APLIKASI TEKNOLOGI POLIMER
B. Teknologi Biodegradable dan Nonbiodegradable Polymer dalam Industri Kemasan dalam Industri Kemasan
1. Teknologi Biodegradable Polymer Industri Kemasan
Menurut Griffin (1994), yang dimaksud dengan plastik biodegradable ialah sebuah material dimana pada keadaan dan periode tertentu struktur kimianya akan berubah karena pengaruh mikroorganisme (jamur, bakteri, algae) sehingga akan menyebabkan terjadinya perubahan pada sifat-sifat yang dimilikinya.
Berdasarkan bahan baku dalam pembuatan film kemasan biodegradable dikelompokkan menjadi tiga, yaitu :
Ø Polyester (polimer mikrobiologi) : biopolimer polyester didapat secara bioteknologis melalui proses fermentasi dengan mikroba genus Alcaligenes. Biopolimer ini mudah terurai sempurna oleh jamur, bakteri dan alga. Tapi sayangnya harga kemasan biodegradable ini relatif mahal, hal ini dikarenakan proses produksi bahan dasarnya yang rumit. Yang termasuk dalam biopolimer ini antara lain: polyglycolic acid (asam poliglikolat), polylactic acid (asam polilaktat), polihidroksi butirat (PHB), dan polihidroksi valerat (PHV).
191
Ø Polimer pertanian : biopolimer ini diperoleh dari hasil pertanian, yang termasuk polimer ini antara lain : cellulose, chitin (pada kulit Crustaceae), celluloseacetat, cellophan, pullulan (hasil fermentasi pati oleh Pullularia pullulans). Pengembangan biopolimer yang memiliki potensi industri antara lain : pati jagung, pati gandum, kentang, zein, soy protein, konsentrat whey, dan casein.
Ø Polimer campuran biopolimer dan sintetis : polimer ini merupakan polimer yang bahan pembuatannya terdiri dari granula pati, polimer sintetis, autooksi dan prooksidan (sebagai bahan tambahan), yang dicampur menjadi satu. Campuran biopolimer ini biodegradabilitasnya rendah dan biofragmentasinya sangat terbatas.
Bioplastik merupakan plastik yang terbuat dari bahan alami dan disebut juga sebagai plastik biodegradabel karena sifatnya yang dapat didegradasi dan mudah hancur terurai karena aktivitas metabolisme mikroorganisme dalam tanah yang menghasilkan air dan gas karbondioksida. Plastik biodegradable atau bioplastik adalah plastik yang dapat didaur ulang dan ramah lingkungan. Bioplastik dibagi menjadi dua kelompok berdasarkan bahan baku yang dipakai antara lain berbahan baku petrokimia dan berbahan baku hasil tanaman misalnya selulosa dan pati. golongan pertama memakai bahan baku sumber daya alam yang tak dapat diperbaharui, adapun yang kedua memakai bahan baku sumber daya alam yang dapat diperbaharui(Pranamuda, 2001).
Beberapa contoh bioplastik yang telah diproduksi secara besar-besaran antara lain poli (α-hidroksi butirat) (PHB), poli ( -kaprolakton) (PCL), poli (butilena suksinat) (PBS), poliasam laktat (PLA). PCL ialah jenis polimer yang berasal dari sintesis kimia yang memakai minyak bumi sebagai bahan bakunya. Keunggulan PCL bersifat mudah
dihancurkan/terurai, dan mudah dihidrolisis oleh enzim. Kekurangan dari PCL ialah titik lelehnya yang rendah yaitu 60oC, hal ini mengakibatkan bidang aplikasinya menjadi terbatas.
Menurut Narayan (2006), polimer-polimer yang mudah terdegradasi harus mempunyai beberapa syarat, antara lain di dalamnya harus terkandung satu jenis ikatan amida, ester atau asetal, mempunyai berat molekul dan kristalinitas yang rendah serta mempunyai hidrofilitas yang tinggi.
Faktor-faktor yang dapat menyebabkan plastik biodegradabel terurai, yaitu : 1) Cahaya (fotodegradasi) 2) Hirolisis (degradasi kimiawi) 3) Bakteri/Jamur 4) Enzim (degradasi enzimatik) 5) Angin, Abrasi (degradasi mekanik).
a. Dasar Pembentukan Film
Dasar pembentukan film bisa dijelaskan dengan peristiwa tahapan peralihan gelas. Tahapan antara cair dan padat dimana suatu bahan bisa dicetak menjadi bentuk tertentu pada temperatur dan kondisi tertentu pula. Tahap peralihan gelas umumnya terbentuk dari material berupa polimer. Adapun temperatur pada tahapan peralihan gelas terjadi dinamakan glassy point. Dalam temperatur ini material dapat di bentuk sesuai keinginan, contohnya pembuatan film kemasan.
Menurut Argos et al., (1982) terbentuknya film secara kimia disebabkan adanya interaksi glutamin yang menumpuk di bantang molekul zein. Sedangkan film dihasilkan dari adanya ikatan hidrofobik, hidrogen dan sedikit ikatan disulfid diantara cabang-cabang molekul zein. (Gennadios, et. al., 1994).
193
b. Cara Pembuatan Film
Pembuatan kemasan bioplastik sudah begitu pesatnya. Berbagai metode sudah dipakai secara luas diantaranya antara lain :
Ø Isobe (1999) mengembangkan metode pembuatan film dengan bahan baku (zein) yang dicampur aceton dan diberi air 30% (v/v). Selanjutnya diberi gliserin atau lipida, larutan dipanaskan selama 10 menit pada suhu 50oC, kemudian larutan dituangkan ke plat polyethylene yang licin sebanyak 10 ml untuk dilakukan pencetakan pada cetakan (casting). Selanjutnya dibiarkan selama 5 jam pada suhu 30o - 45oC pada RH ruangan terkendali. Setelah 5 jam, film yang telah terbentuk dilepas dari permukaan cetakan dan dikeringkan selanjutnya disimpan selama 24 jam dalam suhu ruang.
Ø Frinault, et al., (1997). Metode pembuatan filmnya menggunakan bahan baku casein, dengan tahapan proses sebagai berikut : bahan baku dicampur aceton/etanol dan air, ditambahkan plasticiser, dan dilakukan pencetakan dengan ekstruder, kemudian film dikeringkan.
Ø Metode pembuatan film juga dikembangkan Yamada, et. al., (1995), metodenya menggunakan zein sebagai bahan dasar yang dicampur dalam etanol 80 %, ditambah pemlastis, kemudian dipanaskan selama 15 menit pada suhu 60 - 70oC. Selanjutnya campuran tersebut dicetak dalam auto-casting machine, dan dibiarkan selama 3 – 6 jam pada suhu 35oC dengan RH ruangan 50 %. Tahap berikutnya, film dikeringkan selama 12 – 18 jam pada suhu 30oC dengan RH 50 %, dan dilanjutkan dengan conditioning dalam ruang pada suhu dan RH ambient selama 24 jam.
c. Karakteristik Kemasan Plastik
Umumnya film memiliki karakteristik yang bisa diuji antara lain permeabilitas, mekanik dan nilai biodegradabilitasnya. Masing-masing karakteristik tersebut memiliki pengertian sebagai berikut :
1) Permeabilitas
Komponen kimia alamiah berperan penting dalam permeabilitas. Permeabilitas suatu film kemasan dapat didefinisikan sebagai kemampuan melewatkan partikel gas dan uap air pada suatu unit luasan bahan pada suatu kondisi tertentu. Nilai permeabilitas sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor sifat kimia polimer, struktur dasar polimer, sifat komponen permeant. Umumnya nilai permeabilitas film kemasan berguna untuk memperkirakan daya simpan produk yang dikemas.
2) Karakteristik mekanik
Karakteristik mekanik suatu film kemasan merupakan kemampuan film kemasan yang diukur melalui parameter-parameter sebagai berikut : tensile strength (kuat tarik), puncture strength (kuat tusuk), elongation to break (persen pemanjangan) dan elastic/young modulus (elastisitas). Parameter tersebut dapat menjelaskan struktur kimia dari suatu polimer dan bisa memperlihatkan/menunjukkan indikasi integrasi film dalam keadaan stress (mendapat tekanan) selama proses pembuatan film.
Kuat Tarik (Tensile strength). Kuat tarik ialah kemampuan film untuk menahan gaya tarik maksimum selama berlangsungnya pengukuran. material pemlastis yang ditambahkan pada saat pembentukan film mempengaruhi besarnya kuat tarik.
195
Kuat tusuk (puncture strength). Kuat tusuk adalah ketahanan film dalam menerima tusukan maksimum. Jenis film yang memiliki struktur yang kaku akan menunjukkan ketahanan terhadap tusukan atau nilai kuat tusuk yang tinggi.
Persen pemanjangan (elongation to break). Persen pemanjangan adalah kemampuan film untuk melakukan perubahan panjang maksimum sebelum terputus.
Elastisitas (elastic/young modulus). Elastisitas adalah ukuran dari kekuatan film yang dihasilkan. Dimana peningkatan jumlah material pemlastis yang ditambah akan mengakibatkan semakin menurunnya kemampuan elastisitas. Hal ini menunjukkan bahwa parameter elastisitas berlawanan atau berbanding terbalik dengan parameter-parameter lain dengan meningkatnya bahan pemlastik yang ditambahkan pada proses pembuatan film.
3) Biodegradabilitas
Kemasan plastik dengan bahan baku bioplimer memiliki sifat alamiahnya yang mudah terdegradasi atau mudah hancur. Biasanya sampah kemasan plastik apabila dibuang ke tanah, mengalami proses penghancuran alami baik melalui proses biodegradasi (bakteri, jamur, alga, enzim), fotodegradasi (cahaya matahari, katalisa), degradasi mekanik (angin, abrasi), maupun degradasi kimiawi (air, oksigen). Degradasi tersebut bisa berlangsung secara kombinasi maupun tunggal.
Terminologi biodegradable plastic, merupakan salah satu pengertian turunan dari bioplastik, dimana bioplastik didefinisikan sebagai:
1) Penggunaan sumber daya alam terbarukan dalam produksinya (biobased) : mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, meningkatkan konsumsi sumberdaya alam terbaharukan, mempromosikan sumberdaya alam lokal.
2) Sifat biodegradabilitas atau kompostabilitas (biodegradable plastic): Dapat dibuang dan hancur terurai, segmentasi produk untuk kemasan pangan, mampu mengalihkan pengolahan sampah dari landfill dan incinerator (Narayan, 2006). Golongan biopolimer yang merupakan bahan baku pada pembentukan biodegradable plastic, ialah: (a) Campuran biopolimer dengan polimer sintetis. (b) Poliester, diperoleh dengan cara fermentasi menggunakan mikroba dari genus Alcaligenes dan bisa terdegradasi secara sempurna oleh jamur, alga dan bakteri. (c). Polimer pertanian. Yang termasuk polimer pertanian antara lain : kitin, pullulan, cellophane dan seluloasetat (Latief, 2001).
Jenis biodegradable plastic lain yang banyak diteliti dan dikembangkan adalah plastik campuran dari bahan non-biodegradable dengan bahan non-biodegradable, misalnya polipropilen dicampurkan dengan kitosan. Pencampuran tersebut merupakan salah satu alternatif yang mungkin untuk diterapkan walaupun tidak terdegradasi sempurna. Biodegradable plastic merupakan salah satu solusi alternatif yang sangat prospektif untuk dikembangkan pada masa yang akan datang dengan pemanfaatan optimal sumber daya alam lokal. Saat ini di negara luar, penggunaan tray dan container untuk buah, sayuran, telur dan daging, botol-botol untuk softdrinks dan produk-produk dari susu, blister foil untuk buah-buahan dan produk-produk catering termasuk yang menggunakan perishable plastic, disposable crockery dan cutlery, pot, cawan, pack foils untuk hamburger dan sedotan
197
untuk minum mulai diproduksi secara luas menggunakan bioplastik. Beberapa aplikasi bioplastik untuk outside packaging seperti casing handphone (oleh NEC Jepang), serat karpet (oleh Dupont Sorona) dan interior mobil oleh Mazda. Tahun 2005, Fujitsu Jepang telah membuat case komputer dari bioplastik. Tahun 2007, Brazil memproklamirkan pembuatan HDPE menggunakan turunan dari etilen yang diambil dari gula tebu (Sunarti et. al., 2008).
2. Teknologi Nonbiodegradable Polymer Industri Kemasan