifat mudah menguap dan mempunyai ketahanan film yang tinggi terhadap uap air. Konsentrasi plasticizer yang ditambahkan pada umumnya bervariasi antara 10 sampai 60 persen berat polimer, tergantung sifat, tipe film, serta metode aplikasi yang digunakan (Guilbert dan Biquet, 1996). Plasticizer yang sering digunakan adalah gliserol dan gliserin. 5.5 Gliserin
Gliserin adalah nama komersial dari produk yang terdiri dari gliserol dan sejumlah kecil air. Gliserol sebenarnya merupakan alkohol trihidrat C 3H5(OH)3, yang lebih tepatnya dinamai 1,2,3- propanatriol (S wern,D., “Bailey's Industrial Oil And Fat Products”, Vol. 5, Ed. 5, p. 275). Istilah gliserol dan gliserin seringkali digunakan secara tertukar. Walaupun demikian, perbedaan yang tajam antara keduanya sangat
terlihat. Gliserol adalah istilah yang digunakan untuk campuran murni, sedangkan gliserin berhubungan kepada tingkat komersialnya, terlepas dari kemurniannya Gliserol di alam jarang ditemukan dalam bentuk bebas dalam lemak, tetapi biasanya sebagai trigliserida yang berkombinasi dengan asam minyak seperti stearat, oleat, dan merupakan campuran atau kombinasi gliserida dari berbagai asam minyak. Gliserol memiliki sifat fisik berupa cairan yang tidak berwarna, kental dan memiliki rasa yang manis, serta tidak berbau. Gliserol larut baik dalam air dan tidak larut dalam eter Kegunaan gliserol sangat banyak, terutama adalah sebagai resin sintetis, getah ester, obat-obatan, kosmetika, dan pasta gigi. Dalam penelitian ini, gliserol digunakan sebagai plasticizer , yaitu zat pembentuk plastik yang berfungsi untuk menurunkan kekakuan dari polimer, sekaligus meningkatkan fleksibilitas dan ekstensibilitas polimer.
5.6 Etanol
Alkohol adalah senyawa hidrokarbon berupa gugus hydroxyl (-OH).Jenis alkohol yang banyak digunakan adalah metil alkohol (metanol), etil alkohol (etanol) dan iso propil alkohol atau propanol-2.Dalam dunia perdagangan yang disebut alkohol adalah etanol atau etil alkohol dengan rumus kimia C 2H5OH.Industri pemakai etanol di antaranya industri kimia, industri farmasi, industri rokok kretek, industri kosmetika, industri tinta dan percetakan, dan industri mebel. Etanol dikategorikan dalam dua kelompok utama, yaitu sebagai berikut : 1. Etanol 95-96% v/v, disebut etanol berhidrat, yang dibagi menjadi tiga kelas, yaitu : a. Technical/raw spirit grade, digunakan untuk bahan bakar spiritus, minuman, desinfektan dan pelarut; b. Industrial grade, digunakan untuk bahan baku industri dan pelarut; c. Potable grade, untuk minuman berkualitas tinggi. 2. Etanol >99,5% v/v, digunakan untuk bahan bakar. Jika dimurnikan lebih lanjut dapat digunakan untuk keperluan farmasi dan pelarut di laboratorium analisis. Etanol ini disebut fuel grade ethanol (FGE) atau anhydrous ethanol (etanol anhidrat) atau etanol kering, yakni etanol yang bebas air atau hanya mengandung air minimal (Prihandana et al., 2007).
VI. M ETODOLOGI PENELI TIAN 6.1 Al at dan Gambar 6.1.1 Al at yang Digun akan
1.
Termometer
2. Pemanas listrik 3.
Gelas beker
4. Pengaduk 5. Pipet 6.
Stopwatch
7.
Timbangan listrik
8. Pemarut semi mekanis 9.
Saringan
10. Oven 11. Cetakan (bahan polyethilene) 12. Tenso lab (alat uji mekanik) 13. Media pengujian biodegradabilitas dan kelarutan 14. Foto warna
6.1.2 Gambar Al at 6.2 Bahan yang Di gunakan
Biji mangga Minyak Jelantah Etanol 96 % NaOH Asam Stearat Aquadest
6.3 Cara Kerja 6.3.1 Pembuatan Gliserin dari Minyak Jelantah
Minyak jelantah yang digunakan adalah minyak jelantah sisa rumah tangga yang telah dipakai dua kali penggorengan atau warnanya sudah kecoklatan. Tahap pertama adalah penyaringan minyak jelantah dari pengotor hingga yang tersisa hanya minyak jelantah saja. Penyaringan dilakukan dengan menggunakan saringan kecil lalu dilanjutkan dengan kertas saring. Saringan dan kertas saring dapat digantikan dengan menggunakan kain kering bersih. Hasil penyaringan ditampung ke dalam gelas kimia. Minyak jelantah dan alkohol dicampurkan dengan komposisi 1 : 3. Campuran antara minyak jelantah dan alkohol dipanaskan dengan suhu 75 oC sambil dilakukan pengaduk dengan kecepatan 80 rpm. Pemanasan dilakukan hingga terlihat adan ya dua fasa pada campuran (kira-kira satu jam). Campuran didinginkan lalu dipindahkan ke dalam tabung reaksi. Gliserin berada di bagian bawah campuran. Kedua campuran dipisahkan dengan melakukan dekantasi atau bisa juga dengan menggunakan pipet.
3.3.2 Pembuatan Tepung Biji Mangga
Biji mangga dipisahkan dari kulitnya. Biji mangga dicacah dengan menggunakan pisau dan dicuci hingga bersih. Kemudian, biji mangga dikeringkan dengan menggunakan oven pada suhu 80 oC selama 24 jam. Setelah kering, biji mangga dicacah halus dengan menggunakan blender atau ditumbuk hingga halus dan bentuknya menyerupai tepung. Hasil tumbukan kasar tepung biji mangga diayak dengan menggunakan saringan atau kain bersih. Hasil tumbukan biji mangga yang masih kasar ditumbuk kembali dan diayak hingga mendapatkan tepung biji mangga yang halus.
3.3.3 Pembuatan Plastik Biodegradable
1. Tahap perlakuan awal ( pretreatment ). Pembuatan plastik biodegradable dengan melarutkan 30 gr serbuk biji mangga ke dalam 300 ml aquadest. Campuran diaduk dengan water bath stirrer dan dipanaskan selama 1 jam (tiap 20 menit ditambah aquadest 20 ml). Selanjutnya setelah dipanaskan selama 1 jam, larutan tadi didinginkan selama 15 menit, kemudian air dan ampas yang terdapat di larutan tersebut di saring. Air yang didapat tadi kemudian dicuci dengan
menggunakan etanol 96% dengan perbandingan 1:1, setelah itu di sentr ifuge ± 20 menit untuk memisahkan ekstrak serbuk biji mangga dengan air. Ekstrak atau padatan yang didapatkan kemudian dicuci lagi dengan etanol 96% dan di sentrifuge selama 10 menit. Kemudian didapatkan ekstrak serbuk biji mangga, lalu dikeringkan selama 1 hari.
2. Tahap Penelitian Penelitian awal dilakukan dengan menguji pengaruh pengaruh konsentrasi asam stearat. Adapun langkah – langkahnya sebagai berikut : Pembuatan plastik biodegradable dengan variasi konsentrasi asam stearat. Pembuatan plastik biodegradable di mulai dengan melarutkan ekstrak serbuk biji mangga 30 gr dalam aquadest, kemudian ditambahkan 4 gr tapioca sambil di lakukan pemanasan dan pengadukan dengan hot plate dengan magnetic stirrer , sampai tercapai suhu 50-55°C, selama 10 menit. Selanjutnya, ditambahkan gliserin 10 ml sambil terus di aduk dan dipanaskan sampai suhu 75°C, dan dipertahankan selama 5 menit. Di lakukan pencampuran asam stearat dengan konsentrasi 0%, 1%, 2%, dan 3% (ekstrak serbuk biji mangga). Sebelum di campur ke dalam adonan, asam stearat dilarutkan dalam 10 ml etanol 96% dan ditambahkan 5 gr zein (ekstrak serbuk biji mangga). Selanjutnya dilakukan penambahan aquadest sampai volume 100 ml, dan dipanaskan sambil diaduk sampai mencapai suhu 80 - 85°C dan dipertahankan selama 10 menit. Pencetakkan dilakukan dengan menuangkan adonan ke dalam plat berukuran 25 x 16 x 2 cm. Pengeringan dilakukan dengan menggunakan oven pada suhu 60°C, 12 jam. Plastik biodegradable yang diperoleh di lepas dari plat plastic dan di simpan dalam kotak yang berisi silica gel sebelum dila kukan analisis. 3.3.4 Analisa Hasil Percobaan
Uji Ketebalan Plastik biodegradable
Uji Organoleptik
Uji Kelarutan Plastik biodegradable dalam air
